一、引言

    火力發電一般通過燃燒煤粉或其它燃料以產生蒸汽，進而推動汽輪機轉動來帶動發電機發電。汽輪機的轉速決定所發交流電的頻率f。因我國目前所用交流電頻率f為50Hz，即通常所說的工頻，所以要求在發電時，汽輪機轉速n（即發電機轉速）必須穩定在3000r/min左右；發電機所發電的功率，取決于汽輪機轉矩所做的功。為了使汽輪機轉速n穩定在一定的范圍內，就相應有一套行程閥、液壓控制閥等組成的控制系統來控制汽輪機使其正常運行。一旦控制系統失靈，發電機組在突然卸負荷時將引起轉速的飛升，嚴重時會引發重大事故。因此，在一個新發電廠完工或原有電廠大修后，均應作相應的甩負荷試驗，以驗證控制系統的可靠性。

    二、甩負荷試驗相關信號描述

    在甩負荷試驗中，所關心的信號種類主要可分為：轉速（r/min）、壓力（Mp）（包括有油壓及蒸汽壓）、行程（mm）、流量（t/h）、溫度（℃），發電機功率（Kw）及電壓（Kv）等。這些物理量除了一路轉速為正弦波信號外，另外的信號均為電流或電壓信號。

    以上信號中，傳感器輸出的是4-20mA電流的物理量分別有：一次、二次脈動油壓、潤滑油壓、調節油壓、主蒸汽壓力、調節級壓力、再熱蒸汽壓力，左、中、右側高壓油動機行程，主汽流量、給水流量，主汽溫度、再熱汽溫、高壓缸排汽溫度，高、中、低壓缸脹差等共22路；發電機功率對應輸出的是0-2.5mA的小電流；主汽溫度、再熱汽溫、高壓缸排汽溫度等輸出的是0~50mV的小電壓；從發電機A、B、C三段分別取出的電壓/電流即是三PT/CT，經一次側衰減后接入到測試系統的PT仍高達0-100V，而CT則高達0-50安匝。

    針對上述信號特點，我們必須分別設計相應的前端調理；而根據正常甩負荷試驗要求，發電機組一般是從3000r/min過沖到3400r/min后，在控制系統的作用下以略低于3400r/min的轉速進入另一個穩定態，整個過程大約為3S左右，為了記錄控制機構相應動作的時序及溫度、壓力等信號，因而要求后端的數采系統為多路、并行采集。

    三、總體測試方案

    甩負荷試驗總體測試框圖如圖1所示，大體上分為傳感器、前端調理、并行數采三部分。

    對于轉速信號雖然只有一路，但在甩負荷試驗中至關重要，因為轉速傳感器輸出的信號為正弦波，為此需對其進行隔離、整形，以輸出標準的TTL方波，并專門設計了一款計數卡來對它進行采集，它可以以等間隔的時間Δt，將記錄的轉速脈沖個數存儲在計數卡上的存儲器中，從而滿足甩負荷試驗的特殊要求。

    對于4-20mA電流信號，我們在前端調理中用25Ω取樣后，然后用差分放大器放大10倍以轉化為0-5V電壓信號；對于0-2.5mA的小電流信號，其取樣電阻為20Ω，而差分放大器的放大倍數為100倍，從而保證對應的輸出電壓也為0-5V；至于三路0-50mV的小電壓信號，則只需用放大倍數為100倍的差分放大器直接進行放大即可。對于三路從一次PT/CT過來的信號，市面上有直接將其進一步降低的二次PT/CT產品，很容易將它們轉變為0-3.5V的電壓信號。

    關于多路、并行采集，使用的是我公司非常成熟的TST3000系列的并行采集卡，總共使用了32路，最高采樣率為1MHz，A/D分辨率為12Bits，板上存儲深度可高達1M個樣點，實際使用時采樣率為25KHz、采樣長度設為128K即可，這樣就能記錄大約5S，完全滿足記錄時間大于3S的要求，因而用我公司性價更好的TST5000系列的并行采集器也是可行的。

    四、結語

    本文介紹的汽輪機甩負荷試驗測試系統，目前已在某電廠成功地完成了甩負荷試驗，從而驗證了本方案的可行性。不過我們同時也要指出的是，由于電廠的各種干擾較多，特別是其地電位有時就高達三十多伏，因此如何正確處理信號接地問題非常重要，否則可能根本采不到信號，這是我們在現場調試不可回避的問題。