專利名稱：多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種集四種控制功能于一體的水輪發(fā)電機(jī)組控制器，屬發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水輪發(fā)電機(jī)組需要配置多種控制與保護(hù)裝置?，F(xiàn)有的控制與保護(hù)是將水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)看成兩個(gè)獨(dú)立的個(gè)體實(shí)施的，控制與保護(hù)裝置按水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)分開單獨(dú)設(shè)置，包括水輪機(jī)自動(dòng)操作及保護(hù)裝置、水輪機(jī)調(diào)速裝置、發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并列裝置、發(fā)電機(jī)斷路器自動(dòng)控制裝置等。這種控制與保護(hù)裝置的配置方式存在以下不足a)、水輪發(fā)電機(jī)組包括水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，二者構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。因此，從控制的角度看，對(duì)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的某一運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)實(shí)施控制，都 會(huì)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，影響水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)其它運(yùn)行參數(shù)的變化。但現(xiàn)有的技術(shù)不是把水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)看成一個(gè)整體，而是將其看成彼此獨(dú)立，互不相干的兩個(gè)個(gè)體來(lái)實(shí)施控制和保護(hù)的，所配置的控制和保護(hù)裝置只考慮水輪機(jī)或發(fā)電機(jī)的某一方面而不顧其它方面，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)控制。b)、控制與保護(hù)裝置數(shù)量多，許多零部件重復(fù)設(shè)置，降低了零部件的利用率，提高了設(shè)備的制造成本。同時(shí)，較多的控制與保護(hù)裝置需要較大的安裝空間，也增加電站廠房的投資。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)控制，并降低電站的建設(shè)成本。本實(shí)用新型所述問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器，它包括PLC、接力器液壓調(diào)節(jié)裝置、斷路器控制器、數(shù)字測(cè)量裝置、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)傳感器、水庫(kù)水位傳感器、發(fā)電機(jī)電壓互感器和電力系統(tǒng)電壓互感器；其中，發(fā)電機(jī)電壓互感器和電力系統(tǒng)電壓互感器的二次電壓接數(shù)字測(cè)量裝置的輸入端；所述數(shù)字測(cè)量裝置、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)傳感器、水庫(kù)水位傳感器的輸出信號(hào)以及機(jī)組操作指令分別接PLC的不同輸入端口 ；所述接力器液壓調(diào)節(jié)裝置的輸入端接PLC的輸出端口 ；所述斷路器控制器的輸入端接PLC的輸出端口，輸出端控制發(fā)電機(jī)斷路器的閉合和斷開。上述多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器，所述接力器液壓調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥、接力器油缸、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器，所述轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥由兩端密封的筒狀閥體和套裝在閥體內(nèi)部的橫截面呈“十”字形的閥芯組成，在閥體的側(cè)壁上設(shè)置有八個(gè)繞其軸線均布的油口，八個(gè)油口依次與壓力油、接力器油缸上腔、回油箱、接力器油缸下腔、壓力油、接力器油缸上腔、回油箱、接力器油缸下腔連接；所述接力器油缸的活塞桿驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)導(dǎo)水葉的開度變化；所述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥的閥芯同軸固接，所述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器的輸入端接PLC的輸出端口，輸出端控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。上述多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器，所述機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)傳感器包括接力器位移傳感器、水輪機(jī)軸瓦溫度傳感器、事故繼電器狀態(tài)傳感器、發(fā)電機(jī)斷路器狀態(tài)傳感器和機(jī)組制動(dòng)壓力狀態(tài)傳感器。上述多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器，構(gòu)成中還包括顯示器和報(bào)警電路，它們分別接PLC的不同輸出端口。 本實(shí)用新型是以PLC為核心部件的智能控制器，它集四種控制功能于一體，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化控制，而且提高了零部件的利用率，減小了控制與保護(hù)設(shè)備的數(shù)量和體積，降低了控制設(shè)備及廠房的制造成本。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。圖I是本實(shí)用新型的電原理圖；圖2是接力器液壓調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)為1、閥體；2、閥芯；3、接力器油缸；4、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；5、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器；PLC為可編程控制器；IXD為顯示器；BJ為報(bào)警電路；CL為數(shù)字測(cè)量裝置JL為接力器液壓調(diào)節(jié)裝置；DK為斷路器控制器；Q為斷路器；XT為電力系統(tǒng)；SLJ為水輪機(jī)；G為發(fā)電機(jī)；WY為接力器位移傳感器；DY為水輪機(jī)導(dǎo)水葉；YHF為發(fā)電機(jī)電壓互感器；YHX為電力系統(tǒng)電壓互感器；Ff為發(fā)電機(jī)電壓的頻率；FX為系統(tǒng)電壓的頻率；UF為發(fā)電機(jī)電壓的幅值；UX為系統(tǒng)電壓的幅值；Λ δ為發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓之間的相角差。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的工作原理如圖I、圖2所示。經(jīng)過(guò)可編程控制器(PLC)對(duì)各種測(cè)量信號(hào)的分析、運(yùn)算，產(chǎn)生一個(gè)接力器位移的調(diào)節(jié)信號(hào)(這個(gè)信號(hào)控制接力器向上或向下運(yùn)動(dòng)，目的是調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)水葉的開度，控制進(jìn)入水輪機(jī)的水流量，進(jìn)而調(diào)節(jié)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速或輸出功率；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)4及其控制器5接收到這個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥的閥芯2轉(zhuǎn)動(dòng)(包括轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和步數(shù))，使壓力油進(jìn)入接力器油缸3的上腔Pl或下腔Ρ2，同時(shí)將接力器油缸3的下腔Ρ2或上腔Pl與回油箱接通。進(jìn)而控制接力器活塞向上或向下移動(dòng)并驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)導(dǎo)水葉的開度變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速功能。轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥的工作原理圖2中所示的狀態(tài)，壓力油進(jìn)閥口 Cl和C2、回油口 Dl和D2均被閥芯2擋住，水輪機(jī)接力器油缸活塞兩側(cè)的油無(wú)法流動(dòng)，活塞處在原位不動(dòng)，水輪機(jī)導(dǎo)水葉開度不變化。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥的閥芯2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，Cl 口和C2 口分別與Al 口和Α2 口接通，壓力油進(jìn)入接力器油缸下腔Ρ2，接力器油缸上腔Pl中的回油經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥的BI、Dl 口和B2、D2 口流入回油箱；這時(shí)，接力器油缸活塞向上移動(dòng)。反之，當(dāng)閥心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，接力器油缸活塞向下移動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接與轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥的閥芯剛性連接，通過(guò)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角的大小來(lái)控制閥口的開度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)接力器位移目的。接力器油缸的活塞桿推動(dòng)水輪機(jī)的調(diào)速環(huán)一調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)水葉的開度一調(diào)節(jié)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速或功率。[0020]在轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥的設(shè)計(jì)中，主要考慮了以下幾點(diǎn)(I)閥芯徑向力對(duì)稱布置，相互平衡，消除液壓卡緊現(xiàn)象；(2)閥芯上設(shè)計(jì)特殊的流道，減少工作介質(zhì)油通過(guò)閥芯時(shí)的各種液動(dòng)力；(3)用閥芯閥套間的粘性摩擦取代機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的干摩擦，減少步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)負(fù)荷；(4)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制閥口開度的大小，保證轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥有可靠的抗油污的能力； (5)為了減少到轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥的零位泄漏，將閥芯與閥套間設(shè)計(jì)成負(fù)開口 ；(6)通過(guò)自適應(yīng)逆補(bǔ)償控制，消除負(fù)開口閥的死區(qū)特性。水電廠實(shí)際運(yùn)行表明，轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥基本上無(wú)零位泄漏、無(wú)零漂、抗油污能力強(qiáng)，由它構(gòu)成的全數(shù)字電液隨動(dòng)系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且無(wú)死區(qū)，達(dá)到了預(yù)期的目的。本實(shí)用新型由數(shù)字編程來(lái)完成預(yù)定的四種的功能。這樣，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成，節(jié)約了投資，同時(shí)也提高系統(tǒng)的可靠性。本實(shí)用新型具有水輪機(jī)調(diào)速功能，它可根據(jù)需求，調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)水葉開度的大小，進(jìn)而控制水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速(機(jī)組未并網(wǎng)運(yùn)行時(shí))或發(fā)電機(jī)輸出的有功功率(機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí))。本裝置能實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并列。首先，數(shù)字測(cè)量裝置根據(jù)電壓互感器YHf、YHx的二次電壓，測(cè)量出發(fā)電機(jī)電壓的頻率、系統(tǒng)電壓的頻率，發(fā)電機(jī)電壓的幅值、系統(tǒng)電壓的幅值及發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓之間的相角差?？刂破髦杏邢鄳?yīng)的算法實(shí)時(shí)監(jiān)視和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓之間的頻率差、相角差，監(jiān)視發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓之間的幅值差；當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓之間的頻率差、幅值差和相角差滿足準(zhǔn)同期并列條件時(shí)，發(fā)出合閘指令。取消了原來(lái)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并列裝置。斷路器控制器由電氣控制部分和機(jī)械操動(dòng)部分組成。在傳統(tǒng)的水輪發(fā)電機(jī)組斷路器控制器中，電氣控制的功能包括斷路器手動(dòng)合閘、自動(dòng)準(zhǔn)同期并列自動(dòng)合閘、手動(dòng)跳閘、機(jī)組停機(jī)連動(dòng)跳閘、發(fā)電機(jī)事故連動(dòng)跳閘、信號(hào)指示等。本實(shí)用新型將斷路器控制器中的電氣控制功能，納入到多功能控制器中，由PLC來(lái)完成；這樣可以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性。
權(quán)利要求1.一種多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器，其特征是，它包括PLC、接力器液壓調(diào)節(jié)裝置(幾)、斷路器控制器(DK)、數(shù)字測(cè)量裝置(CL)、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)傳感器、水庫(kù)水位傳感器、發(fā)電機(jī)電壓互感器和電力系統(tǒng)電壓互感器；其中，發(fā)電機(jī)電壓互感器和電力系統(tǒng)電壓互感器的二次電壓接數(shù)字測(cè)量裝置(CL)的輸入端；所述數(shù)字測(cè)量裝置(CL)、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)傳感器、水庫(kù)水位傳感器的輸出信號(hào)以及機(jī)組操作指令分別接PLC的不同輸入端口 ；所述接力器液壓調(diào)節(jié)裝置(JL)的輸入端接PLC的輸出端口 ；所述斷路器控制器(DK)的輸入端接PLC的輸出端口，輸出端控制發(fā)電機(jī)(G)斷路器(Q)的閉合和斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器，其特征是，所述接力器液壓調(diào)節(jié)裝置(JL)包括轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥、接力器油缸(3)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(4)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器(5);所述轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥由兩端密封的筒狀閥體(I)和套裝在閥體(I)內(nèi)部的橫截面呈“十”字形的閥芯(2)組成，在閥體(I)的側(cè)壁上設(shè)置有八個(gè)繞其軸線均布的油口，八個(gè)油口依次與壓力油、接力器油缸(3)上腔、回油箱、接力器油缸(3)下腔、壓力油、接力器油缸(3)上腔、回油箱、接力器油缸(3)下腔連接；所述接力器油缸(3)的活塞桿驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)(SLJ)導(dǎo)水葉(DY)的開度變化；所述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(4)的輸出軸與轉(zhuǎn)動(dòng)配壓閥的閥芯(2)同軸固接，所述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器(5)的輸入端接PLC的輸出端口，輸出端控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器，其特征是，所述機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)傳感器包括接力器位移傳感器(WY)、水輪機(jī)軸瓦溫度傳感器、事故繼電器狀態(tài)傳感器、發(fā)電機(jī)斷路器狀態(tài)傳感器和機(jī)組制動(dòng)壓力狀態(tài)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器，其特征是，它還包括顯示器(IXD)和報(bào)警電路(BJ)，它們分別接PLC的不同輸出端口。
專利摘要一種多功能水輪發(fā)電機(jī)組控制器，它包括PLC、接力器液壓調(diào)節(jié)裝置、斷路器控制器、數(shù)字測(cè)量裝置、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)傳感器、水庫(kù)水位傳感器；發(fā)電機(jī)電壓互感器和電力系統(tǒng)電壓互感器的二次電壓接數(shù)字測(cè)量裝置的輸入端，所述數(shù)字測(cè)量裝置、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)傳感器、水庫(kù)水位傳感器的輸出信號(hào)以及機(jī)組操作指令分別接PLC的不同輸入端口，所述接力器液壓調(diào)節(jié)裝置的輸入端接PLC的輸出端口，所述斷路器控制器的輸入端接PLC的輸出端口，輸出端控制發(fā)電機(jī)斷路器的閉合和斷開。本實(shí)用新型集四種控制功能于一體，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化控制，而且降低了控制設(shè)備及廠房的制造成本。
文檔編號(hào)F03B15/06GK202659412SQ20122026437
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
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