水力発電技術の開発における水力タービンモデルテストベッドの重要性

水力タービンモデルのテストベンチは、水力発電技術の開発において重要な役割を果たします。水力発電製品の品質を向上させ、ユニットの性能を最適化するための重要な機器です。ランナーの生産では、最初にモデルランナーを開発し、高ヘッド油圧機械のテストベッドで水力発電所の実際のヘッドメーターをシミュレートしてモデルをテストする必要があります。すべてのデータがユーザーの要件を満たしている場合、ランナーを正式に作成できます。したがって、一部の外国の水力発電設備メーカーは、さまざまな機能のニーズを満たすために、いくつかの高水位テストベンチを持っています。たとえば、フランスのneyrpic社には、5つの高度な高精度モデルテストベンチがあります。日立と東芝には、水頭が50mを超える5つのモデルテストスタンドがあります。生産のニーズに応じて、大規模な電気機械研究所は、管状、混合流、軸流、および可逆油圧機械のモデルテストをそれぞれ実行できる、完全な機能と高精度を備えた高水頭テストベッドを設計しました。ウォーターヘッドは150mに達する可能性があります。テストベンチは、垂直および水平ユニットのモデルテストに適応できます。テストベンチは2つのステーションaとBで設計されています。ステーションaが機能する場合、ステーションBが設置されるため、テストサイクルを短縮できます。A.B2つのステーションが1セットの電気制御システムとテストシステムを共有します。電気制御システムはPROFIBUSをコアとし、NAIS fp10sh PLCをメインコントローラとし、IPC（産業用制御コンピュータ）が集中制御を実現します。システムはフィールドバス技術を採用し、システムの信頼性、安全性、および容易なメンテナンスを保証する高度なオールデジタル制御モードを実現します。これは、中国で高度に自動化された水利機械のテスト制御システムです。制御システムの構成

高水位テストベンチは、550KWの出力と250〜1100r /分の速度範囲の2つのポンプモーターで構成され、ユーザーが必要とする水位計へのパイプラインの水流を加速し、水頭を稼働させ続けますスムーズに。ランナーのパラメーターは、ダイナモメーターによって監視されます。動力計のモーター出力は500kW、速度は300〜2300r / minで、ステーションaとBに1つの動力計があります。高ヘッド油圧機械テストベンチの原理を図1に示します。システムでは、モーター制御の精度は0.5％未満であり、MTBFは5000時間を超えています。多くの研究の結果、***会社が製造したDCS500DC速度調整システムが選択されました。DCS500は、2つの方法で制御コマンドを受信できます。1つは、速度要件を満たすために4〜20mAの信号を受信することです。2つ目は、速度要件を満たすためにデジタルモードで受信するPROFIBUSDPモジュールを追加することです。最初の方法は制御が簡単で低価格ですが、電流伝送に支障をきたし、制御精度に影響を与えます。2番目の方法は費用がかかりますが、データの精度と伝送プロセスの制御精度を確保できます。したがって、システムは4つのDCS500を採用して、それぞれ2つのダイナモメーターと2つのウォーターポンプモーターを制御します。PROFIBUS DPスレーブステーションとして、4つのデバイスはマスタースレーブモードでマスターステーションPLCと通信します。PLCは、動力計と送水ポンプモーターの始動/停止を制御し、PROFIBUS DPを介してモーターの運転速度をDCS500に送信し、DCS500からモーターの運転状態とパラメーターを取得します。
PLCは、NAISEuropeによって製造されたafp37911モジュールをマスターステーションとして選択します。マスターステーションは、FMSプロトコルとDPプロトコルを同時にサポートします。モジュールはFMSのメインステーションであり、IPCおよびデータ取得システムとのメインメインモード通信を実現します。また、DCS500とのマスタースレーブ通信を実現するDPマスターステーションでもあります。
ダイナモメーターのすべてのパラメーターは、VXIバステクノロジーを介して収集され、画面に表示されます（他のパラメーターはVXI会社によって収集されます）。IPCはFMSを介してデータ取得システムに接続し、通信を完了します。システム全体の構成を図2に示します。

1.1フィールドバスPROFIBUSは、共同開発プロジェクトで13社と5つの科学研究機関によって策定された規格です。これは、ヨーロッパ規格en50170にリストされており、中国で推奨されている産業用フィールドバス規格の1つです。次のフォームが含まれています。
・PROFIBUS FMSは、ワークショップレベルで一般的な通信タスクを解決し、多数の通信サービスを提供し、中程度の伝送速度で周期的および非周期的な通信タスクを完了します。NAISのProfibusモジュールは、1.2 mbpsの通信速度をサポートし、サイクリック通信モードをサポートしていません。他のFMSマスターステーションとは、MMA非周期的データ送信マスター接続を使用してのみ通信でき、モジュールはFMSと互換性がありません。したがって、スキーム設計では1つの形式のPROFIBUSのみを使用することはできません。
・PROFIBUS-DP最適化された高速で安価な通信接続は、自動制御システムと機器レベルの分散型I / O間の通信用に設計されています。DPとFMSは同じ通信プロトコルを採用しているため、同じネットワークセグメントで共存できます。NAISとaの間で、msaz非周期的データ送信マスター/スレーブ接続スレーブステーションはアクティブに通信しません。
・PROFIBUSPAプロセス自動化のために特別に設計された標準の本質安全防爆技術は、高い安全要件とバスを動力源とするステーションの場合に、iec1158-2で指定された通信手順を実現します。システムで使用される伝送媒体は銅シールドツイストペアです。通信プロトコルはRS485で、通信速度は500kbpsです。産業用フィールドバスの適用は、システムの安全性と信頼性を保証します。

1.2IPC産業用制御コンピューター
上部の産業用制御コンピューターは、台湾アドバンテック産業用制御コンピューターを採用しています。WindowsNT4 0ワークステーションオペレーティングシステムを実行しています。Siemens社のWinCC産業用構成ソフトウェアを使用して、システムの動作状態情報を大画面に表示し、パイプラインフローと閉塞。すべてのデータは、PROFIBUSを介してPLCから送信されます。IPCには、PROFIBUS用に特別に設計されたドイツのソフティング会社が製造したprofiboardネットワークカードが内部に装備されています。ソフト化によって提供される構成ソフトウェアを介して、ネットワーキングを完了し、ネットワーク通信関係Cr（通信関係）およびオブジェクトディクショナリOD（オブジェクトディクショナリ）を確立することができます。WINCCはSiemensによって作成されています。会社のS5/S7 PLCとの直接接続のみをサポートし、Windowsが提供するDDEテクノロジを介してのみ他のPLCと通信できます。Softing社はWinCCとのPROFIBUS通信を実現するためのDDEサーバーソフトウェアを提供しています。

1.3 PLC
NAIS社のFp10shがPLCに選ばれました。

2つの制御システム機能
制御システムは、2つのウォーターポンプモーターと2つのダイナモメーターを制御するだけでなく、28の電気バルブ、4つのウェイトモーター、8つのオイルポンプモーター、3つの真空ポンプモーター、4つのオイルドレンポンプモーター、2つの潤滑ソレノイドバルブも制御する必要があります。水の流れ方向と流れは、ユーザーのテスト要件を満たすためにバルブのスイッチを介して制御されます。

2.1コンスタントヘッド
ウォーターポンプの速度を調整します。特定の値で安定させ、この時点でウォーターヘッドが確実になります。動力計の速度を一定値に調整し、2〜4分間の使用状態が安定した後、関連データを収集します。テスト中は、ウォーターヘッドを変更しないでおく必要があります。ウォーターポンプモーターにコードディスクを配置してモーター速度を収集し、DCS500が閉ループ制御を形成するようにします。送水ポンプの速度はIPCキーボードで入力します。

2.2定速
ダイナモメーターの速度を調整して、特定の値で安定するようにします。このとき、ダイナモメーターの速度は一定です。ポンプ速度を特定の値に調整し（つまり、ヘッドを調整し）、作業状態が2〜4分間安定した後、関連データを収集します。DCS500は、ダイナモメーターの速度を安定させるために、ダイナモメーターの速度の閉ループを形成します。

2.3暴走テスト
ダイナモメーターの速度を特定の値に調整し、ダイナモメーターの速度を変更しないでくださいウォーターポンプの速度を調整して、ダイナモメーターの出力トルクをゼロに近づけます（この動作条件下では、ダイナモメーターは発電のために動作し、電気操作）、および関連データを収集します。テスト中、ウォーターポンプモーターの速度は変更せず、DCS500で調整する必要があります。

2.4フローキャリブレーション
システムには、システム内の流量計を校正するための2つの流量補正タンクが装備されています。校正の前に、最初にマークされた流量値を決定し、次にウォーターポンプモーターを始動して、ウォーターポンプモーターの速度を継続的に調整します。このとき、流量値に注意してください。流量値が必要な値に達したら、現在の速度で送水ポンプモーターを安定させます（このとき、水は校正パイプラインを循環します）。デフレクターの切り替え時間を設定します。作動状態が安定したら、電磁弁をオンにし、計時を開始し、同時にパイプライン内の水を補正タンクに切り替えます。タイミングタイムが上がると、電磁弁が外れます。このとき、水は再び校正パイプラインに切り替えられます。送水ポンプモーターの速度を下げ、一定の速度で安定させ、関連データを読み取ります。次に、水を排出し、次のポイントを調整します。

2.5手動/自動の邪魔されない切り替え
システムの保守とデバッグを容易にするために、手動キーボードがシステム用に設計されています。オペレーターは、インターロックによる制約を受けずに、キーボードを介してバルブの動作を個別に制御できます。システムはNAISリモートI/Oモジュールを採用しており、キーボードをさまざまな場所で動作させることができます。手動/自動切り替え中、バルブの状態は変化しません。
システムはメインコントローラーとしてPLCを採用しているため、システムが簡素化され、システムの高い信頼性と簡単なメンテナンスが保証されます。PROFIBUSは、完全なデータ伝送を実現し、電磁干渉を回避し、システムを設計の精度要件に適合させます。異なるデバイス間のデータ共有が実現されます。PROFIBUSの柔軟性は、システムの拡張に便利な条件を提供します。産業用フィールドバスをコアとしたシステム設計方式は、産業用アプリケーションの主流となるでしょう。