CN209297147U - 一种水电站低压机组自动化控制*** - Google Patents

一种水电站低压机组自动化控制*** Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种水电站低压机组自动化控制***,包括自动化控制柜、液压调速器、电流互感器、与变压器相连的隔离刀闸,所述自动化控制柜包括人机交互单元、保护单元、计量仪表、PLC控制器、并网控制器、励磁控制单元、出口继电器,本实用新型通过PLC控制器和液位传感器实现自动控制功率,PLC控制器通过保护单元和出口继电器控制水轮发电机组的启停,起到飞逸保护的作用;通过并网控制器实现自动同期并网,通过励磁控制单元实现发电机的自动励磁控制调节,通过计量仪表采集电能数据;本***功能全面、自动化程度高,提高了水电站的自动化运行水平,可以达到无人值守或者少人值守的目的,节约了人力成本,提高了运行效率。

Description

一种水电站低压机组自动化控制***
技术领域
本实用新型涉及水电站自动控制领域,特别是一种水电站低压机组自动化控制***。
背景技术
水电站,是能将水能转换为电能的综合工程设施。一般包括由挡水、泄水建筑物形成的水库和水电站引水***、发电厂房、机电设备等。水库的高水位水经引水***流入厂房推动水轮发电机组发出电能,再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网。
传统的水电站手工控制***需要人员24小时值守,人力成本高、运行效率低,并且一般的控制***功能不够全面,缺少电能监测、自动并网、发电机励磁控制调节、自动启停、自动控制功率、并且具有飞逸保护等保护功能的自动化控制装置,无法满足水电站对于自动化运行水平的要求。
实用新型内容
为了解决上述问题,本实用新型的目的是提供一种自动同期并网、自动励磁调节、自动启停、自动控制水轮发电机组输出功率、并且具有多种保护功能的水电站低压机组自动化控制***。
本实用新型采用的技术方案是:
一种水电站低压机组自动化控制***,设置在电网的变压器和水轮发电机组之间,水轮发电机组包括水轮机和发电机,包括:自动化控制柜、液压调速器、电流互感器、与变压器相连的隔离刀闸,所述自动化控制柜包括人机交互单元、保护单元、计量仪表、PLC控制器、并网控制器、励磁控制单元、出口继电器,所述并网控制器和分别与发电机、隔离刀闸电性连接以用于控制并网,所述励磁控制单元与发电机电性连接,所述PLC控制器分别与保护单元、并网控制器、人机交互单元、计量仪表、出口继电器、液压调速器电性连接,所述电流互感器位于发电机的输出端以用于检测发电机输出电流,电流互感器与计量仪表电性连接;所述出口继电器与发电机电性连接以用于控制跳闸合闸;所述液压调速器与水轮机的控制端电性连接。
进一步的,所述保护单元包括温度巡检仪、转速测控仪、空气开关和报警模块,所述温度巡检仪分别与发电机的温度信号输出端、PLC控制器电性连接,所述转速测控仪分别与发电机的转速信号输出端、PLC控制器电性连接,所述空气开关设置在发电机与变压器之间,所述报警模块与PLC控制器电性连接以用于输出报警信号。
进一步的,所述励磁控制单元包括励磁变压器、三相半控整流桥和励磁调节器,所述励磁调节器上设置有用于提供励磁电源的励磁电源端子,所述励磁电源端子、励磁变压器分别与发电机的输出端电性连接,所述励磁变压器通过三相半控整流桥与发电机转子绕组电性连接,励磁调节器与PLC控制器电性连接。
进一步的,所述电流互感器包括三个测量电流互感器和一个励磁调差回路电流互感器,所述计量仪表包括三相电能表、电网交流电压表、发电机交流电压表、电网频率表、发电机频率表、励磁电压表和励磁电流表,三个测量电流互感器分别设置于发电机的三相输出端上以用于测量发电机的三相电流,测量电流互感器皆与三相电能表电性连接,所述电网交流电压表用于测量电网电压,发电机交流电压表用于测量发电机输出电压,电网频率表用于测量电网频率,发电机频率表用于测量发电机频率,所述励磁电压表和励磁电流表设置在励磁调节器的励磁电源输出端以用于测量励磁电压和电流。
进一步的,还包括设置在自动化控制柜上的若干手动调节按钮,所述手动调节单元按钮与PLC控制器电性连接。
进一步的,所述PLC控制器与出口继电器的控制端之间通过光隔端子相连以用于实现光电隔离。
进一步的,还包括后台计算机,所述后台计算机通过设置在自动化控制柜上的通信接口与PLC控制器、三相电能表通信连接。
进一步的,还包括设置在自动化控制柜上的液晶触摸屏,所述液晶触摸屏与PLC控制器电性连接。
本实用新型的有益效果:
本实用新型通过PLC控制器和液位传感器配合检测水库水量,PLC 控制器通过液压调速器控制水轮机导叶,以此自动控制发电机输出功率,实现自动控制功率,PLC控制器通过保护单元和出口继电器控制水轮发电机组的启停,起到飞逸保护的作用;此外通过并网控制器实现自动同期并网,通过励磁控制单元实现发电机的自动励磁控制调节,通过计量仪表采集电压、电流、频率等电能数据,实现电能监测功能;本***功能全面、自动化程度高,提高了水电站的自动化运行水平,可以达到无人值守或者少人值守的目的,节约了人力成本,提高了运行效率。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明;
图1是本实用新型自动化控制***的结构原理图;
图2是本实用新型自动化控制柜的模块连线图。
具体实施方式
如图1-图2所示所示为本实用新型的一种水电站低压机组自动化控制***,设置在电网的变压器和水轮发电机组之间,水轮发电机组包括水轮机和发电机,包括:自动化控制柜1、液压调速器2、电流互感器3、与变压器相连的隔离刀闸4,以及用于测量水库内水位高低的液位传感器 5,还包括与自动化控制柜1相连的后台计算机和与后台计算机相连的打印机。
其中,如图2所示,自动化控制柜1包括保护单元11、计量仪表12、 PLC控制器13、并网控制器14、励磁控制单元15、出口继电器16,并网控制器14分别与发电机、隔离刀闸4电性连接以用于控制并网,励磁控制单元15与发电机电性连接,PLC控制器13分别与保护单元11、并网控制器14、计量仪表12、出口继电器16、液压调速器2、液位传感器5 电性连接,电流互感器3位于发电机的输出端以用于检测发电机输出电流,电流互感器3与计量仪表12电性连接;出口继电器16与发电机电性连接以用于控制跳闸合闸,优选的,PLC控制器13与出口继电器16 的控制端之间通过光隔端子相连以用于实现光电隔离。液压调速器2与水轮机的控制端电性连接,还包括设置在自动化控制柜1上的液晶触摸屏,液晶触摸屏与PLC控制器13电性连接以用于完成人机交互。
其中,保护单元11包括温度巡检仪、转速测控仪、空气开关和报警模块,温度巡检仪分别与发电机的温度信号输出端、PLC控制器13电性连接,转速测控仪分别与发电机的转速信号输出端、PLC控制器13电性连接,空气开关设置在发电机与变压器之间,报警模块与PLC控制器13 电性连接以用于输出报警信号,保护单元11和PLC控制器、计量仪表12 配合实现发电机的过电流、过负荷、过电压、低电压、超温保护、过速、低频等保护功能。
其中,励磁控制单元15包括励磁变压器、三相半控整流桥和励磁调节器,励磁调节器包括励磁电源端子、测量同步变压器单元、自动高速单元、触发单元、数字给定单元,还包含跟踪单元及过压检测等辅助单元;励磁电源端子、励磁变压器分别与发电机的输出端电性连接,励磁变压器通过三相半控整流桥与发电机转子绕组电性连接,励磁调节器与 PLC控制器13电性连接;励磁控制单元15用于实现发电机的恒电压、自动调差、空载过电压保护、甩负荷自动稳压、低频过励限制和低转速自动截止励磁电流等功能。
其中,电流互感器3包括三个测量电流互感器和一个励磁调差回路电流互感器,计量仪表12包括三相电能表、电网交流电压表、发电机交流电压表、电网频率表、发电机频率表、励磁电压表和励磁电流表,三个测量电流互感器分别设置于发电机的三相输出端上以用于测量发电机的三相电流,测量电流互感器皆与三相电能表电性连接,电网交流电压表用于测量电网电压,发电机交流电压表用于测量发电机输出电压,电网频率表用于测量电网频率,发电机频率表用于测量发电机频率,励磁电压表和励磁电流表设置在励磁调节器的励磁电源输出端以用于测量励磁电压和电流。
还包括设置在自动化控制柜1上的若干手动调节按钮,手动调节单元按钮与PLC控制器13电性连接,包括自动/手动起励、自动/手动风机控制旋钮开关各一只,手动增磁、手动减磁、手动灭磁、显示切换、恒功/恒压切换、快速按钮各一只,用户可以通过手动调节按钮手动实现手动开机、手动停机、手动启励、手动同期并网、手动增加功率、减少功率等操作。
后台计算机通过设置在自动化控制柜1上的通信接口与PLC控制器 13、三相电能表通信连接,优选的,通信接口包括采用485接口网线接口和IO口等其他常规通信接口。
本实用新型的操作流程为:
并网操作:用户将自动/停/手动转换开关打到自动位置,自动操作水轮发电机转速到48Hz,启励后,将水轮发电机的转速及电压调到与电网频率和电压相同,当发电机与电网的频差相同后并网控制器14上的频差合格指示灯会亮,再当发电机的电压与电网的相近时,并网控制器14 装置上的压差合格指示灯会亮,也就是发电机与电网上的频差及压差都合格,并网控制器14装置将捕捉两者的相位差,并网控制器14装置相位差合格指示灯亮后,并网控制器14装置会发出同期合闸指令,实现发电机的自动同期并网,本实施例中合格参数为频差小于0.5HZ、相角小于10 度、电压差小于15V。
励磁控制调节:励磁电源从发电机出口端经励磁变压器降压隔离后,由三相半控整流桥整流,向发电机转子绕组提供一个自动/手动调节的励磁电源,实现自并激励磁。
自动控制功率:
用户可以根据不同的现场需求设置不同的功率控制模式,如下
模式一:水库内的液位传感器5测量的水位信号分成四档输入PLC控制器13,反映水位的高低位置。在高水位时,控制机组满负荷发电,以取得良好的经济基础;在中水位时(二档),将自动减少输出功率至设定值;在低水位时,自动停机,以利于水库水量的合理利用。
模式二:根据用户整定的功率值,PLC控制器13自动调节水轮机导叶,使功率稳定在整定值,当水位下降到一定的时候,发电机的功率也要跟着下降,这时***将要开大导叶,当导叶行程到达上限后,导叶还在开大,自动化控制柜1将输出报警信号,若水位仍然处于下降状态,发电机的功率随着下降到整定值一半以下时,***将启动保护,分开出口继电器16;并且迅速关小水轮机的开度,作停机处理。
模式三:根据4∽20mA连续液位传感器5的信号,自动调节功率,水位在上限时满负荷发电,水位在下限时自动停机,中间由水位的高度差分五段,自动调节功率。
远程操作、远程调度:
用户可以通过后台计算机远距离操作与控制各台水轮发电机组;实时显示各机组的运行状况;通过打印机将各台机组发电的电气量组成表格,打印数据;绘制运行参数的负荷曲线;事故记录及打印;历史数据召唤;电量的累加计算与统计等功能。
后台计算机通过网络与各级调度中心相连,实现远程调度将水电站的各种参数(测量,机组运行状况,保护的动作情况,开关的分闸、合闸) 传至调度中心,同时可以接受远方调度的各种控制。
本实用新型通过PLC控制器13和液位传感器5配合检测水库水量, PLC控制器13通过液压调速器5控制水轮机导叶,以此自动控制发电机输出功率,实现自动控制功率,PLC控制器13通过保护单元11和出口继电器16控制水轮发电机组的启停,起到飞逸保护的作用;此外通过并网控制器14实现自动同期并网,通过励磁控制单元15实现发电机的自动励磁控制调节,通过计量仪表12采集电压、电流、频率等电能数据,实现电能监测功能;本***功能全面、自动化程度高,提高了水电站的自动化运行水平,可以达到无人值守或者少人值守的目的,节约了人力成本,提高了运行效率。
以上所述仅为本实用新型的优先实施方式,本实用新型并不限定于上述实施方式,只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水电站低压机组自动化控制***,设置在电网的变压器和水轮发电机组之间,水轮发电机组包括水轮机和发电机,其特征在于,包括:自动化控制柜(1)、液压调速器(2)、电流互感器(3)、与变压器相连的隔离刀闸(4),以及用于测量水库内水位高低的液位传感器(5),所述自动化控制柜(1)包括保护单元(11)、计量仪表(12)、PLC控制器(13)、并网控制器(14)、励磁控制单元(15)、出口继电器(16),所述并网控制器(14)分别与发电机、隔离刀闸(4)电性连接以用于控制并网,所述励磁控制单元(15)与发电机电性连接,所述PLC控制器(13)分别与保护单元(11)、并网控制器(14)、计量仪表(12)、出口继电器(16)、液压调速器(2)、液位传感器(5)电性连接,所述电流互感器(3)位于发电机的输出端以用于检测发电机输出电流,电流互感器(3)与计量仪表(12)电性连接;所述出口继电器(16)与发电机电性连接以用于控制跳闸合闸;所述液压调速器(2)与水轮机的控制端电性连接。
2.根据权利要求1所述的水电站低压机组自动化控制***,其特征在于:所述保护单元(11)包括温度巡检仪、转速测控仪、空气开关和报警模块,所述温度巡检仪分别与发电机的温度信号输出端、PLC控制器(13)电性连接,所述转速测控仪分别与发电机的转速信号输出端、PLC控制器(13)电性连接,所述空气开关设置在发电机与变压器之间,所述报警模块与PLC控制器(13)电性连接以用于输出报警信号。
3.根据权利要求1所述的水电站低压机组自动化控制***,其特征在于:所述励磁控制单元(15)包括励磁变压器、三相半控整流桥和励磁调节器,所述励磁调节器上设置有用于提供励磁电源的励磁电源端子,所述励磁电源端子、励磁变压器分别与发电机的输出端电性连接,所述励磁变压器通过三相半控整流桥与发电机转子绕组电性连接,励磁调节器与PLC控制器(13)电性连接。
4.根据权利要求1所述的水电站低压机组自动化控制***,其特征在于:所述电流互感器(3)包括三个测量电流互感器和一个励磁调差回路电流互感器,所述计量仪表(12)包括三相电能表、电网交流电压表、发电机交流电压表、电网频率表、发电机频率表、励磁电压表和励磁电流表,三个测量电流互感器分别设置于发电机的三相输出端上以用于测量发电机的三相电流,测量电流互感器皆与三相电能表电性连接,所述电网交流电压表用于测量电网电压,发电机交流电压表用于测量发电机输出电压,电网频率表用于测量电网频率,发电机频率表用于测量发电机频率,所述励磁电压表和励磁电流表设置在励磁调节器的励磁电源输出端以用于测量励磁电压和电流。
5.根据权利要求1所述的水电站低压机组自动化控制***,其特征在于:还包括设置在自动化控制柜(1)上的若干手动调节按钮,所述手动调节单元按钮与PLC控制器(13)电性连接。
6.根据权利要求1所述的水电站低压机组自动化控制***,其特征在于:所述PLC控制器(13)与出口继电器(16)的控制端之间通过光隔端子相连以用于实现光电隔离。
7.根据权利要求4所述的水电站低压机组自动化控制***,其特征在于:还包括后台计算机,所述后台计算机通过设置在自动化控制柜(1)上的通信接口与PLC控制器(13)、三相电能表通信连接。
8.根据权利要求1所述的水电站低压机组自动化控制***,其特征在于:还包括设置在自动化控制柜(1)上的液晶触摸屏,所述液晶触摸屏与PLC控制器(13)电性连接。
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Date Code Title Description
GR01 Patent grant
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of utility model: An Automatic Control System for Low Voltage Units in Hydropower Stations

Effective date of registration: 20230321

Granted publication date: 20190823

Pledgee: Hunan Ningxiang Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Xiaduopu Sub branch

Pledgor: Hunan Tianyu Autocontrol Engineering Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980035675

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Denomination of utility model: An Automatic Control System for Low Voltage Units in Hydroelectric Stations

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Pledgor: Hunan Tianyu Autocontrol Engineering Co.,Ltd.

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