专利名称：多功能水轮发电机组控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种集四种控制功能于一体的水轮发电机组控制器，属发电技术领域。
背景技术：
水轮发电机组需要配置多种控制与保护装置。现有的控制与保护是将水轮机和发电机看成两个独立的个体实施的，控制与保护装置按水轮机和发电机分开单独设置，包括水轮机自动操作及保护装置、水轮机调速装置、发电机自动准同期并列装置、发电机断路器自动控制装置等。这种控制与保护装置的配置方式存在以下不足a)、水轮发电机组包括水轮机和发电机，水轮机驱动发电机发电，二者构成一个有机的整体。因此，从控制的角度看，对水轮机和发电机的某一运行参数和状态实施控制，都 会“牵一发而动全身”，影响水轮机和发电机其它运行参数的变化。但现有的技术不是把水轮机和发电机看成一个整体，而是将其看成彼此独立，互不相干的两个个体来实施控制和保护的，所配置的控制和保护装置只考虑水轮机或发电机的某一方面而不顾其它方面，因此无法实现对水轮发电机组的最优控制。b)、控制与保护装置数量多，许多零部件重复设置，降低了零部件的利用率，提高了设备的制造成本。同时，较多的控制与保护装置需要较大的安装空间，也增加电站厂房的投资。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种多功能水轮发电机组控制器，实现对水轮发电机组的最优控制，并降低电站的建设成本。本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的—种多功能水轮发电机组控制器，它包括PLC、接力器液压调节装置、断路器控制器、数字测量装置、机组运行状态传感器、水库水位传感器、发电机电压互感器和电力系统电压互感器；其中，发电机电压互感器和电力系统电压互感器的二次电压接数字测量装置的输入端；所述数字测量装置、机组运行状态传感器、水库水位传感器的输出信号以及机组操作指令分别接PLC的不同输入端口 ；所述接力器液压调节装置的输入端接PLC的输出端口 ；所述断路器控制器的输入端接PLC的输出端口，输出端控制发电机断路器的闭合和断开。上述多功能水轮发电机组控制器，所述接力器液压调节装置包括转动配压阀、接力器油缸、步进电动机和步进电动机控制器，所述转动配压阀由两端密封的筒状阀体和套装在阀体内部的横截面呈“十”字形的阀芯组成，在阀体的侧壁上设置有八个绕其轴线均布的油口，八个油口依次与压力油、接力器油缸上腔、回油箱、接力器油缸下腔、压力油、接力器油缸上腔、回油箱、接力器油缸下腔连接；所述接力器油缸的活塞杆驱动水轮机导水叶的开度变化；所述步进电动机的输出轴与转动配压阀的阀芯同轴固接，所述步进电动机控制器的输入端接PLC的输出端口，输出端控制步进电动机。上述多功能水轮发电机组控制器，所述机组运行状态传感器包括接力器位移传感器、水轮机轴瓦温度传感器、事故继电器状态传感器、发电机断路器状态传感器和机组制动压力状态传感器。上述多功能水轮发电机组控制器，构成中还包括显示器和报警电路，它们分别接PLC的不同输出端口。 本实用新型是以PLC为核心部件的智能控制器，它集四种控制功能于一体，不仅实现了对水轮发电机组的优化控制，而且提高了零部件的利用率，减小了控制与保护设备的数量和体积，降低了控制设备及厂房的制造成本。
以下结合附图
对本实用新型作进一步详述。图I是本实用新型的电原理图；图2是接力器液压调节装置的结构示意图。图中各标号为1、阀体；2、阀芯；3、接力器油缸；4、步进电动机；5、步进电动机控制器；PLC为可编程控制器；IXD为显示器；BJ为报警电路；CL为数字测量装置JL为接力器液压调节装置；DK为断路器控制器；Q为断路器；XT为电力系统；SLJ为水轮机；G为发电机；WY为接力器位移传感器；DY为水轮机导水叶；YHF为发电机电压互感器；YHX为电力系统电压互感器；Ff为发电机电压的频率；FX为系统电压的频率；UF为发电机电压的幅值；UX为系统电压的幅值；Λ δ为发电机电压和系统电压之间的相角差。
具体实施方式
本实用新型的工作原理如图I、图2所示。经过可编程控制器(PLC)对各种测量信号的分析、运算，产生一个接力器位移的调节信号(这个信号控制接力器向上或向下运动，目的是调节水轮机导水叶的开度，控制进入水轮机的水流量，进而调节水轮机的转速或输出功率；步进电动机4及其控制器5接收到这个信号，驱动转动配压阀的阀芯2转动(包括转动的方向和步数)，使压力油进入接力器油缸3的上腔Pl或下腔Ρ2，同时将接力器油缸3的下腔Ρ2或上腔Pl与回油箱接通。进而控制接力器活塞向上或向下移动并驱动水轮机导水叶的开度变化，实现自动调速功能。转动配压阀的工作原理图2中所示的状态，压力油进阀口 Cl和C2、回油口 Dl和D2均被阀芯2挡住，水轮机接力器油缸活塞两侧的油无法流动，活塞处在原位不动，水轮机导水叶开度不变化。当转动配压阀的阀芯2顺时针转动时，Cl 口和C2 口分别与Al 口和Α2 口接通，压力油进入接力器油缸下腔Ρ2，接力器油缸上腔Pl中的回油经转动配压阀的BI、Dl 口和B2、D2 口流入回油箱；这时，接力器油缸活塞向上移动。反之，当阀心逆时针转动时，接力器油缸活塞向下移动。步进电动机直接与转动配压阀的阀芯刚性连接，通过控制步进电动机转角的大小来控制阀口的开度，从而达到调节接力器位移目的。接力器油缸的活塞杆推动水轮机的调速环一调节水轮机导水叶的开度一调节水轮机的转速或功率。[0020]在转动配压阀的设计中，主要考虑了以下几点(I)阀芯径向力对称布置，相互平衡，消除液压卡紧现象；(2)阀芯上设计特殊的流道，减少工作介质油通过阀芯时的各种液动力；(3)用阀芯阀套间的粘性摩擦取代机械转动产生的干摩擦，减少步进电动机的驱动负荷；(4)用步进电动机控制阀口开度的大小，保证转动配压阀有可靠的抗油污的能力； (5)为了减少到转动配压阀的零位泄漏，将阀芯与阀套间设计成负开口 ；(6)通过自适应逆补偿控制，消除负开口阀的死区特性。水电厂实际运行表明，转动配压阀基本上无零位泄漏、无零漂、抗油污能力强，由它构成的全数字电液随动系统不仅结构简单、且无死区，达到了预期的目的。本实用新型由数字编程来完成预定的四种的功能。这样，简化了整个系统的构成，节约了投资，同时也提高系统的可靠性。本实用新型具有水轮机调速功能，它可根据需求，调节水轮机导水叶开度的大小，进而控制水轮机的转速(机组未并网运行时)或发电机输出的有功功率(机组并网运行时)。本装置能实现发电机自动准同期并列。首先，数字测量装置根据电压互感器YHf、YHx的二次电压，测量出发电机电压的频率、系统电压的频率，发电机电压的幅值、系统电压的幅值及发电机电压和系统电压之间的相角差。控制器中有相应的算法实时监视和调节发电机电压和系统电压之间的频率差、相角差，监视发电机电压和系统电压之间的幅值差；当发电机电压和系统电压之间的频率差、幅值差和相角差满足准同期并列条件时，发出合闸指令。取消了原来的发电机自动准同期并列装置。断路器控制器由电气控制部分和机械操动部分组成。在传统的水轮发电机组断路器控制器中，电气控制的功能包括断路器手动合闸、自动准同期并列自动合闸、手动跳闸、机组停机连动跳闸、发电机事故连动跳闸、信号指示等。本实用新型将断路器控制器中的电气控制功能，纳入到多功能控制器中，由PLC来完成；这样可以优化整个系统的结构，提高系统的可靠性。
权利要求1.一种多功能水轮发电机组控制器，其特征是，它包括PLC、接力器液压调节装置(几)、断路器控制器(DK)、数字测量装置(CL)、机组运行状态传感器、水库水位传感器、发电机电压互感器和电力系统电压互感器；其中，发电机电压互感器和电力系统电压互感器的二次电压接数字测量装置(CL)的输入端；所述数字测量装置(CL)、机组运行状态传感器、水库水位传感器的输出信号以及机组操作指令分别接PLC的不同输入端口 ；所述接力器液压调节装置(JL)的输入端接PLC的输出端口 ；所述断路器控制器(DK)的输入端接PLC的输出端口，输出端控制发电机(G)断路器(Q)的闭合和断开。
2.根据权利要求I所述的多功能水轮发电机组控制器，其特征是，所述接力器液压调节装置(JL)包括转动配压阀、接力器油缸(3)、步进电动机(4)和步进电动机控制器(5);所述转动配压阀由两端密封的筒状阀体(I)和套装在阀体(I)内部的横截面呈“十”字形的阀芯(2)组成，在阀体(I)的侧壁上设置有八个绕其轴线均布的油口，八个油口依次与压力油、接力器油缸(3)上腔、回油箱、接力器油缸(3)下腔、压力油、接力器油缸(3)上腔、回油箱、接力器油缸(3)下腔连接；所述接力器油缸(3)的活塞杆驱动水轮机(SLJ)导水叶(DY)的开度变化；所述步进电动机(4)的输出轴与转动配压阀的阀芯(2)同轴固接，所述步进电动机控制器(5)的输入端接PLC的输出端口，输出端控制步进电动机(4)。
3.根据权利要求I或2所述的多功能水轮发电机组控制器，其特征是，所述机组运行状态传感器包括接力器位移传感器(WY)、水轮机轴瓦温度传感器、事故继电器状态传感器、发电机断路器状态传感器和机组制动压力状态传感器。
4.根据权利要求3所述的多功能水轮发电机组控制器，其特征是，它还包括显示器(IXD)和报警电路(BJ)，它们分别接PLC的不同输出端口。
专利摘要一种多功能水轮发电机组控制器，它包括PLC、接力器液压调节装置、断路器控制器、数字测量装置、机组运行状态传感器、水库水位传感器；发电机电压互感器和电力系统电压互感器的二次电压接数字测量装置的输入端，所述数字测量装置、机组运行状态传感器、水库水位传感器的输出信号以及机组操作指令分别接PLC的不同输入端口，所述接力器液压调节装置的输入端接PLC的输出端口，所述断路器控制器的输入端接PLC的输出端口，输出端控制发电机断路器的闭合和断开。本实用新型集四种控制功能于一体，不仅实现了对水轮发电机组的优化控制，而且降低了控制设备及厂房的制造成本。
文档编号F03B15/06GK202659412SQ20122026437
公开日2013年1月9日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者商国才 申请人:保定阳图电气科技有限公司