專利名稱：多功能水輪發(fā)電機組控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種集四種控制功能于一體的水輪發(fā)電機組控制器，屬發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水輪發(fā)電機組需要配置多種控制與保護裝置?，F(xiàn)有的控制與保護是將水輪機和發(fā)電機看成兩個獨立的個體實施的，控制與保護裝置按水輪機和發(fā)電機分開單獨設(shè)置，包括水輪機自動操作及保護裝置、水輪機調(diào)速裝置、發(fā)電機自動準同期并列裝置、發(fā)電機斷路器自動控制裝置等。這種控制與保護裝置的配置方式存在以下不足a)、水輪發(fā)電機組包括水輪機和發(fā)電機，水輪機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，二者構(gòu)成一個有機的整體。因此，從控制的角度看，對水輪機和發(fā)電機的某一運行參數(shù)和狀態(tài)實施控制，都 會“牽一發(fā)而動全身”，影響水輪機和發(fā)電機其它運行參數(shù)的變化。但現(xiàn)有的技術(shù)不是把水輪機和發(fā)電機看成一個整體，而是將其看成彼此獨立，互不相干的兩個個體來實施控制和保護的，所配置的控制和保護裝置只考慮水輪機或發(fā)電機的某一方面而不顧其它方面，因此無法實現(xiàn)對水輪發(fā)電機組的最優(yōu)控制。b)、控制與保護裝置數(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，較多的控制與保護裝置需要較大的安裝空間，也增加電站廠房的投資。

實用新型內(nèi)容本實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)電機組控制器，實現(xiàn)對水輪發(fā)電機組的最優(yōu)控制，并降低電站的建設(shè)成本。本實用新型所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的—種多功能水輪發(fā)電機組控制器，它包括PLC、接力器液壓調(diào)節(jié)裝置、斷路器控制器、數(shù)字測量裝置、機組運行狀態(tài)傳感器、水庫水位傳感器、發(fā)電機電壓互感器和電力系統(tǒng)電壓互感器；其中，發(fā)電機電壓互感器和電力系統(tǒng)電壓互感器的二次電壓接數(shù)字測量裝置的輸入端；所述數(shù)字測量裝置、機組運行狀態(tài)傳感器、水庫水位傳感器的輸出信號以及機組操作指令分別接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)電機斷路器的閉合和斷開。上述多功能水輪發(fā)電機組控制器，所述接力器液壓調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)動配壓閥、接力器油缸、步進電動機和步進電動機控制器，所述轉(zhuǎn)動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)置有八個繞其軸線均布的油口，八個油口依次與壓力油、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)動水輪機導(dǎo)水葉的開度變化；所述步進電動機的輸出軸與轉(zhuǎn)動配壓閥的閥芯同軸固接，所述步進電動機控制器的輸入端接PLC的輸出端口，輸出端控制步進電動機。上述多功能水輪發(fā)電機組控制器，所述機組運行狀態(tài)傳感器包括接力器位移傳感器、水輪機軸瓦溫度傳感器、事故繼電器狀態(tài)傳感器、發(fā)電機斷路器狀態(tài)傳感器和機組制動壓力狀態(tài)傳感器。上述多功能水輪發(fā)電機組控制器，構(gòu)成中還包括顯示器和報警電路，它們分別接PLC的不同輸出端口。 本實用新型是以PLC為核心部件的智能控制器，它集四種控制功能于一體，不僅實現(xiàn)了對水輪發(fā)電機組的優(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
對本實用新型作進一步詳述。圖I是本實用新型的電原理圖；圖2是接力器液壓調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標號為1、閥體；2、閥芯；3、接力器油缸；4、步進電動機；5、步進電動機控制器；PLC為可編程控制器；IXD為顯示器；BJ為報警電路；CL為數(shù)字測量裝置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；G為發(fā)電機；WY為接力器位移傳感器；DY為水輪機導(dǎo)水葉；YHF為發(fā)電機電壓互感器；YHX為電力系統(tǒng)電壓互感器；Ff為發(fā)電機電壓的頻率；FX為系統(tǒng)電壓的頻率；UF為發(fā)電機電壓的幅值；UX為系統(tǒng)電壓的幅值；Λ δ為發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓之間的相角差。
具體實施方式
本實用新型的工作原理如圖I、圖2所示。經(jīng)過可編程控制器(PLC)對各種測量信號的分析、運算，產(chǎn)生一個接力器位移的調(diào)節(jié)信號(這個信號控制接力器向上或向下運動，目的是調(diào)節(jié)水輪機導(dǎo)水葉的開度，控制進入水輪機的水流量，進而調(diào)節(jié)水輪機的轉(zhuǎn)速或輸出功率；步進電動機4及其控制器5接收到這個信號，驅(qū)動轉(zhuǎn)動配壓閥的閥芯2轉(zhuǎn)動(包括轉(zhuǎn)動的方向和步數(shù))，使壓力油進入接力器油缸3的上腔Pl或下腔Ρ2，同時將接力器油缸3的下腔Ρ2或上腔Pl與回油箱接通。進而控制接力器活塞向上或向下移動并驅(qū)動水輪機導(dǎo)水葉的開度變化，實現(xiàn)自動調(diào)速功能。轉(zhuǎn)動配壓閥的工作原理圖2中所示的狀態(tài)，壓力油進閥口 Cl和C2、回油口 Dl和D2均被閥芯2擋住，水輪機接力器油缸活塞兩側(cè)的油無法流動，活塞處在原位不動，水輪機導(dǎo)水葉開度不變化。當轉(zhuǎn)動配壓閥的閥芯2順時針轉(zhuǎn)動時，Cl 口和C2 口分別與Al 口和Α2 口接通，壓力油進入接力器油缸下腔Ρ2，接力器油缸上腔Pl中的回油經(jīng)轉(zhuǎn)動配壓閥的BI、Dl 口和B2、D2 口流入回油箱；這時，接力器油缸活塞向上移動。反之，當閥心逆時針轉(zhuǎn)動時，接力器油缸活塞向下移動。步進電動機直接與轉(zhuǎn)動配壓閥的閥芯剛性連接，通過控制步進電動機轉(zhuǎn)角的大小來控制閥口的開度，從而達到調(diào)節(jié)接力器位移目的。接力器油缸的活塞桿推動水輪機的調(diào)速環(huán)一調(diào)節(jié)水輪機導(dǎo)水葉的開度一調(diào)節(jié)水輪機的轉(zhuǎn)速或功率。[0020]在轉(zhuǎn)動配壓閥的設(shè)計中，主要考慮了以下幾點(I)閥芯徑向力對稱布置，相互平衡，消除液壓卡緊現(xiàn)象；(2)閥芯上設(shè)計特殊的流道，減少工作介質(zhì)油通過閥芯時的各種液動力；(3)用閥芯閥套間的粘性摩擦取代機械轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的干摩擦，減少步進電動機的驅(qū)動負荷；(4)用步進電動機控制閥口開度的大小，保證轉(zhuǎn)動配壓閥有可靠的抗油污的能力； (5)為了減少到轉(zhuǎn)動配壓閥的零位泄漏，將閥芯與閥套間設(shè)計成負開口 ；(6)通過自適應(yīng)逆補償控制，消除負開口閥的死區(qū)特性。水電廠實際運行表明，轉(zhuǎn)動配壓閥基本上無零位泄漏、無零漂、抗油污能力強，由它構(gòu)成的全數(shù)字電液隨動系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單、且無死區(qū)，達到了預(yù)期的目的。本實用新型由數(shù)字編程來完成預(yù)定的四種的功能。這樣，簡化了整個系統(tǒng)的構(gòu)成，節(jié)約了投資，同時也提高系統(tǒng)的可靠性。本實用新型具有水輪機調(diào)速功能，它可根據(jù)需求，調(diào)節(jié)水輪機導(dǎo)水葉開度的大小，進而控制水輪機的轉(zhuǎn)速(機組未并網(wǎng)運行時)或發(fā)電機輸出的有功功率(機組并網(wǎng)運行時)。本裝置能實現(xiàn)發(fā)電機自動準同期并列。首先，數(shù)字測量裝置根據(jù)電壓互感器YHf、YHx的二次電壓，測量出發(fā)電機電壓的頻率、系統(tǒng)電壓的頻率，發(fā)電機電壓的幅值、系統(tǒng)電壓的幅值及發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓之間的相角差?？刂破髦杏邢鄳?yīng)的算法實時監(jiān)視和調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓之間的頻率差、相角差，監(jiān)視發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓之間的幅值差；當發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓之間的頻率差、幅值差和相角差滿足準同期并列條件時，發(fā)出合閘指令。取消了原來的發(fā)電機自動準同期并列裝置。斷路器控制器由電氣控制部分和機械操動部分組成。在傳統(tǒng)的水輪發(fā)電機組斷路器控制器中，電氣控制的功能包括斷路器手動合閘、自動準同期并列自動合閘、手動跳閘、機組停機連動跳閘、發(fā)電機事故連動跳閘、信號指示等。本實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來完成；這樣可以優(yōu)化整個系統(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)字測量裝置(CL)、機組運行狀態(tài)傳感器、水庫水位傳感器、發(fā)電機電壓互感器和電力系統(tǒng)電壓互感器；其中，發(fā)電機電壓互感器和電力系統(tǒng)電壓互感器的二次電壓接數(shù)字測量裝置(CL)的輸入端；所述數(shù)字測量裝置(CL)、機組運行狀態(tài)傳感器、水庫水位傳感器的輸出信號以及機組操作指令分別接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(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)動配壓閥、接力器油缸(3)、步進電動機(4)和步進電動機控制器(5);所述轉(zhuǎn)動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)置有八個繞其軸線均布的油口，八個油口依次與壓力油、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)動水輪機(SLJ)導(dǎo)水葉(DY)的開度變化；所述步進電動機(4)的輸出軸與轉(zhuǎn)動配壓閥的閥芯(2)同軸固接，所述步進電動機控制器(5)的輸入端接PLC的輸出端口，輸出端控制步進電動機(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多功能水輪發(fā)電機組控制器，其特征是，所述機組運行狀態(tài)傳感器包括接力器位移傳感器(WY)、水輪機軸瓦溫度傳感器、事故繼電器狀態(tài)傳感器、發(fā)電機斷路器狀態(tài)傳感器和機組制動壓力狀態(tài)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能水輪發(fā)電機組控制器，其特征是，它還包括顯示器(IXD)和報警電路(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)字測量裝置、機組運行狀態(tài)傳感器、水庫水位傳感器；發(fā)電機電壓互感器和電力系統(tǒng)電壓互感器的二次電壓接數(shù)字測量裝置的輸入端，所述數(shù)字測量裝置、機組運行狀態(tài)傳感器、水庫水位傳感器的輸出信號以及機組操作指令分別接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)電機斷路器的閉合和斷開。本實用新型集四種控制功能于一體，不僅實現(xiàn)了對水輪發(fā)電機組的優(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F03B15/06GK202659412SQ20122026437
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者商國才 申請人:保定陽圖電氣科技有限公司