核电站6.6kv应急柴油发电机系统的调速器的测试系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统及方法。该系统包括仿真控制器、PXI机箱和信号转换器；PXI机箱在仿真控制器的控制下产生的测试信号经数模转换和信号转换器进行的第一匹配处理后传输给调速器，调速器产生的响应信号经信号转换器进行的第二匹配处理后传输给PXI机箱，PXI机箱将响应信号进行模数转换后传输给仿真控制器，仿真控制器对响应信号进行波形比较和分析，以确定调速器的动态参数和静态参数，得到测试结果。本发明的测试系统和方法可以在调速器离线和开环的情况下，通过为调速器提供多个仿真和/或模拟的输入信号，通过实时测量调速器的响应信号，比较和分析调速器的动静态响应特性，完成调速器的及时准确测试。
【专利说明】核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核电站6.6KV应急柴油发电机的调试技术，更具体地，涉及核电站
6.6KV应急柴油发电机的调速器的测试系统及方法。
【背景技术】
[0002]6.6KV应急柴油发电机系统作为核电站的应急电源，在核电站事故情况下向专设安全设施提供应急电源。而应急柴油发电机的调速器是柴油机控制的核心，其工作的稳定性和性能的好坏直接决定应急柴油发电机的可用性。应急柴油发电机的调速器由于长期在线运行，各设备电路板上电容、光耦、电阻等元器件老化导致板件性能改变，对调速系统的性能和可用性存在潜在影响。一旦调速系统异常将导致柴油机不可用，严重影响应急柴油机的可用率，降低了应急柴油机的可靠性。目前，现有技术中还不存在对调速器进行系统测试的方法和具体的检查内容，因而无法对调速器的静态参数、动态参数和其他性能进行检查和验证。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中尚不存在对调速器进行系统测试的方法和具体的检查内容而导致无法检查和验证调速器的动静态参数的缺陷，提供一种可在调速器离线和开环的情况下通过输入仿真测试信号测试调速器的动静态参数的测试系统及方法。
[0004]本发明要解决的技术问题通过以下技术方案得以实现:提供一种核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统，其包括仿真控制器、PXI机箱和信号转换器；所述PXI机箱在仿真控制器的控制下产生的测试信号经数模转换和信号转换器进行的第一匹配处理后传输给调速器，调速器对接收到的、经第一匹配处理的测试信号产生的响应信号经信号转换器进行的第二匹配处理后传输给PXI机箱，PXI机箱将经第二匹配处理的响应信号进行模数转换后传输给仿真控制器，所述仿真控制器对经模数转换的响应信号进行波形比较和分析，以确定所述调速器的动态参数和静态参数，得到测试结果。
[0005]在上述核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统中，所述PXI机箱包含对经第二匹配处理的响应信号进行模数转换的信号采集卡、以及对所述测试信号进行数模转换的模拟输出卡。
[0006]在上述核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统中，所述仿真控制器包含用于设定所述测试信号的信号参数的测试信号输出模块、用于控制PXI机箱采集经第二匹配处理的响应信号的响应信号测量模块和用于对经模数转换的响应信号进行波形比较和分析的信号分析模块。
[0007]在上述核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统中，所述仿真控制器还包含人机交互模块，所述人机交互模块用于接收对所述测试系统进行的数据配置、以及用于显示所述测试系统的测试结果。
[0008]在上述核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统中，所述仿真控制器还包含用于保存测试结果和经模数转换的响应信号的数据保存模块以及用于读取保存的、经模数转换的响应信号的波形读取模块。
[0009]在上述核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统中，所述测试信号包含运用仿真技术产生的转速信号、同步信号、负荷分配线信号、油门开度信号、三相电压信号和三相电流信号，所述测试信号还包含与上述信号叠加的阶跃信号。
[0010]根据本发明的另一方面，提供一种核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法，该方法包括以下步骤:
[0011]S1、将仿真产生的测试信号先后经数模转换和第一匹配处理后传输给调速器；
[0012]S2、采集所述调速器对接收到的、经第一匹配处理的测试信号产生的响应信号，并对所述响应信号先后进行第二匹配处理和模数转换；以及
[0013]S3、对所述经模数转换的响应信号进行波形比较和分析，确定所述调速器的动态参数和静态参数，得到测试结果。
[0014]在上述核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中，所述步骤SI具体包括以下子步骤:
[0015]S11、根据测试信号的设定参数产生测试信号；
[0016]S12、对步骤Sll中产生的测试信号进行数模转换；以及
[0017]S13、对步骤S12中经数模转换的测试信号进行使其适配于调速器的第一匹配处理，并将经第一匹配处理后的测试信号传输给调速器。
[0018]在上述核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中，在所述步骤Sll中产生的测试信号包含运用仿真技术产生的转速信号、同步信号、负荷分配线信号、油门开度信号、三相电压信号和三相电流信号，在所述步骤Sll中产生的测试信号还包含与上述信号叠加的阶跃信号。
[0019]在上述核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中，所述步骤S2还包括在对所述响应信号进行模数转换后对其进行滤波处理。
[0020]在上述核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中，在所述步骤S2与S3之间，所述方法还包括保存所述经滤波处理的响应信号。
[0021]实施本发明的测试系统和方法可以获得以下有益效果:本发明的测试系统和方法可以在调速器离线和开环的情况下，通过为调速器提供多个仿真和/或模拟的输入信号，通过实时测量调速器的响应信号，比较和分析调速器的动静态响应特性，完成调速器的及时准确测试。本发明的测试方法操作简单且安全可靠，可显著提高调速器的调试效率。本发明的测试系统结构简单且便于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。附图中:
[0023]图1是根据本发明实施例的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统的示例性框图；
[0024]图2a和2b是根据本发明实施例的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统的另一示例性框图；
[0025]图3是根据本发明实施例的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法的流程图；
[0026]图4是根据本发明实施例的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法的另一流程图；
[0027]图5a是根据本发明实施例的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中输出测试信号的过程流程图；
[0028]图5b是根据本发明实施例的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中采集响应信号的过程流程图；
[0029]图5c是根据本发明实施例的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中进行相关数据和/或信号的保存的过程流程图；
[0030]图5d是根据本发明实施例的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中读取保存的相关数据和/或信号的过程流程图；以及
[0031]图5e是根据本发明实施例的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中对响应信号进行分析的过程流程图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案和效果更清楚明白，以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。应该理解的是，以下实施例仅用以解释本发明，而不对本发明做任何限制。
[0033]本发明提供了一种核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统及测试方法(以下分别简称测试系统和测试方法)。运用现代控制技术、测试测量技术和虚拟仪器技术，本发明的测试系统和方法可以在调速器离线和开环的情况下，通过为调速器提供多个仿真和/或模拟的输入信号，通过实时测量调速器的响应信号，比较和分析调速器的动静态响应特性，完成调速器的及时准确测试。以下结合附图对本发明做进一步说明。
[0034]如图1所示，本发明的核电站应急柴油发电机系统的调速器的测试系统100包括仿真控制器10、PXI机箱20和信号转换器30。仿真控制器10是本发明的测试系统的上位控制机，其基于现代虚拟仪器技术和可视化编程技术对本发明的测试过程予以控制。其可对PXI机箱20产生测试信号和采集响应信号的过程进行控制，并提供人机交互接口，使得本发明的测试系统可根据具体需要对测试信号进行动态配置，有利于全面准确地测试调速器的各个动态和静态性能。更重要地，仿真控制器10对调速器4的各个响应信号进行具体的波形分析和比较，从而可得出调速器4的动态参数和静态参数。
[0035]PXI机箱20接收仿真控制器10的控制，一方面适用于产生待传输给调速器4的多个测试信号并对产生的数字测试信号进行数模转换，另一方面适用于在将调速器4的响应信号传输给仿真控制器10之前完成模数转换。PXI其全称为PCI extensions forInstrumentation,是面向仪器系统的 PCI (PeripheralComponent Interconnect)扩展，是一种基于PC的测量和自动化平台。PXI结合了 PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范。简单来讲，PXI是以PCI及Compact PCI为基础再加上一些PXI特有的信号组合而成的一个架构。
[0036]信号转换器30是适配于核电站应急柴油发电机的调速器的接口件，也是本发明的测试系统开发的硬件主体。其不仅对模拟态的测试信号进行匹配处理(称为第一匹配处理)，而且也对调速器4反馈的响应信号进行匹配处理(称为第二匹配处理)。此处说明，这里所称的第一匹配处理是指使模拟态测试信号适配于调速器4的过程；第二匹配处理是指使模拟态响应信号适配于PXI机箱20的过程。
[0037]在图1所示的测试系统中，仿真控制器10与PXI机箱20通过数据总线连接，从而完成测试信号的输出与响应信号的采集。PXI机箱20和信号转换器30上均设有插槽，两者通过插入插槽的导线连接。信号转换器30与调速器4上均设有接线端子，两者的连接通过导线将接线端子对应连接来实现。
[0038]参考图2a和2b，其为本发明的测试系统的另一示例性框图。图2a和2b的测试系统200同样包含仿真控制器10、PXI机箱20、信号转换器30和调速器4。仿真控制器10包含测试信号输出模块11、响应信号测量模块12、数据保存模块13、波形读取模块14、信号分析模块15和人机交互模块16。
[0039]其中，测试信号输出模块11用于设定测试信号的信号参数，从而对PXI机箱20产生的测试信号进行控制；可调用DAQ助手控制PXI机箱20输出测试信号。本发明中所涉及的测试信号包含但不限于运用仿真技术产生的转速信号、同步信号、负荷分配线信号、油门开度信号、三相电压信号和三相电流信号等，上述各信号主要对调速器4的静态性能进行测试；进一步地，测试信号还包含与上述信号叠加的阶跃信号，从而对调速器4的动态性能进行测试。例如，本发明可将转速设为1500r/min，对应于发电机输出电压频率为50Hz。测试系统的测试信号的值并不是固定不变，可通过测试信号输出模块11接收对测试信号的信号参数的设定，调节各个测试信号的具体取值。不仅如此，也可通过人机交互模块16实时显示产生的各测试信号。后续将详细说明如何产生用于测试调速器4的动静态参数的测试信号的过程。
[0040]响应信号测量模块12用于对PXI机箱20采集响应信号的过程进行控制，同时也用于接收PXI机箱20传递的响应信号，结合以下描述可知，PXI机箱20采集的响应信号为经第二匹配处理的响应信号，该响应信号在传递至响应信号测量模块12前可经过进一步的滤波处理。本发明所涉及的响应信号尤其为调速器4的执行器输出，执行器输出是调速器4最重要的参数信号。信号分析模块15用于对调速器的响应信号进行波形比较分析，同样结合以下描述可知，信号分析模块15所处理的信号为经模数转换处理后(更进一步为滤波处理后)的响应信号。数据保存模块13可实时保存响应信号测量模块12接收到的响应信号(这里所称的响应信号指经第二匹配处理后进一步经模数转换的信号，或者经第二匹配处理后进一步经模数转换和滤波处理的信号)和信号分析模块15的测试结果。为便于描述，以下将数据保存模块13中保存的响应信号称为最终响应信号。波形读取模块14读取数据存储模块13中保存的最终响应信号，将其用于信号处理模块15的波形分析和比较。
[0041]PXI机箱20是本发明测试系统的信号发生器和信号采集器，其内设有信号采集卡和模拟输出卡。信号采集卡21对经第二匹配处理的响应信号进行模数转换，而模拟输出卡22则在将测试信号发往信号转换器30之前对其进行数模转换。
[0042]信号转换器30是使测试系统产生的测试信号适配于调速器4的关键设备。如上所述，其也是本发明测试系统所开发的硬件主体。PXI机箱20按照仿真控制器10的控制指令发出的测试信号经信号转换器30匹配到调速器，调速器反馈回来的转速、油门开度等响应信号则通过信号转换器30匹配到PXI机箱20，以供PXI机箱20采集。本发明的信号转换器30内集成有工频交流电流驱动板31 (三相、每相一块)、工频交流电压放大板32 (三相、每相一块)、中功率电压跟随器33、控制逻辑34和继电器驱动板35 ;另一方面，本发明的信号转换器30内配置有采样电阻36。测试过程中，调速器4的输出端口所产生的响应信号为电流信号。信号转换器30中所配置的采样电阻36可实现响应信号的电流-电压转换，后续则将产生的电压信号发往PXI机箱20的信号采集卡21 ;该过程即为上述第二匹配处理过程。
[0043]工频交流电流驱动板31和工频交流电压放大板32用于产生三相交流电流和三相交流电压，产生的信号接入调速器4的负载反馈端，用于模拟柴油发电机的输出功率，仿真柴油发电机系统在带载情况下调速器4的调节性能。该信号由用户根据需要通过仿真控制系统10设置，由PXI机箱20发出相应信号再通过工频交流电流驱动板31和工频交流电压放大板32产生输出到调速器4的信号。中功率电压跟随器33用于产生输出能力为5V/1A的电源，用于驱动继电器驱动板35。控制逻辑34接收用户通过仿真控制系统10设置并经PXI机箱20的模拟输出卡22发出的信号,其和继电器驱动板35用于设置调速器4的工作模式和状态。如调速器的工作状态有恒速模式和“DROP”模式、额定转速和怠速等。这些模式和状态需用控制逻辑34和继电器驱动板35产生的信号来实现，产生的信号作用到调速器4对应端子上完成调速器4的工作模式和状态的设置。
[0044]本发明中，由用户根据需要通过仿真控制系统首先设置和产生测试信号，经由PXI机箱20传递后一方面通过控制逻辑34和继电器驱动板35最后作用到调速器4对应端子上，以完成调速器4的工作模式和状态的设置，另一方面通过工频交流电流驱动板31和工频交流电压放大板32产生输出到调速器4的信号，以仿真调速器4在柴油发电机系统在带载情况下的调节性能，测试调速器4的响应特性。信号转换器30的工频交流电流驱动板31、工频交流电压放大板32、中功率电压跟随器33、控制逻辑34和继电器驱动板35即完成上述第一匹配处理过程。
[0045]如图3所示，其显示了本发明的核电站应急柴油发电机系统的调速器的测试方法。该方法起始于步骤S10。在步骤Sll中，将仿真产生的测试信号先后经数模转换和第一匹配处理后传输给调速器。本发明基于现代控制技术、测试测量技术和虚拟仪器技术，模拟调速器的转速信号、同步信号等，并可对产生的各测量信号叠加阶跃信号。测试信号在传输至调速器之前需经PXI机箱进行数模转换，并经信号转换器匹配为调速器要求的信号类型。调速器在接收到经第一匹配处理的测试信号后会对各测试信号产生响应。在步骤S12中，采集调速器对接收到的、经第一匹配处理的测试信号产生的响应信号，并对响应信号先后进行第二匹配处理和模数转换。随后在步骤S13中，对经模数转换的响应信号进行波形比较和分析，确定调速器的动态参数和静态参数，得到测试结果。该方法结束于步骤S14。
[0046]如图4所示，其是本发明的核电站应急柴油发电机系统的调速器的测试方法的另一流程图。该方法起始于步骤S20。在步骤S21中，将仿真产生的测试信号先后经数模转换和第一匹配处理后传输给调速器。在步骤S22中，采集调速器对接收到的、经第一匹配处理的测试信号产生的响应信号，并对响应信号先后进行第二匹配处理和模数转换。其中通过控制信号采集卡采集响应信号。随后在步骤S23中，对经模数转换的响应信号进行进一步的滤波处理。在步骤S24中将经滤波处理的响应信号保存在仿真控制器中；将仿真控制器(尤其为数据保存模块)中保存的响应信号称为最终响应信号。在下一步骤S25，接收用户输入，读取仿真控制器中保存的最终响应信号。在下一步骤S26a，显示读取的最终响应信号，同时在步骤S26b中，对最终响应信号进行波形比较和分析，从而确定调速器的动态参数和静态参数，得到测试结果。最后在步骤S27中，保存得到的测试结果。该方法结束于步骤 S28。
[0047]其中步骤S21可分为以下几个子步骤:S211根据测试信号的设定参数产生测试信号；S212对上一步骤中产生的测试信号进行数模转换；以及S213对步骤S212中经数模转换的测试信号进行使其适配于调速器的第一匹配处理，并将经第一匹配处理后的测试信号传输给调速器。
[0048]图5a是对步骤S211的进一步详细描述。即图5a是根据本发明实施例的应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中输出测试信号的过程流程图。在步骤S2111中，输入测试信号的信号参数。在下一步骤S2112中，确定是否需要叠加阶跃信号，若是，则在步骤S2113中在输入的测试信号上叠加一阶跃信号，否则直接执行步骤S2114。在步骤S2114中，调用仿真信号VI生成测试信号。随后在步骤S2115中确定是否显示测试信号，若是则在仿真控制器的人机交互界面上显示该测试信号(S2116)。否则，则在步骤S2117将该测试信号输出至PXI机箱以进行后续处理。在下一步骤S2118中，确定是否继续产生测试信号的过程，若是，则重复上述步骤S2111-S2117，否则该过程结束。
[0049]图5b是对步骤S23的进一步详细描述。图5b是根据本发明实施例的应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中控制PXI机箱采集响应信号的过程流程图。通过调用DAQ助手控制采集卡采集经相关处理的响应信号，并在将其发往仿真控制系统前对其进行滤波处理。
[0050]图5c是对步骤S24的进一步详细描述。即图5c是根据本发明实施例的应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中进行相关数据和/或信号的保存的过程流程图。在保存相关数据和/或信号的过程中，可以指定存储路径、可提取测试系统内上一次存储数据的当前存储路径、也可事先指定快速通道路径并直接调用快速通道路径。
[0051]图5d是对步骤S25的进一步详细描述。即图5d是根据本发明实施例的应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中读取保存的相关数据和/或信号的过程流程图。读取相关数据和/或信号(这里与其指最终响应信号)，可采取快速通道输入或读取路径输入两种方式，并进一步判断读取通道的有效性及优先级来决定采用何通道读取最终响应信号。
[0052]图5e是对步骤S26b的进一步详细描述。图5e是根据本发明实施例的应急柴油发电机系统的调速器的测试方法中对响应信号进行分析的过程流程图。本发明的比较分析过程可采用手动分析和自动分析两种方式来进行波形比较和分析。测试结果可保存在仿真控制器的数据保存模块中，同时还可通过仿真控制器的人机交互模块显示最终的测试结果。
[0053]综上所述，本发明的测试系统和方法可以在调速器离线和开环的情况下，通过为调速器提供多个仿真和/或模拟的输入信号，通过实时测量调速器的响应信号，比较和分析调速器的动静态响应特性，完成调速器的及时准确测试。本发明的测试方法操作简单且安全可靠，可显著提高调速器的调试效率。
【权利要求】
1.一种核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统,其特征在于,包括仿真控制器、PXI机箱和信号转换器；所述PXI机箱在仿真控制器的控制下产生的测试信号经数模转换和信号转换器进行的第一匹配处理后传输给调速器，调速器对接收到的、经第一匹配处理的测试信号产生的响应信号经信号转换器进行的第二匹配处理后传输给PXI机箱，PXI机箱将经第二匹配处理的响应信号进行模数转换后传输给仿真控制器，所述仿真控制器对经模数转换的响应信号进行波形比较和分析，以确定所述调速器的动态参数和静态参数，得到测试结果。
2.根据权利要求1所述的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统，其特征在于，所述PXI机箱包含对经第二匹配处理的响应信号进行模数转换的信号采集卡、以及对所述测试信号进行数模转换的模拟输出卡。
3.根据权利要求1所述的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统，其特征在于，所述仿真控制器包含用于设定所述测试信号的信号参数的测试信号输出模块、用于控制PXI机箱采集经第二匹配处理的响应信号的响应信号测量模块和用于对经模数转换的响应信号进行波形比较和分析的信号分析模块。
4.根据权利要求3所述的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统，其特征在于，所述仿真控制器还包含人机交互模块，所述人机交互模块用于接收对所述测试系统进行的数据配置、以及用于显示所述测试系统的测试结果。
5.根据权利要求3所述的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统，其特征在于，所述仿真控制器还包含用于保存测试结果和经模数转换的响应信号的数据保存模块以及用于读取保存的、经模数转换的响应信号的波形读取模块。
6.根据权利要求1或3所述的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试系统，其特征在于，所述测试信号包含运用仿真技术产生的转速信号、同步信号、负荷分配线信号、油门开度信号、三相电压信号和三相电流信号，所述测试信号还包含与上述信号叠加的阶跃信号。
7.—种核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法,其特征在于,包括以下步骤: s1、将仿真产生的测试信号先后经数模转换和第一匹配处理后传输给调速器； s2、采集所述调速器对接收到的、经第一匹配处理的测试信号产生的响应信号，并对所述响应信号先后进行第二匹配处理和模数转换；以及 s3、对所述经模数转换的响应信号进行波形比较和分析，确定所述调速器的动态参数和静态参数，得到测试结果。
8.根据权利要求7所述的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法，其特征在于，所述步骤SI具体包括以下子步骤: s11、根据测试信号的设定参数产生测试信号； s12、对步骤Sll中产生的测试信号进行数模转换；以及 s13、对步骤S12中经数模转换的测试信号进行使其适配于调速器的第一匹配处理，并将经第一匹配处理后的测试信号传输给调速器。
9.根据权利要求8所述的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法，其特征在于，在所述步骤Sll中产生的测试信号包含运用仿真技术产生的转速信号、同步信号、负荷分配线信号、油门开度信号、三相电压信号和三相电流信号，在所述步骤Sll中产生的测试信号还包含与上述信号叠加的阶跃信号。
10.根据权利要求7所述的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法，其特征在于，所述步骤S2还包括在对所述响应信号进行模数转换后对其进行滤波处理。
11.根据权利要求10所述的核电站6.6KV应急柴油发电机系统的调速器的测试方法，其特征在于，在所述 步骤S2与S3之间，所述方法还包括保存所述经滤波处理的响应信号。
【文档编号】G01M15/00GK103808512SQ201210452727
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月13日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】张志飞, 丁俊超, 陈骁俊 申请人:中国广东核电集团有限公司, 大亚湾核电运营管理有限责任公司