CN103362729B - 水轮机飞逸自动关机装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水轮机飞逸自动关机装置，包括直流电机、连轴器、电源、充电器、定时器、直流接触器、中间继电器、交流回路接触器、限位开关、并退网开关，其特征是，水轮机组飞逸时，自动导通直流回路，断开交流回路，直流电机带动原减速传动装置关闭导叶；所述关机装置元件损坏，原有交流回路，功能自动恢复；所述充电器与定时器、直流电源相连，定时充电。本发明的有益效果为：发明了用直流电源提供关机动力的新途径，不用考虑飞逸后，保护电源的提供问题；创造了交直流电机共用减速机构，不另设机械减速机构；设计了关机系统与原保护系统相互闭锁，互相独立，让可靠的优先动作的原则；减少机组飞逸时间，投资小，实施方便，具有推广价值。

Description

水轮机飞逸自动关机装置

技术领域

本装置属于水轮机电气控制领域，主要用于小水电机组出现飞逸故障时，可靠自动关机。

背景技术

近年来，随着国民经济的快速发展，社会对节能降耗的要求越来越高，这就使得可再生能源的利用得到空前的发展，水电产业又迎来发展春天，经济的不断增长，使得电力需求突飞猛进，电网供应能力明显滞后于国民经济的用电需求，火电企业连连亏损，水电产业却稳中有进，这就使得电网对水电生产依赖性加大，对水电生产的连续性提出了更高的要求，而目前几乎所有的水电企业，都面临着停机率高，故障排除慢，除正常大修外，机组飞逸故障又是一个常见而不可避免的问题，机组飞逸后，所带来的破坏性和经济损失相对较大，飞逸时间长短与损失成正比关系，因此，许多电站在飞逸难题上，花费大量人力物力解决这一问题，可收效甚微。目前，已建水电站装机容量达1.1亿KW，其中约3000多万KW属5万KW以下的小水电站，约有4万座，占水电总容量的30%，常用的飞逸处理办法如下：

1、水阻法

水阻法是指当水轮发电机飞逸后，利用水阻作为飞逸发电机的输出负载，用水阻来降低和稳定机组飞逸时产生的瞬时高压，并要求提供不低于320V~450V的电压，以保证保护继电器线圈的有足够的吸合电压，这就对水阻值提出较高的要求，而生产实际中此法有四大缺点：一水阻电极放在事先兑好的盐卤缸中，由于盐析现象，电极铜棒和盐卤缸爬满盐晶体，飞逸时瞬时高压，大电流经常使铜电极未遇盐卤充分放电，就使铜棒连根烧毁脱落，失去水阻作用，机组失去水阻牵制，立即又高速飞逸，巨大离心力造成极强破坏力；二盐卤熔解度受温度影响，呈直线上升，水阻值很不稳定，或大或小，这就很难保证电压的稳定效果；三机组飞逸前瞬时功率很难确定，导致与水阻匹配有很大误差；四、由于机组飞逸后，大都与网路失去联系，因此保护系统所有继电器件，都是有飞逸后的发电机提供，随着机组的关闭，转速降低，系统电压必将逐步减小，当电压小于交流接触器线圈最小吸合电压时，机组将无法继续关机，这时需要值班人员，手工把站用电源切换到网电后，再进行继续停机操作。如果网路无电，只有人工去导叶力臂盘处，人工盘车，此法我站已于九十年代淘汰，目前大多小型电站也已弃之不用；

2、灭磁法

灭磁法是将发电机励磁电源切除再通过一定的方式来消除残余的磁场从而达到减少发电机飞逸破坏力的目的，目前用得比较多的是线性电阻灭磁。灭磁装置适用性较广，能将机组变成空载运行，对于大中型机组尤为重要。对于微型机组有四点缺陷：一、灭磁装置依赖性强，她的动作信号和工作电源取自于机组保护装置中，飞逸后，保护装置本身电源都很难保证，只有当保护装置将飞逸机组稳定到一个固定的转速范围，灭磁装置才开始工作，且并不能关死，关死则无电源，后期还得依赖于人工关闭导叶，让机组停下来。二、资金投入大，技术要求高，需要专门控制柜，购买价格较高的电子控制设备，对于许多微型个人电站门槛较高。三、技术层面离底层较远，不能直接作用于机组，延时性较大。四、机组飞逸后，仍然是关机电源提供问题，如果网路故障，无网路电源，机组又在灭磁后无法提供电源，水轮机仍将处于旋转状态，如果机组台数较多，人工工作量很大。

发明内容

发明了交、直流电机共用一套传动减速装置，并增加了关机功能：原交流电机在机组飞逸后，因电源问题只作速度维持，不作关机处理，水轮机飞逸自动关机装置发明后，通过对原传动装置系统作一技术措施改动后，可实现两套动力共用一个减速传动装置，当检测到机组飞逸后，直流电机通过原传动减速装置直接对水轮机进行关机处理，可将导叶直接关至限位动作；

2、直流导叶关闭优先于原交流调导机构，无需考虑动力电源来源问题，提供快速关机功能：新增电路的检测到飞逸动作时，直接关闭导叶，与此同时增设了断开交流控制回路的功能，新增电路元件损坏后，交流回路自动导通，系统又变成改造前保护状态，能确保回路中总有一路电源，避免了两套回路互相干扰的可能；

3、投退操作不影响原系统，具有独立性：电气上在新老回路中设计了电气开关，实现电气新老回路灵活投退功能，不影响各自的使用；机械上也可通过连轴器的拆卸，实现机械上的投退，具有独立性，便于维修和使用；

4、利用自动充电器实现蓄电池的免维护：根据水轮机设计图纸中交流电机的功率大小，可灵活选用相应等级的电机和电源，结合市面上容易购买电压等级的充电器，加配定时器，可实现定时充电，充电自跳；

5、根据机组具体位置可实现一组电源控制多台机组作用：水轮机组相距在20米范围内的，可用一套电源，控制两台或三台机组，具体由电池和线路容量决定，节省了投资和控制线路；

6、主电路和控制电路共用电源，又分开控制：控制回路低压继电器与直电机电压等级可以不同，根据电池组对数，可抽头实现，不另增电池，节约成本；

7、可移植性强，适用于有导叶的所有水轮机组：系统设计思想灵活，不局限于某种水轮机，只要是通过导叶控制转速的水轮机，都可通过计算选择合适的配套电机和电源均可实现系统功能，有很强的移植性；

8、适用性强，投资小：本系统所有电器元器件都是极普通元器件，容易购买。各种辅材购置齐全，并安装完成尚不足5000元，便于推广；

9、施工简单，运行可靠：因不需另加机械设备，只需做安装支架和简单同心安装，再配以电器元件器和控制保护线路，就可实现系统功能。加上本系统是直接控制底层机械设备，避免了许多中间环节故障的顾虑，运行安全可靠。

四、附图说明

水轮机飞逸自动关机装置的重点是“保持原系统设计功能不缺失的情况下，系统通过原交流电机再次作用于原减速装置，使用机械装置得到综合利用”；“故障处理电源有可靠保障，不需依赖网路和机组自发电”，设计思想本着实用，高效的原则，其原理见图1：关机装置原理图。图1中：1直流电机，2连轴器，3电源，7、16空开，8、8`、熔断器、9、9`直流接触器、10主开关常闭辅助触点，11并退网开关，12闭锁交流回路、13中间继电器线圈，14交流回路接触器，15限位开关。图2充电装置图。图中：3电源，4、充电器，5定时器，6空开。主回路所有线径不得小于10m²的铜芯线，控制回路用1.5m²的铜芯线即可。

五、具体实施方式

水轮机并网运行后，将装置投退开关11，打到并网位置，当主开关辅助常闭触点10因机组飞逸后，自动闭合，给中间继电器13线圈得电动作，13的常闭点直接断开交流回路关导叶接触器14，保证直流系统先于交流，万一某器件损坏后，13的常闭点把导通权交还给交流回路，交流保护系统又恢复设计状态；另一路13的常开点吸合，经限位开关15的判断，导叶是否关死，或者未开机，如果导叶开着，说明机组在运行故障态，回路将把主回路直流接触器线圈9导通，这时直流电机得电直接关闭导叶，实现快速关机，直至导叶关到限位开关动作，机组停转，回路断电。为防止导叶卡阻和电源异常，在主回路中加设了空开7和熔断器8；为便于检修在控制回路中增设了空开16；图1中，8`，9`是一套电源实现两台机组关机用的，可根据实际灵活增减；

充电装置运行比较简单，将充电器4，定时器5，空开6装到一个小控制箱中，安装在靠近电源的地方，通过定时器的设置控制充电器的浮冲，保证电源和充电设备的寿命；

本系统可用导叶控制开度的水轮机系统，投资小，不影响原系统所有功能，只要电机与电源容量与对应交流系统功率相匹配，就可以进行安装；

水轮机飞逸自动关机装置已应用于多个工程实际：

1、2008年8月应用于阜宁船闸水电站，单机容量250KW，7台，通过几年运行情况来看，均可靠关机，机组再没受到飞逸所带来的维修，电器设备也没发生因飞逸后久不能关机，而导致电压升高烧毁现象。估算检修和停机损失，加上人工费等每年至少可节省开支10000元；

2、2011年5月20日该系统应用于江苏省阜宁腰闸管理所水电站，该电站4台机，装机容量125KW，已成功解决了网路停电四台同时飞逸故障3次，机组自身原因单机飞逸5次，值班人员赶到事故现场机组已自动处理完毕，本系统有效避免了夜间值班人员疲劳，机组与控制相距较远，故障处理不及时，有极好的效果。

Claims (4)

1.一种水轮机飞逸自动关机装置，包括直流电机、连轴器、电源、充电器、定时器、直流接触器、中间继电器、交流回路接触器、限位开关、并退网开关，其特征是，水轮机组飞逸时，自动导通直流回路，断开交流回路，直流电机带动原减速传动装置关闭导叶；所述关机装置元件损坏，原有交流回路，功能自动恢复；所述充电器与定时器、直流电源相连，定时充电。

2.根据权利要求1所述的自动关机装置，其特征是，所述电源为稳定的外供电源，是蓄电池，不用机发电和电网电。

3.根据权利要求1所述的自动关机装置，其特征是，所述交流回路恢复为新增直流回路优先于原有交流回路，直流工作时闭锁交流，直流电路元件损坏后，导通权交还给交流回路。

4.根据权利要求1所述的自动关机装置，其特征是，所述共用电源为1套电源可供2-3台机组同时关机，电源可抽出相应电压等级组合，分供控制回路和主回路。