专利名称：水轮发电机组综合控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于小型水电站水轮发电机组的控制装置，特别是涉及一种可实现对水轮发电机组的所有控制的水轮发电机组综合控制装置。
背景技术：
水轮发电机组是水电站所有机电设备中最重要的部分，其性能和可靠性直接影响到电站的电能生产和经济效益。对于一般中小型水轮机组控制系统而言，传统设计思想至少配备以下五面控制柜机组自动控制柜(LCU)、保护柜、开关柜、励磁柜、调速器柜等。而对于小型机组(单机容量< IOOOkW,额定电压< 660V)，如果按照上述常规配置方案，势必会增加设备投资，加大了运行维护人员的劳动强度。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种应用在小型水电站的可以提高装置可靠性，降低运行维护人员的劳动强度的水轮发电机组综合控制装置。本实用新型所采用的技术方案是一种水轮发电机组综合控制装置，包括有智能调节器，分别向智能调节器输入模拟量信号的三相机组电压测量电路、电网电压测量电路、三相机组电流测量电路、频率测量电路、励磁电压电流测量电路、调速器接力器开度反馈测量电路、水头及油压测量电路以及温度信号测量电路，用于与智能调节器进行通讯的通讯电路，分别与智能调节器相连的I/O扩展电路和液晶及键盘电路，与智能调节器输出相连的数字表驱动电路、励磁输出电路以及比例阀驱动电路。所述的三相机组电压测量电路包括有机组的A、B、C三相电压信号各自通过一个整流滤波电路到智能调节器；所述的三相机组电流测量电路包括有机组的A、B、C三相电流信号各自通过一个整流滤波电路到智能调节器；所述的电网电压测量电路是由A相电网电压信号通过一个整流滤波电路到智能调节器。所述的励磁电压电流测量电路包括励磁电压信号通过一个整流滤波电路到智能调节器，以及励磁电流信号通过一个整流滤波电路到智能调节器；所述的调速器接力器开度反馈测量电路包括有两组调速器接力器开度反馈信号，所述的两组调速器接力器开度反馈信号各自通过一个整流滤波电路到智能调节器。所述的水头及油压测量电路包括水头压测量电路和油压测量电路两部分，所述水头压测量电路中的水头压信号、油压测量电路中的油压信号和温度信号测量电路中的温度信号都是各自通过一个整流滤波电路到智能调节器。所述的频率测量电路包括有对发电机组的电流频率和电压频率的测量，以及对电网电压频率的测量，所述的发电机组的A相电流信号和A相电压信号以及A相电网电压信号各自依次通过一个整流滤波电路和一个光电隔离电路到智能调节器。所述的通讯电路包括有232通讯电路、485通讯电路和CAN通讯电路。所述的I/O扩展电路包括有两路，其中一路是由与智能调节器信号输入端口相连的第一 I/O扩展电路和与第一 I/O扩展电路的输入端相连接的一个光电隔离电路构成，此路中的光电隔离电路的输入端连接开关量输入信号；另一路是由与智能调节器信号输出端口相连的第二 I/O扩展电路，所述的第二 I/O扩展电路的输出端依次连接一个光电隔离电路和一个驱动电路，此路中的驱动电路的输出端为开关量输出。所述的数字表驱动电路包括有一路驱动第一数字表的电路和一路驱动第二数字表的电路，所述的驱动第一数字表的电路和驱动第二数字表的电路各自是由一个与智能调节器相连的光电隔离电路和一个与所述的光电隔离电路相连的整流滤波电路构成，所述的整流滤波电路的输出对应连接所驱动的数字表。所述的比例阀驱动电路包括有分别驱动1号比例阀、2号比例阀、3号比例阀和4 号比例阀的四路驱动电路，所述的四路驱动电路各自是由一个与智能调节器相连的光电隔离电路和一个与所述的光电隔离电路相连的驱动输出电路构成，所述的驱动输出电路的输出对应连接所驱动的比例阀。所述的励磁输出电路是由一个与智能调节器相连的光电隔离电路和一个与所述的光电隔离电路相连的驱动输出电路构成，所述的驱动输出电路的输出连接被驱动的可控硅脉冲变压器。本实用新型的水轮发电机组综合控制装置，可实现对水轮发电机组的所有控制， 包括机组自动控制流程(开机、停机、紧急事故停机、增减负荷、自动闭环控制等)，调速器， 励磁，断路器操作，同期，辅机控制，温度测量等。本实用新型的水轮发电机组综合控制装置，主要应用在小型水电站，是一种针对于小型电站的新型多功能水轮发电机组综合控制装置，以压缩目前小型电站投资成本，提高装置可靠性，降低运行维护人员的劳动强度。
图18是构成开关量输出电路的光电隔离电路和驱动输出电路的电路原理图。其中1 一智能调节器；2 —三相机组电压测量电路；3 —电网电压测量电路；4 一三相机组电流测量电路；5 —频率测量电路；6 —励磁电压电流测量电路；7 —调速器接力器开度反馈测量电路；8 —水头及油压测量电路；9 一温度信号测量电路；10 —数字表驱动电路；11 一励磁输出电路；12 —比例阀驱动电路；13 - I/O扩展电路；14 一液晶及键盘电路； 15 一通讯电路。
具体实施方式
以下结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型的水轮发电机组综合控制装置是如何实现的。本实用新型的水轮发电机组综合控制装置，是一种专门针对小型低压机组的多功能水轮发电机组综合控制装置，将自动控制，调速器电控部分以及励磁调节器整合在一个标准控制装置内。配以相关的外围控制回路，仅需要一面控制柜便可实现原来五面柜体的所有功能。本实用新型不但大大减小电站厂房尺寸，节省了设备投资，而且由于柜间连线的减少，使得设备可靠性大大提高，同时也减少了运行人员对设备的日常维护工作量。如图1所示，本实用新型的水轮发电机组综合控制装置，包括有智能调节器1，分别向智能调节器1输入模拟量信号的三相机组电压测量电路2、电网电压测量电路3、三相机组电流测量电路4、频率测量电路5、励磁电压电流测量电路6、调速器接力器开度反馈测量电路7、水头及油压测量电路8以及温度信号测量电路9，用于与智能调节器1进行通讯的通讯电路15，分别与智能调节器1相连的I/O扩展电路13和液晶及键盘电路14，与智能调节器1输出相连的数字表驱动电路10、励磁输出电路11以及比例阀驱动电路12。如图2所示，所述的智能调节器1是由DSC (数字信号控制器)及外围电路构成， 本实用新型所述的DSC采用型号为DSPIC6012A的动态稳定控制系统。如图7所示，所述的三相机组电压测量电路2包括有机组的A、B、C三相电压信号 ptA、ptB、ptC各自通过一个整流滤波电路对应到智能调节器1中DSC芯片的13脚、14脚、 15脚。如图9所示，所述的三相机组电流测量电路4包括有机组的A、B、C三相电流信号 ctA, ctB, ctC各自通过一个整流滤波电路对应到智能调节器1中DSC芯片的12脚、11脚、 21脚。如图8所示，所述的电网电压测量电路3是由A相电网电压信号npt通过一个整流滤波电路到智能调节器1中DSC芯片的22脚。如图10所示，所述的励磁电压电流测量电路6包括励磁电压信号eV通过一个整流滤波电路到智能调节器1中DSC芯片的23脚，以及励磁电流信号el通过一个整流滤波电路到智能调节器1中DSC芯片的16脚。如图11所示，所述的调速器接力器开度反馈测量电路7包括有两组调速器接力器开度反馈信号，所述的两组调速器接力器开度反馈信号Wal和Wa2各自通过一个整流滤波电路对应到智能调节器1中DSC芯片的29脚和28脚。如图12所示，所述的水头及油压测量电路8包括水头压测量电路和油压测量电路两部分，所述水头压测量电路中的水头压信号WH、油压测量电路中的油压信号OP都是各自通过一个整流滤波电路到智能调节器1中DSC芯片的AD12脚和ADll脚。如图13所示，温度信号测量电路9中的温度信号Tempel通过一个整流滤波电路到智能调节器1中DSC芯片的ADlO脚。所述的频率测量电路5包括有对发电机组的电流频率和电压频率的测量，以及对电网电压频率的测量，如图6所示，所述的发电机组的A相电流信号CtA和A相电压信号 PtA以及A相电网电压信号npt各自依次通过一个整流滤波电路和一个光电隔离电路对应到智能调节器1中DSC芯片的44脚、43脚、42脚。如图4所示，所述的通讯电路15包括有232通讯电路、485通讯电路和CAN通讯电路。分别是由RS485芯片D7、CAN芯片D6和RS232芯片D8构成。如图5所示，所述的液晶电路是由LED芯片构成，所述的键盘电路是由三个与智能调节器1相连的三个按键BT1、BT2、BT3，所述的三个按键BT1、BT2、BT3分别对应的与一个电容相并联，并联后的一端接地，另一端连接智能调节器1中DSC芯片的45脚、17脚、18脚， 接智能调节器1的这一端还通过一个电阻接直流电源。所述的I/O扩展电路13包括有两路，其中一路是由与智能调节器1信号输入端口相连的第一 I/O扩展电路和与第一 I/O扩展电路的输入端相连接的一个光电隔离电路构成，此路中的光电隔离电路的输入端连接开关量输入信号；另一路是由与智能调节器1信号输出端口相连的第二 I/O扩展电路，所述的第二 I/O扩展电路的输出端依次连接一个光电隔离电路和一个驱动电路，此路中的驱动电路的输出端为开关量输出。所述的第一 I/O扩展电路和与第一 I/O扩展电路结构相同，如图3所示，都是由四个相同的芯片D2、D3、D4、D5构成，四个芯片的型号为MCP23016，四个芯片D2、D3、D4、D5的 6脚对应连接智能调节器1中DSC芯片的48、47、4、5脚，14脚均连接智能调节器1中DSC 芯片的37脚，15脚均连接智能调节器1中DSC芯片的36脚。所述的与第一 I/O扩展电路相连的光电隔离电路如图17所示，是由与四个相同的芯片D2、D3、D4、D5相对应的四组相同的构成开关量输入电路的光电隔离器组构成。所述的与第二 I/O扩展电路依次相连的光电隔离电路和驱动电路，如图18所示，是由与四个相同的芯片D2、D3、D4、D5相对应的构成开关量输出电路的四组相同的光电隔离器组和与光电隔离器组相连的型号为VLN2803的达林顿管阵列U1、U2、U3、U4构成，所述的各达林顿管阵列U1、U2、U3、U4的输出为开关量输出ο如图14所示，所述的数字表驱动电路10包括有一路驱动第一数字表的电路和一路驱动第二数字表的电路，所述的驱动第一数字表的电路和驱动第二数字表的电路各自是由一个与智能调节器ι中DSC芯片的54脚/55脚相连的光电隔离电路和一个与所述的光电隔离电路相连的整流滤波电路构成，所述的整流滤波电路的输出N1/N2对应连接所驱动的数字表。如图16所示，所述的比例阀驱动电路12包括有分别驱动1号比例阀、2号比例阀、 3号比例阀和4号比例阀的四路驱动电路，所述的四路驱动电路各自是由一个与智能调节器1中DSC芯片的3脚、6脚、61脚、62脚、63脚、64脚、2脚、1脚相连的光电隔离电路和一个与所述的光电隔离电路相连的驱动输出电路构成，所述的驱动输出电路的输出24V对应连接所驱动的比例阀。[0053] 如图15所示，所述的励磁输出电路11是由一个与智能调节器1中DSC芯片的46 脚、49脚、50脚、51脚、52脚、53脚相连的光电隔离电路和一个与所述的光电隔离电路相连的驱动输出电路构成，所述的驱动输出电路的输出Vref2连接被驱动的可控硅脉冲变压
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权利要求1.一种水轮发电机组综合控制装置，其特征是，包括有智能调节器(1 )，分别向智能调节器(1)输入模拟量信号的三相机组电压测量电路(2)、电网电压测量电路(3)、三相机组电流测量电路(4)、频率测量电路(5)、励磁电压电流测量电路(6)、调速器接力器开度反馈测量电路(7)、水头及油压测量电路(8)以及温度信号测量电路(9)，用于与智能调节器(1) 进行通讯的通讯电路(15)，分别与智能调节器(1)相连的I/O扩展电路(13)和液晶及键盘电路(14)，与智能调节器(1)输出相连的数字表驱动电路(10)、励磁输出电路(11)以及比例阀驱动电路(12)。
2.根据权利要求1所述的水轮发电机组综合控制装置，其特征是所述的三相机组电压测量电路(2)包括有机组的A、B、C三相电压信号各自通过一个整流滤波电路到智能调节器(1)；所述的三相机组电流测量电路(4)包括有机组的A、B、C三相电流信号各自通过一个整流滤波电路到智能调节器(1);所述的电网电压测量电路(3)是由A相电网电压信号通过一个整流滤波电路到智能调节器(1)。
3.根据权利要求1所述的水轮发电机组综合控制装置，其特征是所述的励磁电压电流测量电路(6)包括励磁电压信号通过一个整流滤波电路到智能调节器(1)，以及励磁电流信号通过一个整流滤波电路到智能调节器(1);所述的调速器接力器开度反馈测量电路 (7)包括有两组调速器接力器开度反馈信号，所述的两组调速器接力器开度反馈信号各自通过一个整流滤波电路到智能调节器(1)。
4.根据权利要求1所述的水轮发电机组综合控制装置，其特征是所述的水头及油压测量电路(8)包括水头压测量电路和油压测量电路两部分，所述水头压测量电路中的水头压信号、油压测量电路中的油压信号和温度信号测量电路(9)中的温度信号都是各自通过一个整流滤波电路到智能调节器(1)。
5.根据权利要求1所述的水轮发电机组综合控制装置，其特征是所述的频率测量电路(5)包括有对发电机组的电流频率和电压频率的测量，以及对电网电压频率的测量，所述的发电机组的A相电流信号和A相电压信号以及A相电网电压信号各自依次通过一个整流滤波电路和一个光电隔离电路到智能调节器(1)。
6.根据权利要求1所述的水轮发电机组综合控制装置，其特征是所述的通讯电路 (15)包括有232通讯电路、485通讯电路和CAN通讯电路。
7.根据权利要求1所述的水轮发电机组综合控制装置，其特征是所述的I/O扩展电路(13)包括有两路，其中一路是由与智能调节器(1)信号输入端口相连的第一 I/O扩展电路和与第一 I/O扩展电路的输入端相连接的一个光电隔离电路构成，此路中的光电隔离电路的输入端连接开关量输入信号；另一路是由与智能调节器(1)信号输出端口相连的第二 I/O扩展电路，所述的第二 I/O扩展电路的输出端依次连接一个光电隔离电路和一个驱动电路，此路中的驱动电路的输出端为开关量输出。
8.根据权利要求1所述的水轮发电机组综合控制装置，其特征是所述的数字表驱动电路(10)包括有一路驱动第一数字表的电路和一路驱动第二数字表的电路，所述的驱动第一数字表的电路和驱动第二数字表的电路各自是由一个与智能调节器(1)相连的光电隔离电路和一个与所述的光电隔离电路相连的整流滤波电路构成，所述的整流滤波电路的输出对应连接所驱动的数字表。
9.根据权利要求1所述的水轮发电机组综合控制装置，其特征是所述的比例阀驱动电路(12)包括有分别驱动1号比例阀、2号比例阀、3号比例阀和4号比例阀的四路驱动电路，所述的四路驱动电路各自是由一个与智能调节器(1)相连的光电隔离电路和一个与所述的光电隔离电路相连的驱动输出电路构成，所述的驱动输出电路的输出对应连接所驱动的比例阀。
10.根据权利要求1所述的水轮发电机组综合控制装置，其特征是所述的励磁输出电路(11)是由一个与智能调节器(1)相连的光电隔离电路和一个与所述的光电隔离电路相连的驱动输出电路构成，所述的驱动输出电路的输出连接被驱动的可控硅脉冲变压器。
专利摘要本实用新型涉及一种水轮发电机组综合控制装置，包括有智能调节器，分别向智能调节器输入模拟量信号的三相机组电压测量电路、电网电压测量电路、三相机组电流测量电路、频率测量电路、励磁电压电流测量电路、调速器接力器开度反馈测量电路、水头及油压测量电路以及温度信号测量电路，用于与智能调节器进行通讯的通讯电路，分别与智能调节器相连的I/O扩展电路和液晶及键盘电路，与智能调节器输出相连的数字表驱动电路、励磁输出电路以及比例阀驱动电路。本实用新型可实现对水轮发电机组的所有控制，包括机组自动控制流程(开机、停机、紧急事故停机、增减负荷、自动闭环控制等)，调速器，励磁，断路器操作，同期，辅机控制，温度测量等。
文档编号H02P9/38GK202065119SQ20112013534
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者熊迪祥, 胡东升, 裴彦明 申请人:天津明硕机电设备有限公司