一种用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统。包括：输电系统电网(1)；市电网(2)；与输电系统电网(1)连接的主变压器(3)；与主变压器(3)和市电网(2)连接的第一双电源自动转换开关(4)；与第一双电源自动转换开关(4)连接的直流充电装置(5)；与直流充电装置(5)连接的直流电蓄电池组(6)；与直流电蓄电池组(6)连接的逆变器(7)；与逆变器(7)和第一双电源自动转换开关(4)连接的第二双电源自动转换开关(8)；发电机组的电气保护控制单元(9)，与第二双电源自动转换开关(8)连接；发电机组(10)或发电机组辅助设备(11)，与发电机组的电气保护控制单元(9)连接。
【专利说明】—种用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发电【技术领域】，更具体地，涉及一种用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统。
【背景技术】
[0002]水电站是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系统、发电厂房、机电设备等。水库的高水位水经引水系统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。发电机组的电气保护控制单元的主要作用就是保护控制机组的安全。
[0003]图1为现有技术中发电机组的电气保护控制单元的供电过程示意图。
[0004]如图1所示，现有技术中机组的电气保护控制单元是由输电系统电网支持的。此时保护控制系统的路径是:“输电系统电网(I)一.^主变压器(2)和厂用变压器(3)—.^发电机组的电气保护控制单元(4)一.^发电机组(5)和发电机组辅助设备(6)”。
[0005]这种运行方式的缺点包括:
[0006](I)、安全性差。当输电系统电网、主变压器或者厂用变压器发生故障时，就会使发电机组的电气保护控制单元和发电机组辅助设备失去电源供应，从而严重危害机组运行安全和人民群众的生命财产安全。
[0007](2)、经济效益差。需要购置厂用变压器来满足发电机组的电气保护控制单元和发电机组辅助设备电源的供应，增加电站投资成本、运行成本和维护成本，还留下厂用变压器事故等安全隐患，甚至引起发电机组的电气保护控制单元因电源消失而失效的重大电气事故。
[0008](3)、自主性差。当输电系统电网电源供应中断或者主变压器和厂用变压器发生故障时，因为没有电源供应给发电机组辅助设备，所以进水口闸门、进水口闸阀、水轮机电动导水机构、油压装置、气压装置、刹车装置、抽水泵和大坝启闭机等等电气设备都不能够正常开启或者关闭，当然也就不能够启动发电机组和并网发电，造成完全依赖输电系统电网等被动局面。因此，水电站能不能够发电的自主性就差，自我保护的自主性也就更差。
[0009](4)、应急性差。当自然灾害发生时，水电站往往特别需要应急电源来处理一些紧急事故，如启动抽水泵排水防止水淹车间事故，开启大坝启闭机放水防止发生大坝垮塌事故等等，所以容易酿成重大的财产损失和人员伤亡事故。
实用新型内容
[0010]本实用新型实施方式提出一种用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统，从而降低成本并且提高运行安全性。
[0011]本实用新型实施方式的技术方案如下:
[0012]一种用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统，包括:
[0013]输电系统电网(I)，用于提供主变压器电源；
[0014]市电网(2)，用于提供第一厂用电源；
[0015]与输电系统电网(I)连接的主变压器(3)，用于提供第二厂用电源；
[0016]与主变压器(3)和市电网(2)连接的第一双电源自动转换开关(4)，用于在市电网(2)提供的第一厂用电源和主变压器(3)提供的第二厂用电源之间执行双电源自动转换，其中市电网(2)提供的第一厂用电源的供电路径处于工作状态，而主变压器(3)提供的第二厂用电源的供电路径处于热备用状态；
[0017]与第一双电源自动转换开关⑷连接的直流充电装置(5)，用于将第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源的交流电转变为直流电；
[0018]与直流充电装置(5)连接的直流电蓄电池组(6)，用于储备直流电；
[0019]与直流电蓄电池组(6)连接的逆变器(7)，用于将直流电蓄电池组(6)所储备的直流电转变为工频交流电以充当第三厂用电源；
[0020]与逆变器(7)和第一双电源自动转换开关(4)连接的第二双电源自动转换开关
(8)，用于在逆变器(7)提供的第三厂用电源和第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源之间执行双电源自动转换，其中第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源的供电路径处于工作状态，而逆变器(7)提供的第三厂用电源的供电路径处于热备用状态；
[0021]发电机组的电气保护控制单元(9)，与第二双电源自动转换开关⑶连接，用于保护和控制发电机组(10)或发电机组辅助设备(11)；
[0022]发电机组(10)或发电机组辅助设备(11)，与发电机组的电气保护控制单元(9)连接。
[0023]优选地，所述发电机组辅助设备(11)包括进水口闸门、进水口闸阀、水轮机电动导水机构、油压装置、气压装置、刹车装置、抽水泵和大坝启闭机。
[0024]优选地，所述逆变器(7)为有源逆变器或无源逆变器。
[0025]由此可见，本实用新型中，利用原电气保护控制单元，保留和继承了原电气保护控制功能，而且只需简易加装第一双电源自动转换开关(4)、直流电充电装置(5)、直流电蓄电池组(6)、逆变器(7)和第二双电源自动转换开关(8)就能实现发电机组的电气保护控制单元的显著改进。此设计的特点是安全和高效。既保证机组安全，又节约水电站投资、运行和维护成本，适用于各种发电机组的电气保护控制单元，特别是输电系统电网非常不稳定的水电站或者排涝站等等。当然，经常发生自然灾害而严重危害社会公共安全的和生命财产安全的水电站或者有防洪要求的排涝站、山塘和水库等等，尤为适用。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是现有技术中发电机组的电气保护控制单元的供电过程示意图；
[0027]图2是本实用新型中用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统结构图；
[0028]图3是实用新型发电机组保护线路图。
【具体实施方式】
[0029]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
[0030]在本实用新型中，由单一的输电系统电网(I)供应电源改为由输电系统电网(I)、市电网(2)和逆变器(7)供应电源，节省了厂用变压器，从而节约投资、运行和维护成本。
[0031]本实用新型中，利用原有的电气保护控制单元，保留和继承了原电气保护控制功能(在此不再赘述)，而且只需简易加装第一双电源自动转换开关(4)、直流电充电装置
(5)、直流电蓄电池组￠)、逆变器(7)和第二双电源自动转换开关(8)就能实现发电机组的电气保护控制单元的显著改进。
[0032]本实用新型的特点是安全和高效。既保证机组安全，又节约水电站投资、运行和维护成本。适用于各种发电机组的电气保护控制单元，特别是输电系统电网非常不稳定的水电站或者排涝站等等。当然，经常发生自然灾害而严重危害社会公共安全的和生命财产安全的水电站或者有防洪要求的排涝站、山塘和水库等等，尤为适用。
[0033]图2是本实用新型中用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统结构图。
[0034]如图2所示，发电机组的电气保护控制单元，包括:
[0035]输电系统电网(I)，用于提供主变压器电源；也就是为主变压器(3)提供输入电源；
[0036]市电网(2)，用于提供第一厂用电源；
[0037]与输电系统电网(I)连接的主变压器(3)，用于提供第二厂用电源；也就是针对输电系统电网(I)所提供的输入电源执行降压操作，转换为适合厂用的第二厂用电源；
[0038]与主变压器(3)和市电网⑵连接的第一双电源自动转换开关(4)，用于在市电网
(2)提供的第一厂用电源和主变压器(3)提供的第二厂用电源之间执行双电源自动转换，其中市电网(2)提供的第一厂用电源的供电路径处于工作状态，而主变压器(3)提供的第二厂用电源的供电路径处于热备用状态；也就是说，市电网(2)提供的第一厂用电源作为常用电源，主变压器(3)提供的第二厂用电源作为备用电源。当市电网(2)提供的第一厂用电源突然故障或停电时，第一双电源自动转换开关(4)自动转换到主变压器(3)提供的第二厂用电源。
[0039]与第一双电源自动转换开关(4)连接的直流充电装置(5)，用于将第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源的交流电转变为直流电；也就是说，在市电网(2)提供的第一厂用电源正常工作时，直流充电装置(5)用于将市电网(2)提供的第一厂用电源的交流电转换为直流电；在市电网(2)提供的第一厂用电源出现故障或停电时，第一双电源自动转换开关(4)自动转换到主变压器(3)提供的第二厂用电源，此时直流充电装置(5)用于将主变压器(3)提供的第二厂用电源的交流电转换为直流电。
[0040]与直流充电装置(5)连接的直流电蓄电池组(6)，用于储备直流电；
[0041]与直流电蓄电池组(6)连接的逆变器(7)，用于将直流电蓄电池组(6)所储备的直流电转变为工频交流电以充当第三厂用电源；
[0042]与逆变器(7)和第一双电源自动转换开关(4)连接的第二双电源自动转换开关
(8)，用于在逆变器(7)提供的第三的厂用电源和第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的的厂用电源之间执行双电源自动转换，其中第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源的供电路径处于工作状态，而逆变器(7)提供的第三厂用电源的供电路径处于热备用状态；也就是说，第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源作为常用电源，逆变器(7)提供的第三厂用作为备用电源。当第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源突然故障或停电时，第二双电源自动转换开关(4)自动转换到逆变器(7)提供的第三厂用电源。
[0043]发电机组的电气保护控制单元(9)，与第二双电源自动转换开关⑶连接，用于保护和控制发电机组(10)及发电机组辅助设备(11)；
[0044]发电机组(10)或发电机组辅助设备(11)，与发电机组的电气保护控制单元(9)连接。
[0045]在图2中，市电网(2)提供第一厂用电源的供电路径和第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源处于工作状态，而主变压器(3)提供的第二厂用电源和逆变器
(7)提供的第三厂用电源的供电路径处于热备用状态。当市电网(2)提供的第一厂用电源或者第一双电源自动转换开关(4)提供的厂用电源的供电路径出现故障时，主变压器(3)提供的第二厂用电源或者逆变器(7)提供的第三厂用电源的供电路径可以提供电源功能。
[0046]逆变器(7)用于把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V，50Hz正弦波)，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。按照源流性质进行划分，逆变器(7)可以包括
[0047](I)、有源逆变器:是使电流电路中的电流，在交流侧与电网连接而不直接接入负载的逆变器；
[0048](2)、无源逆变器:使电流电路中的电流，在交流侧不与电网连接而直接接入负载(即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载)的逆变器。
[0049]第一双电源自动转换开关(4)和第二双电源自动转换开关(8)的用途，简单来说就是一路常用一路备用，当常用电突然故障或停电时，通过双电源自动转换开关，自动投入到备用电源上。在这里，市电网(2)和第一双电源自动转换开关(4)提供的厂用电源作为主用电源，而主变压器(3)提供的厂用电源和逆变器(7)提供的厂用电源作为备用电源。
[0050]结合上述说明，对本实用新型进行分析，其中:
[0051]1、技术分析:因为沿用发电机组的电气保护控制单元和发电机组辅助设备，只是改为市电网和逆变器供应电源，即只要将原保护控制单元电源和发电机组辅助设备的用电电源接线接到第二双电源自动转换开关就可以了，所以在技术上是简单的、可行的。
[0052]2、安全分析:
[0053]从图1所示可知，发电机组的电气保护控制单元和发电机组辅助设备只由主变压器和厂用变压器提供保障。这条单一的保障路径是:
[0054]“输电系统电网⑴一.^主变压器(2)和厂用变压器(3)—.^发电机组的电气保护控制单元⑷一.^发电机组(5)和发电机组辅助设备(6)”。
[0055]从图2所示可知，发电机组的电气保护控制单元和发电机组辅助设备由输电系统电网、市电网和逆变器提供三保障，而且是互补的三保障。这三条路径分别是:
[0056]第一条:“输电系统电网⑴--^主变压器(3)--^第一双电源自动转换开关
(4)一.^第二双电源自动转换开关(8)—.^发电机组的电气保护控制单元(9)一.^发电机组(10)和发电机组辅助设备(11)”；
[0057]第二条:“市电网⑵一."第一双电源自动转换开关⑷一."第二双电源自动转换开关(8)—.^发电机组的电气保护控制单元(9)一.^发电机组(10)和发电机组辅助设备
(11)，，；
[0058]第三条:“直流电蓄电池组(6) —.^逆变器(7) —.^第二双电源自动转换开关⑶一.^发电机组的电气保护控制单元(9)一.^发电机组(10)和发电机组辅助设备(11)”。
[0059]一般情况下，发电机组的电气保护控制单元和发电机组辅助设备由第二条路径提供电源保障；而第一条和第三条路径处于热备用状态，并随时准备着在第二条路径出现问题时立即投入运行。
[0060]从上述图1和图2的对比和分析中，显而易见地得出结论:相对于现有技术中发电机组的电气保护控制单元来说，实用新型中发电机组的电气保护控制单元是安全的，最起码多了两条路径，增加了两份保障。
[0061]下面，结合实例，继续说明本实用新型系统的改进所在:
[0062]图3是实用新型中发电机组电气控制线路图，此处以进水口电动蝶阀为例说明。
[0063]由图3可见，发电机断路器辅助触头FDL的一端与转换开关QKl连接，另外一端与发电机灭磁开关辅助触头MK的一端连接；发电机灭磁开关辅助触头MK的另外一端与发电机同期开关TQ连接，发电机同期开关TQ又与中间继电器2ZJ的辅助触头2ZJ1的一端连接，中间继电器2ZJ1的另外一端与中间继电器IZJ的线圈连接。
[0064]在图3中:
[0065]中间继电器IZJ是关闭进水口电动蝶阀的，其出口常开接点是1ZJ2 ;中间继电器IZJ的另外一个常开接点IZJl和中间继电器2ZJ的常闭接点2ZJ2串联，实现中间继电器IZJ闭锁的功能，同理，跨接与IZJl和2ZJ2的发电机事故引出接点SGJ，一样完成关闭进水口蝶阀和闭锁，最终达到发电机组保护系统完成保护水轮发电机组的安全任务；中间继电器2ZJ是开启进水口电动蝶阀的，其出口常开接点是2ZJ4 ;中间继电器2ZJ的常开接点2ZJ3实现中间继电器2ZJ的闭锁功能，完成开启进水口蝶阀和闭锁；AN1是手动开启进水口蝶阀按钮，AN2是手动停止开启进水口蝶阀按钮；AN3是现地手动关闭进水口蝶阀按钮，AM是现地手动开启进水口蝶阀按钮；DCF是其进水口蝶阀的行程开关。
[0066]从图3可知，当输电系统电网(包括市电网)发生事故时，发电机组保护线路立即自动启动事故关闭进水口电动蝶阀的应急程序，首先经过发电机出口断路器的辅助接点(FDL)—.^发电机灭磁开关的辅助接点(MK)—.^发电机组同期开关(TQ)—.^中间继电器2ZJ的常闭接点(2ZJ1)—.^中间继电器IZJ并经过中间继电器IZJ的辅助接点IZJl闭锁，然后关闭进水口电动蝶阀使水轮发电机组处于安全状态。
[0067]同理，当发电机组发生事故时，其事故引出接点(SGJ)也可以自动启动事故应急程序，首先经过事故引出接点(SGJ)—."中间继电器2ZJ的常闭接点(2ZJ1)—."中间继电器IZJ并经过中间继电器IZJ的辅助接点IZJl闭锁，然后关闭进水口电动蝶阀使水轮发电机组也处于安全状态。
[0068]在上述事故应急时，发电机组的电气保护控制单元和发电机组辅助设备的供应电源路径是:“直流电蓄电池组(6)—.^逆变器(7)—.^第二双电源自动转换开关⑶一.^发电机组的电气保护控制单元(9)一.^发电机组(10)和发电机组辅助设备(11)”。
[0069]这路径说明，当输电系统电网和市电网发生事故时，这种系统还一样为发电机组的电气保护控制单元和发电机组辅助设备提供着电源保障，使其继续发挥作用。然而，现有技术中发电机组的电气保护控制单元就没能提供这种保障，只能够依靠人工来关闭进水口电动蝶阀，如果此时又刚好发生水轮机导水机构故障，那就非常危险。
[0070]从图3还可知，当输电系统电网(包括市电网)发生事故又想要开启进水口电动蝶阀时，只需将按钮开关ANl按下，直接启动中间继电器2ZJ即可。然而原有技术中发电机组的电气保护控制单元就根本实现不了，更何况在自然灾害和紧急情况下，开启放水闸门和启动抽水栗等等来应付险情。
[0071]考虑到自动控制有发生故障的情况，此发电机组保护线路还加设了“自动、手动、停止”切换开关QK1、手动开启按钮AN1、手动停止开启按钮AN2和现场关闭按钮AN3、现场开启按钮AM，既可以远方自动开启或关闭进水口电动蝶阀，又可以现场开启或关闭它，保证机组更加安全、可靠。
[0072]当然，以上只是拿进水口电动蝶阀为例说明，这种系统还可以应用于水轮机电动导水机构、油压装置、气压装置、刹车装置等等，甚至应用于有防洪要求的排涝站、山塘和水库等等，所有这些实施起来的难度在技术上也不会有太多的困难和问题，在此也不再继续介绍。总而言之，这种改进具有显著特点和突出效果。
[0073]3、经济效益分析:
[0074]因为本实用新型的发电机组的电气保护控制单元可以不用厂用变压器，所以如果是新建水电站或者排涝站、山塘和水库，就直接省了购置厂用变压器的费用；如果是原有的厂用变压器，可以把它退出运行转为备用，减少变压器损耗，节省运行成本。
[0075]以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统，其特征在于，包括: 输电系统电网(I)，用于提供主变压器电源； 市电网(2)，用于提供第一厂用电源； 与输电系统电网(I)连接的主变压器(3)，用于提供第二厂用电源； 与主变压器(3)和市电网(2)连接的第一双电源自动转换开关(4)，用于在市电网(2)提供的第一厂用电源和主变压器(3)提供的第二厂用电源之间执行双电源自动转换，其中市电网(2)提供的第一厂用电源的供电路径处于工作状态，而主变压器(3)提供的第二厂用电源的供电路径处于热备用状态； 与第一双电源自动转换开关(4)连接的直流充电装置(5)，用于将第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源的交流电转变为直流电； 与直流充电装置(5)连接的直流电蓄电池组￠)，用于储备直流电； 与直流电蓄电池组(6)连接的逆变器(7)，用于将直流电蓄电池组(6)所储备的直流电转变为工频交流电以充当第三厂用电源； 与逆变器(7)和第一双电源自动转换开关(4)连接的第二双电源自动转换开关(8)，用于在逆变器(7)提供的第三厂用电源和第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源之间执行双电源自动转换，其中第一双电源自动转换开关(4)所当前转换的厂用电源的供电路径处于工作状态，而逆变器(7)提供的第三厂用电源的供电路径处于热备用状态；发电机组的电气保护控制单元(9)，与第二双电源自动转换开关(8)连接，用于保护和控制发电机组(10)或发电机组辅助设备(11); 发电机组(10)或发电机组辅助设备(11)，与发电机组的电气保护控制单元(9)连接。
2.根据权利要求1所述的用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统，其特征在于，所述发电机组辅助设备(11)包括进水口闸门、进水口闸阀、水轮机电动导水机构、油压装置、气压装置、刹车装置、抽水泵和大坝启闭机。
3.根据权利要求1所述的用于发电机组的电气保护控制单元的供电系统，其特征在于，所述逆变器(7)为有源逆变器或无源逆变器。
【文档编号】H02J9/06GK204089336SQ201420532346
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】陈晋建, 黄向前, 黄增孝, 钟小英, 林岳, 谢志玉 申请人:梅县新城供水有限公司