專利名稱：一種汽輪發電機轉子轉速的測量方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及汽輪發電機，尤其涉及一種汽輪發電機轉子轉速的測量方法及其裝置。
背景技術：
許多汽輪發電機轉子轉速的測量裝置是采用傳感器、F/V(frequency/voltage，頻率/電壓)轉換單元、數據采集器來實現的。轉子轉動時，傳感器將轉子轉速轉變為脈沖電信號，經過F/V轉換單元轉變為電壓信號，再由數據采集器將電壓信號轉變為數字量，完成汽輪發電機轉子轉速的測量。
在汽輪發電機組甩負荷試驗中，轉子轉速變化非常迅速，轉子起始飛升40～110ms內升速率可達280～400r/min，對轉子轉速的測量精度和響應速度有較高的要求，分析表明，若取升速率切線長度為40ms，對應轉速的變化量為12～15r/min，若測量誤差為±1r/min，則引起的誤差可達±6.25-8.33％。所以F/V轉換單元起到很重要的作用。
現有技術一的測量裝置中的F/V轉換單元采用模擬電路，電源噪聲小而抗空間電場干擾性差。圖1是汽輪發電機組甩負荷試驗中使用該現有技術一的測量裝置測量到的數據，其中縱坐標表示轉子轉速，單位為r/min，橫坐標表示時間，單位為s；圖2是前0.4s內的測量數據，其中縱坐標表示轉子轉速，單位為r/min，橫坐標表示時間，單位為s。該現有技術一的測量裝置的測量范圍為0～5000r/min，輸出為0～10V。經過分析，測量裝置受到電磁場(50Hz)的影響，有80mv的干擾波，相當于40r/min，對于汽輪發電機組甩負荷試驗(2750～3250Hz)的頻率范圍，其信噪比小，測量誤差大。
現有技術二的測量裝置中的F/V轉換單元采用數字電路，是對現有技術一的改進，其電源噪聲大而抗空間電場干擾性好。圖3是汽輪發電機組甩負荷試驗中使用該現有技術二的測量裝置測量的數據，其中縱坐標表示轉子轉速，單位為r/min，橫坐標表示時間，單位為s；圖4是前0.4s內的測量數據，其中縱坐標表示轉子轉速，單位為r/min，橫坐標表示時間，單位為s。該現有技術二的測量裝置的測量范圍為0～5000Hz，輸出為0～5V，經過分析，測量裝置受到白噪聲的影響，有20mv的干擾波，相當于20r/min，對于汽輪發電機組甩負荷試驗(2750～3250Hz)的頻率范圍，其信噪比一般，測量誤差較大。
發明內容
本發明提供了一種汽輪發電機轉子轉速的測量方法及其裝置，其轉子轉速測量誤差較小。
本發明的技術方案是 一種汽輪發電機轉子轉速的測量方法，包括步驟 通過傳感器將轉子轉速轉變為脈沖電信號； 對所述脈沖電信號按
進行F/V轉換， 其中U(f)表示轉換后的電壓信號，f表示脈沖電信號，f1、f2為兩個預定的脈沖電信號值，Umax為預定電壓值； 對所述F/V轉換后的電壓信號進行數模轉換； 通過數據采集器將所述數模轉換后的電壓信號轉換為數字量。
一種汽輪發電機轉子轉速的測量裝置，包括傳感器、F/V轉換單元、數模轉換單元和數據采集器，所述傳感器的輸出端依次通過所述F/V轉換單元、數模轉換單元和所述數據采集器連接； 所述傳感器將轉子轉速轉換為脈沖電信號后輸出到所述F/V轉換單元，所述F/V轉換單元對所述脈沖電信號按
進行F/V轉換，其中U(f)表示轉換后的電壓信號，f表示脈沖電信號，f1、f2為兩個預定的脈沖電信號值，Umax為預定電壓值；所述數模轉換單元對所述F/V轉換后的電壓信號進行數模轉換后輸出到所述數據采集器，所述數據采集器將所述數模轉換后的電壓信號轉換為數字量。
本發明的汽輪發電機轉子轉速的測量方法及其裝置，對脈沖電信號按
進行F/V轉換，即對脈沖電信號分階段進行F/V轉換，相對于現有技術二中按U(f)＝f×k1直線形式進行轉換的電壓信號來說(如圖11)，由于斜率k＞k1，則轉換后的預定范圍內的電壓信號對應的頻率范圍比較小，引起的線性誤差也就比較小，不易受干擾波的影響，轉速測量誤差比較小。
圖1是現有技術一中汽輪發電機組甩負荷試驗中使用測量裝置測量的數據示意圖； 圖2是圖1中前0.4s內的局部測量數據； 圖3是現有技術二中汽輪發電機組甩負荷試驗中使用測量裝置測量的數據示意圖； 圖4是圖3中前0.4s內的局部測量數據； 圖5是本發明汽輪發電機轉子轉速的測量方法在一實施例中的流程圖； 圖6是本發明汽輪發電機轉子轉速的測量方法在另一實施例中的流程圖； 圖7是本發明本發明汽輪發電機轉子轉速的測量裝置在一實施例中的結構框圖； 圖8是本發明本發明汽輪發電機轉子轉速的測量裝置在另一實施例中的結構框圖； 圖9是汽輪發電機組甩負荷試驗中使用本發明的方法或裝置測量的數據示意圖； 圖10是圖9中前0.4s內的局部測量數據； 圖11是本發明F/V轉換單元在一實施例中進行F/V轉換的數據示意圖； 圖12是對本發明F/V轉換單元的噪聲性能測試圖。
具體實施例方式 本發明的汽輪發電機轉子轉速的測量方法及其裝置，對脈沖電信號按
進行F/V轉換，即對脈沖電信號分階段進行F/V轉換，相對于現有技術二中按U(f)＝f×k1直線形式進行轉換的電壓信號來說(如圖11)，由于斜率k＞k1，則轉換后的預定范圍內的電壓信號對應的頻率范圍比較小，引起的線性誤差也就比較小，不易受干擾波的影響，轉速測量誤差比較小。
下面結合附圖對本發明的具體實施例做一詳細的闡述。
本發明的汽輪發電機轉子轉速的測量方法，如圖5，包括步驟 S101、通過傳感器將轉子轉速轉變為脈沖電信號； S102、對所述脈沖電信號按
進行F/V轉換，即頻率到電壓信號的轉換；其中U(f)表示轉換后的電壓信號，f表示脈沖電信號，f1、f2為兩個預定的脈沖電信號值，Umax為預定電壓值；該步驟是采用分階段轉換的方案對脈沖電信號進行轉換，第一階段轉換的電壓信號為0，電壓信號是一直線，第二階段轉換的電壓信號的形狀是斜線，第三階段的電壓信號為Umax，電壓信號也為一直線； S103、對所述F/V轉換后的電壓信號進行數模轉換； S104、通過數據采集器將所述數模轉換后的電壓信號轉換為數字量，以完成轉子轉速的測量。
在一較優實施例中，在步驟S101和步驟S102之間，即在對所述脈沖電信號進行F/V轉換之前，如圖6，還包括步驟S1010 對所述脈沖電信號進行差動運算處理，以減少共模輸入信號的干擾，并對差動運算處理后的信號波形進行整形處理。對該差動運算處理后的信號波形進行整形處理，可以減少尖峰信號的影響，以便更好的對所述脈沖電信號進行F/V轉換。
此時步驟S102中的所述脈沖電信號更新為所述整形處理后的信號。
在一較優實施例中，在步驟S103和步驟S104之間，即在通過數據采集器將所述數模轉換后的電壓信號轉換為數字量之前，如圖6，還包括步驟 對所述數模轉換后的電壓信號進行低通濾波處理，可以使得數模轉換的電壓信號曲線比較平滑，并能濾除尖峰信號的干擾。
此時步驟S104中的所述數模轉換后的電壓信號更新為所述低通濾波處理后的信號。
本發明的測量方法尤其可以應用在甩負荷試驗的轉子轉速測量中，可以提高甩負荷試驗測量的轉子初始加速度等轉子特征值的準確性，由于甩負荷試驗中轉子轉速值在2750～3250r/min，所以在甩負荷試驗中可以將f1、f2及Umax分別設定為f1＝2500Hz，f2＝3500Hz，Umax＝5V(當然f1、f2及Umax的設定也可以根據實際需要來設定)，如圖11，橫坐標表示脈沖電信號，單位為Hz，縱坐標表示電壓信號，單位為V，A為現有技術中的F/V轉換曲線，B為應用本發明分階段F/V轉換的曲線，從圖中可以看到本發明分階段F/V轉換的曲線分為三階段，第一階段轉換的電壓信號為0，是一條水平直線，第二階段轉換的電壓信號的形狀為斜線，該斜線的斜率為(5-0)/(3500-2500)＝0.005，第三階段轉換的電壓信號為5V，也是一條水平直線。現有技術中轉換后的電壓信號的形狀為斜線，該斜線的斜率為5/5000＝0.001。如果本發明的測量方法和現有技術中的測量方法都輸出50mv的干擾波，則現有技術中相當于50Hz的誤差(1000Hz/V)，本發明只相當于10Hz的誤差(200Hz/V)，由此可見本發明的測量方法的線性誤差要小的多，即是由于本發明采用分階段轉換的技術方案，使得在甩負荷試驗2750～3250Hz內轉換的電壓信號的斜線的斜率比較大，這樣預定范圍內的電壓信號對應的頻率范圍就會比較少，引起的線性誤差也就比較小，不易受干擾波的影響。
與本發明的測量方法相對應，本發明還揭示了一種汽輪發電機轉子轉速的測量裝置，如圖7，包括傳感器、F/V轉換單元、數模轉換單元和數據采集器，所述傳感器的輸出端依次通過所述F/V轉換單元、數模轉換單元和所述數據采集器連接； 所述傳感器將轉子轉速轉換為脈沖電信號后輸出到所述F/V轉換單元，所述F/V轉換單元對所述脈沖電信號按
進行F/V轉換，其中U(f)表示轉換后的電壓信號，f表示脈沖電信號，f1、f2為兩個預定的脈沖電信號值，Umax為預定電壓值；所述數模轉換單元對所述F/V轉換后的電壓信號進行數模轉換后輸出到所述數據采集器，所述數據采集器將所述數模轉換后的電壓信號轉換為數字量。
在一較優實施例中，如圖8，本發明的測量裝置還包括差動輸入單元和信號整形單元，所述差動輸入單元的輸入端與所述傳感器的輸出端連接，所述差動輸入單元的輸出端通過所述信號整形單元與所述F/V轉換單元的輸入端連接； 所述差動輸入單元對所述傳感器輸出的脈沖電信號進行差動運算處理后輸出到所述信號整形單元，所述信號整形單元對該差動運算處理后的信號波形進行整形處理后輸出到所述F/V轉換單元。差動運算處理可以減少共模輸入信號的干擾，對該差動運算處理后的信號波形進行整形處理，可以減少尖峰信號的影響，以便更好的對所述脈沖電信號進行F/V轉換。
這一較優實施例中，本發明的測量裝置，如圖8，還包括低通濾波單元，連接在所述數模轉換單元的輸出端和所述數據采集器的輸入端之間，對所述數模轉換單元數模轉換后的電壓信號進行低通濾波處理后輸出到所述數據采集器。對所述數模轉換后的電壓信號進行低通濾波處理，可以使得數模轉換的電壓信號曲線比較平滑，并能濾除尖峰信號的干擾。
本發明的測量裝置尤其適合用在甩負荷試驗的轉子轉速測量中，可以提高甩負荷試驗測量的轉子初始加速度等轉子特征值的準確性，由于甩負荷試驗中轉子轉速值在2750～3250r/min，所以在甩負荷試驗中F/V轉換單元可以將f1、f2及Umax分別設定為f1＝2500Hz，f2＝3500Hz，Umax＝5V(當然f1、f2及Umax也可以根據需要設定其他值)。
如圖9是采用本發明測量方法或測量裝置測量的轉子轉速示意圖，其中縱坐標表示轉子轉速，單位為r/min，橫坐標表示時間，單位為s；圖10是圖9中的前0.4s內的局部測量數據，其中縱坐標表示轉子轉速，單位為r/min，橫坐標表示時間，單位為s。由圖中可以看出本發明的轉子轉速曲線圖比較平滑，尖峰信號的干擾比較小，轉速的線性誤差比較小。
為了說明本發明的測量誤差比較小、提高測量精度，并能有效的減小干擾、噪聲，對本發明的F/V轉換單元的噪聲性能進行了測試，采用DG1022數字信號發生器、DS5102MA示波器、DAQ1602采集卡，測量范圍為2.5KHz～3.5KHz，DG1022數字信號發生器為掃頻方式，掃頻頻率為3000～3200Hz，信號掃頻時間為100ms。用DS5102MA示波器觀察噪聲為電源引起20KHz，6mVp-p左右，50ns尖峰，圖12是DAQ1602的16位采集卡數據回放，采集速率10KHz/s，從圖中可以看出本發明的測量方法或裝置有效的減小了干擾、噪聲，提高了轉速測量精度。
以上所述的本發明實施方式，并不構成對本發明保護范圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護范圍之內。
權利要求
1.一種汽輪發電機轉子轉速的測量方法，其特征在于，包括步驟通過傳感器將轉子轉速轉變為脈沖電信號；
對所述脈沖電信號按進行F/V轉換，其中U(f)表示轉換后的電壓信號，f表示脈沖電信號，f1、f2為兩個預定的脈沖電信號值，Umax為預定電壓值；
對所述F/V轉換后的電壓信號進行數模轉換；
通過數據采集器將所述數模轉換后的電壓信號轉換為數字量。
2.根據權利要求1所述的汽輪發電機轉子轉速的測量方法，其特征在于在對所述脈沖電信號進行F/V轉換之前，還包括步驟
對所述脈沖電信號進行差動運算處理，并對差動運算處理后的信號波形進行整形處理。
3.根據權利要求2所述的汽輪發電機轉子轉速的測量方法，其特征在于在通過數據采集器將所述數模轉換后的電壓信號轉換為數字量之前，還包括步驟
對所述數模轉換后的電壓信號進行低通濾波處理。
4.根據權利要求1至3任一權利要求所述的汽輪發電機轉子轉速的測量方法，其特征在于
f1＝2500Hz，f2＝3500Hz，Umax＝5V。
5.一種汽輪發電機轉子轉速的測量裝置，包括傳感器、F/V轉換單元、數模轉換單元和數據采集器，其特征在于所述傳感器的輸出端依次通過所述F/V轉換單元、數模轉換單元和所述數據采集器連接；
所述傳感器將轉子轉速轉換為脈沖電信號后輸出到所述F/V轉換單元，所述F/V轉換單元對所述脈沖電信號按進行F/V轉換，其中U(f)表示轉換后的電壓信號，f表示脈沖電信號，f1、f2為兩個預定的脈沖電信號值，Umax為預定電壓值；所述數模轉換單元對所述F/V轉換后的電壓信號進行數模轉換后輸出到所述數據采集器，所述數據采集器將所述數模轉換后的電壓信號轉換為數字量。
6.根據權利要求5所述的汽輪發電機轉子轉速的測量裝置，其特征在于，還包括差動輸入單元和信號整形單元，所述差動輸入單元的輸入端與所述傳感器的輸出端連接，所述差動輸入單元的輸出端通過所述信號整形單元與所述F/V轉換單元的輸入端連接；
所述差動輸入單元對所述傳感器輸出的脈沖電信號進行差動運算處理后輸出到所述信號整形單元，所述信號整形單元對該差動運算處理后的信號波形進行整形處理后輸出到所述F/V轉換單元。
7.根據權利要求6所述的汽輪發電機轉子轉速的測量裝置，其特征在于，還包括低通濾波單元，連接在所述數模轉換單元的輸出端和所述數據采集器的輸入端之間，對所述數模轉換單元數模轉換后的電壓信號進行低通濾波處理后輸出到所述數據采集器。
8.根據權利要求5至7任一權利要求所述的汽輪發電機轉子轉速的測量裝置，其特征在于
f1＝2500Hz，f2＝3500Hz，Umax＝5V。
全文摘要
本發明公開了一種汽輪發電機轉子轉速的測量方法及其裝置，所述方法包括步驟通過傳感器將轉子轉速轉變為脈沖電信號；對所述脈沖電信號按進行F/V轉換，其中U(f)表示轉換后的電壓信號，f表示脈沖電信號，f1、f2為兩個預定的脈沖電信號值，Umax為預定電壓值；對所述F/V轉換后的電壓信號進行數模轉換；通過數據采集器將所述數模轉換后的電壓信號轉換為數字量。本發明對脈沖電信號分階段進行F/V轉換，相對于現有技術二中按U(f)＝f×k1直線形式進行轉換的電壓信號來說，由于k＞k1，則轉換后的預定范圍內的電壓信號對應的頻率范圍比較小，引起的線性誤差也就比較小，不易受干擾波的影響，轉速測量誤差比較小。
文檔編號G01P3/00GK101762715SQ200910214480
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者田豐 申請人:廣東電網公司電力科學研究院