一种非接触式齿盘频率的测量装置及方法 |
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| 申请号 | CN201710842608.2 | 申请日 | 2017-09-18 | 公开(公告)号 | CN107525967A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 中国长江电力股份有限公司; | 发明人 | 张官祥; | ||||
| 摘要 | 一种非 接触 式齿盘 频率 的测量装置及方法，齿带、齿头组合在一起成为齿盘，齿盘安装在 水 轮发 电机 大轴上。所述齿头以一定的顺序和数量均匀地安装在齿带上，并与测速 探头 正对平行安装、与测速探头保持一定的感应距离L。齿头、齿带与测速探头组成频率 信号 发生单元，当 水轮发电机 大轴旋转时，齿盘随大轴转动产生速度脉冲，通过测速探头感应产生机组频率信号，反映机组转速的脉冲信号，经过频率信号转换板处理 干扰信号 源和脉冲信号，然后经过由测频模 块 测量脉冲宽度，并由方波产生的频率计算出机组转速大小，上送至PLC 控制器 处理转速，将相关信息显示在 触摸屏 上。本 发明 具有 自诊断 功能，当测速探头发生故障时，系统可自动否决故障通道，这种机制的采用可有效地抑制突发性干扰，并剔除故障信号，大大提升了测量装置的容错能 力 ，从而进步系统的可靠性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种非接触式齿盘频率的测量方法，其特征在于：通过安装两个传感器来消除齿盘加工精度引起的测量误差。 |
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| 说明书全文 | 一种非接触式齿盘频率的测量装置及方法技术领域背景技术[0002] 水轮发电机组转速是水轮发电机组控制调节的重要参数，能使机组完成开机、停机、增减负荷等功能，因此对机组频率的测量装置提出了高可靠性高精度的要求，残压频率其具有成本低、安装简单的优点，但也存在一定安全风险：低转速时残压信号严重失真，无法通过残压频率方式检测到其真实的机组转速，导致机组在开停机过程中残压频率消失，有可能导致机组处于失控的状态；残压频率容易受到外界的干扰信号（电磁干扰、断线等），这种干扰信号无法从硬件设备上采用屏蔽线等方式根除此隐患，也无法从软件方式上采用滤波等方式有效地消除此干扰信号，因而难以确保机组测频的准确性，而机组则以检测到的数据为实际频率进行调节，将会引起机组有功功率频繁调节甚至是电网负荷的波动；将会引起液压系统油泵将会频繁加卸载影响电机寿命；将会出现主配抽动现象，甚至会出现机组过速导致电气一级过速、电气二级过速和水机后备保护动作，进而会引起快速门快闭动作落门的情况，机组存在严重的安全隐患。 [0003] 由于齿盘测速是一种水轮发电机组转速的直接测量方式，其可靠性和可信度明显优于残压测速。齿盘测速中，齿盘的加工精度很难保证水轮发电机组转速测量的精度要求，并且采用平均滤波的方法来提高测量精度，又将影响频率测量的实时性。 发明内容[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术方案的不足和缺点，提供一种非接触式齿盘频率的测量装置及方法，结构简单、测量准确，从而可达到提高系统可靠性的目的，有效避免频率测量不准确出现机组过速而引起的非正常停机造成的经济损失和设备损坏。 [0006] 一种非接触式齿盘频率的测量方法，采用双路齿盘测速加残压测速的方式测量机组转速，包括一路为机组残压频率信号，另两路为齿盘频率信号；齿盘频率与残压频率互为备用，在机组开机或停机过程中，优先采用齿盘频率，齿盘频率信号中优先使用1#齿盘频率；当1#齿盘频率故障时使用2# 齿盘频率信号。 [0007] 一种非接触式齿盘频率的测量方法，在正常运行时，残压频率经与齿盘频率进行比较验证无误后，供调速器控制计算使用；当残压频率故障或比较结果超出设定阈值范围时，用齿盘频率信号为优先，供调速器控制计算使用；调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频后备；一种非接触式齿盘频率的测量装置，该装置包括： 齿带、齿头、1#测速探头、2#测速探头、频率信号隔离变、频率信号转换板、测频模块、PLC控制器、触摸屏。所述齿带、齿头组合在一起成为齿盘，齿盘安装在水轮发电机大轴上。 所述齿头以一定的顺序和数量均匀地安装在齿带上，并与测速探头正对平行安装、与测速探头保持一定的感应距离L。齿头、齿带与测速探头组成频率信号发生单元，当水轮发电机大轴旋转时，齿盘随水轮发电机大轴转动产生速度脉冲，通过测速探头感应产生机组频率信号，反映机组转速的脉冲信号，经过频率信号转换板处理干扰信号源和脉冲信号，然后经过由测频模块测量脉冲宽度，并由方波产生的频率计算出机组转速大小，上送至PLC控制器处理转速，将相关信息显示在触摸屏上。 [0008] 所述测速探头采用双探头双通道测量互为备用，与齿盘的齿头保持一定的感应距离L，测速探头与齿头保持同心度安装在支架上，两个测速探头之间的安装距离保持在齿头与齿头间距的整数倍距离D即可。 [0010] 齿盘频率的测量装置，由齿盘测速探头和相应的转速信号处理器回路构成。 [0012] 所述测频模块采用高速计数模块，利用PLC高速数字I/O通道的基准时钟频率来测频。 [0014] 本发明装置包括冗余电源模块，冗余电源模块为齿盘测速探头和残压测速回路提供独立的冗余电源。 [0016] 本发明一种非接触式齿盘频率的测量装置及方法，技术效果如下：1：通过安装两个传感器的方法来消除齿盘加工精度等引起的测量误差，以满足水电机组控制对测速精度和实时性方面的要求。齿盘测速信号不受发电机残压的限制，也不受非周期杂波的干扰，比残压频率信号具有更高可靠性，齿盘测速装置还具有高可靠的零转速（蠕动）检测功能。但是，齿盘频率双测速探头策略仍然没有完全解决测量精度问题。 [0017] 2：本发明提供的一种非接触式齿盘频率的测量装置具有可选的双探头测速功能，同时具有残压频率功能，以有效抵消机组大轴摆动和齿盘加工精度误差对齿盘测速精度的影响，有效地避免了单通道测速的不准确性，提高了测速装置的可靠性，降低设备成本。 [0018] 3：本发明提供的测速装置具有独立的交直流电源同时供电并形成冗余电源系统，两路信号同时输人，提高供电可靠性。 [0019] 4：本发明提供的测量装置具有自诊断功能，当测速探头发生故障时，系统可自动否决故障通道，这种机制的采用可有效地抑制突发性干扰，并剔除故障信号，大大提升了测量装置的容错能力，从而进步系统的可靠性。 [0021] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 [0022] 图1为本发明齿盘测速探头安装示意图。 [0023] 图2为本发明齿盘测速探头分布示意图。 [0024] 图3为本发明齿盘频率的测量装置示意图。 [0025] 图中：1-水轮发电机组大轴；2-齿带；3-齿头；4-1#测速探头；5-2#测速探头；6-1#齿盘频率发生单元；7-2#齿盘频率发生单元；8-残压频率信号；9-频率信号隔离变； 10-频率信号转换板；11-测频模块；12-PLC控制器；13-触摸屏；14-冗余电源模块。 具体实施方式[0026] 一种非接触式齿盘频率的测量方法，采用双路齿盘测速加残压测速的方式测量机组转速，包括一路为机组残压频率信号，另两路为齿盘频率信号。此齿盘频率与残压频率互为备用，在机组开机或停机过程中，优先采用齿盘频率，齿盘频率信号中优先使用1#齿盘频率。在正常运行时，残压频率经与齿盘频率进行比较验证无误后，供调速器控制计算使用。当残压频率故障或比较结果超出范围时，用齿盘频率信号为优先，供调速器控制计算使用。 调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频后备。 [0027] 一种非接触式齿盘频率的测量方法，提出了齿盘频率的双测速探头策略，期望通过安装两个传感器的方法来消除齿盘加工精度等引起的测量误差，以满足水电机组控制对测速精度和实时性方面的要求。齿盘测速信号不受发电机残压的限制，也不受非周期杂波的干扰，比残压频率信号具有更高可靠性，齿盘测速装置还具有高可靠的零转速（蠕动）检测功能。但是，齿盘频率双测速探头策略仍然没有完全解决测量精度问题，本发明采用双路齿盘测速加残压测速的方式测量机组转速，包括一路为机组残压频率信号，另两路为齿盘频率信号。此齿盘频率与残压频率互为备用，在机组开机或停机过程中，优先采用齿盘频率，齿盘频率信号中优先使用1#齿盘频率。在正常运行时，残压频率经与齿盘频率进行比较验证无误后，供调速器控制计算使用。当残压频率故障或比较结果超出范围时，用齿盘频率信号为优先，供调速器控制计算使用。调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频后备。 [0028] 一种非接触式齿盘频率的测量装置，包括齿带、齿头、1#测速探头、2#测速探头、冗余电源模块、频率信号隔离变、频率信号转换板、测频模块、PLC控制器和触摸屏。 [0029] 所述冗余电源模块能够为齿盘测速探头和残压测速回路提供独立的冗余电源，保证装置不断电。所述齿带和齿头组合在一起成为齿盘，齿盘安装在水车室段的水轮发电机大轴上，便于测速探头的安装和维护。所述齿头以一定的顺序和数量均匀地安装在齿带上，并与测速探头正对平行安装，与测速探头保持一定的感应距离为L。所述测速探头采用双探头双通道测量互为备用，分别采用1#测速探头和2# 测速探头，与齿盘的齿头保持一定的感应距离L，与齿头保持同心度安装在支架上，两个测速探头之间的安装距离保持在齿头与齿头间距的整数倍距离D即可。齿盘频率的测量装置由齿盘测速探头和相应的转速信号处理器回路构成，齿头、齿带与测速探头组成频率信号发生单元。当水轮发电机组大轴旋转时，齿盘随水轮发电机大轴转动产生速度脉冲，通过接近式或光电式测速探头感应产生机组频率信号，反映机组转速的脉冲信号，经过频率信号转换板处理干扰信号源和脉冲信号，然后经过由测频模块测量脉冲宽度，并由方波产生的频率计算出机组转速大小，上送至PLC控制器处理转速，将相关信息显示在触摸屏上。 [0030] 本发明提供的测量装置同时完成机组转速检测和机组蠕动检测。 [0031] 作为本发明一种优选的技术方案，所述齿带和齿头优先采用优质碳素钢，加工精度高，齿盘圆度精准，齿与齿之间安装均匀，抗干扰度强。 [0032] 作为本发明一种优选的技术方案，所述测速探头优先采用由高频振荡器和放大器组成的电容式接近开关，优先采用输出型式为PNP的直流三线制的接近开关，并具有性能稳定，频率响应快，抗干扰能力强，具有防水防震防腐蚀的特点。 [0033] 作为本发明一种优选的技术方案，所述PLC控制器采用模块化设计，所有I/O模块可以带电插拔，具有极高的可靠性，极强的抗干扰能力，能适应各种电磁干扰环境，优先采用控制器主频不低于2.6GHz，内存不低于1G，配备足够容量的内存贮器，采用RAM时应带有后备电池。 [0034] 作为本发明一种优选的技术方案，所述测频模块优先采用高速计数模块，利用PLC高速数字I/O通道的基准时钟频率来测频，避免使用外部晶振电路和外部测频板卡，测频精度不低于0.15‰的指标要求。 [0035] 作为本发明一种优选的技术方案，所述触摸屏优先采用原装进口19寸高清彩色液晶触摸工控机，硬盘存储量不低于1T，并且至少具有USB、以太网和串口通信接口，屏幕显示信息为中文，具有独立供电和后备电池的电源供电系统。 [0036] 作为本发明一种优选的技术方案，所述冗余电源模块优先使用瑞士原装进口ABB冗余电源，应具有可靠性高、性能稳定、故障率低、维护方便等特点。 [0037] 实施例：本发明提供一种非接触式齿盘频率的测量装置，包括水轮发电机组大轴1、1#测速探头 4、2#测速探头5、齿盘和1#测速探头组成1#齿盘频率发生单元6，齿盘和2#测速探头组成2#齿盘频率发生单元7，残压频率信号8、频率信号隔离变9、频率信号转换板10、测频模块11、PLC控制器12、触摸屏13、冗余电源模块14。其中由齿带2和齿头3组成一个齿盘。 [0038] 所述齿盘安装在水车室段的水轮发电机大轴1上，齿头3按照一定的顺序和数量均匀地安装在齿带2上，并与1#测速探头4和2#测速探头5分别与齿头3保持一定的感应距离L后正对平行安装，测速探头与齿头3保持同心度安装在支架上，两个测速探头之间的安装距离保持在齿头与齿头间距的整数倍距离D即可。由齿头3、齿带2与测速探头组成频率信号发生单元，所述冗余电源模块14为测速探头提供独立的冗余电源，保证装置不断电。当水轮发电机组大轴1旋转时，齿盘随大轴转动产生速度脉冲，通过接近式或光电式测速探头感应产生机组频率信号，反映机组转速的脉冲信号，经过频率信号转换板10处理脉冲信号，然后经过由测频模块11测量脉冲宽度，并由方波产生的频率计算出机组转速大小，上送至PLC控制器12，将相关信息上送至触摸屏14。 [0039] 本发明提供了一路残压频率回路，与齿盘频率互为冗余备用。残压频率信号8取自电压互感器侧，经过频率信号隔离变9后进入频率信号转换板10处理脉冲信号，采用与齿盘频率信号同样的机制处理及计算转速。本发明提供的测量装置同时完成机组转速检测和机组蠕动检测。 [0040] 本发明提供三路测频通道，一路为机组残压频率信号，另两路为齿盘频率信号。此齿盘频率与残压频率互为备用，在机组正常运行时，残压频率经与齿盘频率进行比较验证无误后，残压频率供调速器控制计算使用。当残压频率故障或比较结果超出设定阈值范围时，用齿盘频率信号为优先，供调速器控制计算使用。调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频后备。机组在开停机过程中，机组频率优先使用1#齿盘频率信号，当1#齿盘频率故障时使用2# 齿盘频率信号。 [0041] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 |
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