CN111271215A - 一种水轮发电机组过载保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水轮发电机组过载保护方法，其包括：步骤S1，过载检测装置采集过载信号，并发送过载信号至机组LCU控制器；步骤S2，机组LCU控制器判断过载信号的数值是否不小于第一预设值，若是，则进入步骤S3，否则重复步骤S1；步骤S3，机组LCU控制器判断过载信号的数值是否小于第二预设值，其中，第二预设值大于第一预设值，若是，则进入步骤S4，否则进入步骤S6；步骤S4，机组LCU控制器生成降速命令，并发送降速命令至水轮机调速器；步骤S5，水轮机调速器响应降速命令，降低水轮机的转速，重复步骤S1；步骤S6，机组LCU控制器控制水轮发电机组执行紧急停机。本发明能够对水轮发电机组进行过载保护。

Description

一种水轮发电机组过载保护方法

技术领域

本发明涉及水轮发电机组过载保护的技术领域，尤其是涉及一种水轮发电机组过载保护方法。

背景技术

水轮发电机是水轮发电机组的发电设备，以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。

当水轮发电机出现过载现象，例如：带动负荷超过额定值、发电机电流过载等，一般都是通过设置信号采集装置对信号进行采集，并实现过载保护的。如公告号为CN204419448U的中国专利公开了一种水力发电机过载保护系统，在整个发电输电过程中，该系统通过各个检测模块对喷水的流量、水力发电机的转速、温度和水力发电机的负载进行检测，然后通过中央控制模块1 对整个系统进行控制，可以防止水力发电机的过载。但是，该专利仅仅公开了对发电输电过程中的各数据进行测量，并没有公开具体的过载保护方案。因此，如何对水轮发电机组进行过载保护成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种水轮发电机组过载保护方法，能够对水轮发电机组进行过载保护。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种水轮发电机组过载保护方法，包括以下步骤：步骤S1，过载检测装置采集过载信号，并发送所述过载信号至机组LCU控制器；步骤S2，所述机组LCU控制器判断所述过载信号的数值是否不小于第一预设值，若是，则进入步骤S3，否则重复所述步骤S1；所述步骤S3，所述机组LCU控制器判断所述过载信号的数值是否小于第二预设值，其中，所述第二预设值大于所述第一预设值，若是，则进入步骤S4，否则进入步骤S6；所述步骤S4，所述机组LCU控制器生成降速命令，并发送所述降速命令至水轮机调速器；步骤S5，所述水轮机调速器响应所述降速命令，降低水轮机的转速，重复所述步骤S1；所述步骤S6，所述机组LCU控制器控制水轮发电机组执行紧急停机。

通过采用上述技术方案，实时检测过载信号（例如电压电流信号），当过载信号达到第一预设值时，说明有异常，但情况不紧急，此时自动降低水轮机转速，而使水轮发电机组不停机，不影响发电；而如果过载信号继续增大，当过载信号达到第二预设值时，说明已达临界危险，需要进行紧急停机，以免造成严重损失；可以实现对水轮发电机组的过载保护。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括：步骤S7，当所述步骤S3中所述机组LCU控制器判断所述过载信号的数值小于第二预设值时，所述机组LCU控制器生成并发出第一告警信号。

通过采用上述技术方案，当过载信号的数值超过第一预设值，但没有达到第二预设值时，机组LCU控制器需要向外发出第一告警信号，以提醒运维人员当前机组存在异常情况，便于运维人员快速进行故障排查与处理，尽早发现故障问题，以防异常升级，造成严重的危害。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括：步骤S8，当所述步骤S3中所述机组LCU控制器判断所述过载信号的数值不小于第二预设值时，所述机组LCU控制器生成并发出第二告警信号。

通过采用上述技术方案，当过载信号的数值达到第二预设值时，机组LCU控制器需要向外发出第二告警信号，以提醒运维人员当前机组存在严重异常情况，需要立即执行紧急停机操作，监视系统的自动停机，在必要时候进行人工停机操作，并马上开展故障处理工作，提高运维人员的工作效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S1包括：电压电流采集装置采集发电机的电压电流信号，并将所述电压电流信号发送至所述机组LCU控制器。

通过采用上述技术方案，可以实时检测发电机输电电路的电压电流是否存在过载异常。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S6包括：步骤S61，所述机组LCU控制器生成紧急停机命令，并发送所述紧急停机命令至所述水轮机调速器；步骤S62，所述水轮机调速器响应所述紧急停机命令，关闭水轮机导叶；步骤S63，所述机组LCU控制器判断所述水轮机导叶是否关闭，若是，则进入步骤S64，否则重复所述步骤S63；所述步骤S64，所述机组LCU控制器控制发电机出口断路器开断；步骤S65，所述机组LCU控制器判断所述发电机出口断路器是否开断，若是，则进入步骤S66，否则重复所述步骤S65；所述步骤S66，所述机组LCU控制器生成逆变灭磁命令，并发送所述逆变灭磁命令至励磁调节器；步骤S67，所述励磁调节器响应所述逆变灭磁命令，控制可控硅处于逆变状态；步骤S68，所述机组LCU控制器判断所述水轮发电机的机端电压值是否降至第三预设值，若是，则进入步骤S612，否则进入步骤S69；所述步骤S69，所述机组LCU控制器生成开关灭磁命令，并发送所述开关灭磁命令至所述励磁调节器；步骤S610，所述励磁调节器响应所述开关灭磁命令，控制灭磁开关开断；步骤S611，所述机组LCU控制器判断所述灭磁开关是否开断，若是，则进入步骤S612，否则进入步骤S613；所述步骤S612，执行正常停机命令；所述步骤S613，进行人工停机。

通过采用上述技术方案，使水轮发电机组按照关闭导叶、出口断路器开断、灭磁的顺序进行紧急停机，可以保障水轮发电机组各设备的性能及寿命。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在所述步骤S7之后，还包括，步骤S9，所述机组LCU控制器将所述第一告警信号通过无线通讯方式发送至运维人员所携带的告警终端。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在所述步骤S8之后，还包括：步骤S10，所述机组LCU控制器将所述第二告警信号通过无线通讯方式发送至运维人员所携带的告警终端。

通过采用上述技术方案，机组LCU控制器也可以将告警信号通过短信、蓝牙、4G网络、5G网络、WIFI网络等无线方式发送到运维人员所携带的告警终端，即使运维人员不在机组LCU控制室内，也能及时接收到告警信号，进行相应处理。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一告警信号为声光信号。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第二告警信号为声光信号。

通过采用上述技术方案，声音、灯光信号可以使运维人员容易发现告警信息。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1. 实时检测过载信号（例如电压电流信号），当过载信号达到第一预设值时，说明有异常，但情况不紧急，此时自动降低水轮机转速，而使水轮发电机组不停机，不影响发电；而如果过载信号继续增大，当过载信号达到第二预设值时，说明已达临界危险，需要进行紧急停机，以免造成严重损失；

2. 当过载信号的数值超过第一预设值，但没有达到第二预设值时，机组LCU控制器需要向外发出第一告警信号，以提醒运维人员当前机组存在异常情况，便于运维人员快速进行故障排查与处理，尽早发现故障问题，以防异常升级，造成严重的危害；

3. 当过载信号的数值达到第二预设值时，机组LCU控制器需要向外发出第二告警信号，以提醒运维人员当前机组存在严重异常情况，需要立即执行紧急停机操作，监视系统的自动停机，在必要时候进行人工停机操作，并马上开展故障处理工作，提高运维人员的工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例的方法流程图。

图2是本发明实施例的一种可选实施方式的方法流程图。

图3是本发明实施例中步骤S6的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明实施例公开的一种水轮发电机组过载保护方法，主要包括以下步骤：

步骤S1，过载检测装置采集过载信号，并发送过载信号至机组LCU控制器；

过载检测装置可以是电压电流采集装置，实时采集水轮发电机的电输出电路的电压电流信号，并将电压电流信号发送至机组LCU控制器。

步骤S2，机组LCU控制器判断过载信号的数值是否不小于第一预设值，若是，则进入步骤S3，否则重复步骤S1；

机组LCU控制器是整个水轮发电机组控制系统的核心，实现水轮发电机组的开、停机控制，对水轮发电机组的运行工况进行实时监视和控制；对运行参数及测量值进行实时采集和预处理，并存入数据库，作为实时监视、告警、控制、制表、计算和处理的依据，并发出各种调节命令、完成控制闭环，是对可靠性要求很高的控制设备。

步骤S3，机组LCU控制器判断过载信号的数值是否小于第二预设值，其中，第二预设值大于第一预设值，若是，则进入步骤S4，否则进入步骤S6；

步骤S4，机组LCU控制器生成降速命令，并发送降速命令至水轮机调速器；

步骤S5，水轮机调速器响应降速命令，降低水轮机的转速，重复步骤S1；

降速命令包含转速或频率变化信号，水轮机调速器内部有CFV测频模块，通过CFV采集水轮机的转速以及接收的转速或频率变化信号，通过配压阀动作控制接力器改变导叶开度，从而降低水轮机的转速。

步骤S6，机组LCU控制器控制水轮发电机组执行紧急停机。

本实施例中，当过载信号达到第一预设值时，说明有异常，但情况不紧急，此时自动降低水轮机转速，而使水轮发电机组不停机，不影响发电；而如果过载信号继续增大，当过载信号达到第二预设值时，说明已达临界危险，必须要紧急停机，以免造成严重损失；可以实现对水轮发电机组的过载保护。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图2所示，该方法还包括：

步骤S7，当步骤S3中机组LCU控制器判断过载信号的数值小于第二预设值时，机组LCU控制器生成并发出第一告警信号。

进一步的，如图2所示，在步骤S7之后，该方法还包括：

步骤S9，机组LCU控制器将第一告警信号通过无线通讯方式发送至运维人员所携带的告警终端。

当过载信号的数值超过第一预设值，但没有达到第二预设值时，机组LCU控制器需要向外发出第一告警信号，以提醒运维人员当前机组存在异常情况，便于运维人员快速进行故障排查与处理，尽早发现故障问题，以防异常升级，造成严重的危害。

第一告警信号可以是声光信号，例如在机组LCU控制屏处设置的故障指示灯和蜂鸣器。或者，机组LCU控制器也可以将第一告警信号通过短信、蓝牙、4G网络、5G网络、WIFI网络等无线方式发送到运维人员所携带的告警终端，即使运维人员不在机组LCU控制室内，也能及时接收到第一告警信号；其中，第一告警信号可以向运维人员展示具体哪个过载信号出现异常以及异常级别，告警终端可以是手机、平板电脑等。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图2所示，该方法还包括：

步骤S8，当步骤S3中机组LCU控制器判断过载信号的数值不小于第二预设值时，机组LCU控制器生成并发出第二告警信号。

进一步的，如图2所示，在步骤S8之后，该方法还包括：

步骤S10，机组LCU控制器将第二告警信号通过无线通讯方式发送至运维人员所携带的告警终端。

当过载信号的数值达到第二预设值时，机组LCU控制器需要向外发出第二告警信号，以提醒运维人员当前机组存在严重异常情况，需要立即执行紧急停机操作，监视系统的自动停机，在必要时候进行人工停机操作，并马上开展故障处理工作，提高运维人员的工作效率。

第二告警信号可以是声光信号，例如在机组LCU控制屏处设置的故障指示灯和蜂鸣器；或者，机组LCU控制器也可以将第二告警信号通过短信、蓝牙、4G网络、5G网络、WIFI网络等无线方式发送到运维人员所携带的告警终端，即使运维人员不在机组LCU控制室内，也能及时接收到第二告警信号；其中，第二告警信号可以向运维人员展示具体哪个过载信号出现异常以及异常级别，告警终端可以是手机、平板电脑等。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图3所示，该方法步骤S6包括：

步骤S61，机组LCU控制器生成紧急停机命令，并发送紧急停机命令至水轮机调速器；

步骤S62，水轮机调速器响应紧急停机命令，关闭水轮机导叶；

水轮机调速器接收到紧急停机命令后，控制配压阀动作，切断接力器开启腔油源，直接接通关闭腔压力油源，开启腔排油，使导叶迅速关闭截断进入水轮机转轮的水流。

步骤S63，机组LCU控制器判断水轮机导叶是否关闭，若是，则进入步骤S64，否则重复步骤S63；

可以通过水流量传感器检测进入水轮机转轮的水流量来判断水轮机导叶是否关闭，当测得的水流量为0时，说明水轮机导叶处于关闭状态。

还可以通过水轮发电机的输出功率来判断水轮机导叶是否关闭，当输出功率为0时，说明水轮机导叶处于关闭状态。

当水轮机调速器、配压阀、接力器或水轮机导叶故障时，不能按计划动作，导致水轮机导叶不能关闭，步骤S63的判断操作将一直重复进行，而不能进入到步骤S64，水轮发电机组将不能继续执行紧急停机。为防止这种情况，可选的，当机组LCU控制器判断水轮机导叶是否关闭这一判断操作持续一定时间时，则说明水轮机调速器、配压阀、接力器或水轮机导叶可能存在故障，发出告警信号，以通知运维人员水轮机调速器、配压阀、接力器或水轮机导叶可能存在故障，直接跳转步骤613，进行人工操作停机。

如果在水轮机导叶未完全关闭之前，出口断路器开断，会使发电机有功功率负荷突然变化，导致水轮发电机转速升高，会影响水轮发电机的运行性能和使用寿命。因此，在导叶完全关闭后，再执行出口断路器开断，可以避免水轮发电机转速的迅速升高，有效保障水轮发电机的运行性能和使用寿命。

步骤S64，机组LCU控制器控制发电机出口断路器开断；

步骤S65，机组LCU控制器判断发电机出口断路器是否开断，若是，则进入步骤S66，否则重复步骤S65；

当出口断路器故障时，不能按计划开断，步骤S65的判断操作将一直重复进行，而不能进入到步骤S66，水轮发电机组将不能继续执行紧急停机。为防止这种情况，可选的，当机组LCU控制器判断发电机出口断路器是否开断这一判断操作持续一定时间时，则说明出口断路器可能存在故障，发出告警信号，以通知运维人员发电机出口断路器可能存在故障，直接跳转步骤613，进行人工操作停机。

如果先灭磁再使出口断路器开断，水轮发电机失磁后进入异步运行工况，吸收电力系统的无功功率建立转子磁场，会导致水轮发电机定子过电流、发热，因此，在出口断路器开断后再进行灭磁，可以避免水轮发电机定子过电流、发热，有效保障水轮发电机的运行性能和使用寿命。

步骤S66，机组LCU控制器生成逆变灭磁命令，并发送逆变灭磁命令至励磁调节器；

步骤S67，励磁调节器响应逆变灭磁命令，控制可控硅处于逆变状态；

励磁调节器控制可控硅（通常是三相全控桥）的控制角大于90度，此时可控硅处于逆变状态，它把励磁绕组能量吸入到励磁变压器及定子消耗掉，与励磁系统连接的水轮发电机的机端电压逐渐降低。

步骤S68，机组LCU控制器判断水轮发电机的机端电压值是否降至第三预设值，若是，则进入步骤S612，否则进入步骤S69；

当水轮发电机的机端电压降至第三预设值时，说明励磁系统成功关闭，此时进入步骤S612，执行正常的停机命令。

当水轮发电机的机端电压一直不能降到第三预设值，说明励磁系统未能关闭，说明励磁调节器或者可控硅可能存在故障。这种情况下，将会一直重复执行步骤S68的判断操作，不能继续执行紧急停机，导致紧急停机失败。为防止这种情况，可选的，当机组LCU控制器判断水轮发电机的机端电压值是否降至第三预设值这一判断操作持续一定时间时，则说明励磁调节器或者可控硅可能存在故障，直接跳转步骤S69，并可以发出告警信号，以通知运维人员励磁调节器或者可控硅可能存在故障，需要进一步查看，排除故障。

步骤S69，机组LCU控制器生成开关灭磁命令，并发送开关灭磁命令至励磁调节器；

步骤S610，励磁调节器响应开关灭磁命令，控制灭磁开关开断；

在逆变灭磁不成功时，将通过灭磁开关进行强制灭磁。具体的，在灭磁开关主接点断开前先通过一个灭磁接点接入灭磁电阻，也就是使转子回路并联灭磁电阻，然后断开主接点；在灭磁开关主接点断开后，励磁绕组能量转移到灭磁电阻，发热消耗完成，成功灭磁。

步骤S611，机组LCU控制器判断灭磁开关是否开断，若是，则进入步骤S612，否则进入步骤S613；

当灭磁开关出现故障时，不能按计划开断，步骤S611的判断操作将一直重复进行，水轮发电机组将不能继续执行紧急停机。为防止这种情况，可选的，当机组LCU控制器判断灭磁开关是否开断这一判断操作持续一定时间时，则说明灭磁开关可能存在故障，此时发出告警信号，以通知运维人员灭磁开关可能存在故障，直接跳转步骤613，进行人工操作停机。

步骤S612，执行正常停机命令；

正常停机命令为机组LCU控制系统正常工况下的停机操作流程，包含自动停机，例如：监视微设备自投动作正确、监视锁锭投入、机组风闸投入等，也包含人工停机，例如：检查机组各部信号指示正常、根据情况停用机组和主变冷却水等。当执行完正常停机命令后，水轮发电机停止工作，紧急停机流程结束。

步骤S613，进行人工停机。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水轮发电机组过载保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，过载检测装置采集过载信号，并发送所述过载信号至机组LCU控制器；

步骤S2，所述机组LCU控制器判断所述过载信号的数值是否不小于第一预设值，若是，则进入步骤S3，否则重复所述步骤S1；

所述步骤S3，所述机组LCU控制器判断所述过载信号的数值是否小于第二预设值，其中，所述第二预设值大于所述第一预设值，若是，则进入步骤S4，否则进入步骤S6；

所述步骤S4，所述机组LCU控制器生成降速命令，并发送所述降速命令至水轮机调速器；

步骤S5，所述水轮机调速器响应所述降速命令，降低水轮机的转速，重复所述步骤S1；

所述步骤S6，所述机组LCU控制器控制水轮发电机组执行紧急停机。

2.根据权利要求1所述的水轮发电机组过载保护方法，其特征在于，还包括：

步骤S7，当所述步骤S3中所述机组LCU控制器判断所述过载信号的数值小于第二预设值时，所述机组LCU控制器生成并发出第一告警信号。

3.根据权利要求1或2所述的水轮发电机组过载保护方法，其特征在于，还包括：

步骤S8，当所述步骤S3中所述机组LCU控制器判断所述过载信号的数值不小于第二预设值时，所述机组LCU控制器生成并发出第二告警信号。

4.根据权利要求1或2所述的水轮发电机组过载保护方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

电压电流采集装置采集发电机的电压电流信号，并将所述电压电流信号发送至所述机组LCU控制器。

5.根据权利要求1或2所述的水轮发电机组过载保护方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

步骤S61，所述机组LCU控制器生成紧急停机命令，并发送所述紧急停机命令至所述水轮机调速器；

步骤S62，所述水轮机调速器响应所述紧急停机命令，关闭水轮机导叶；

步骤S63，所述机组LCU控制器判断所述水轮机导叶是否关闭，若是，则进入步骤S64，否则重复所述步骤S63；

所述步骤S64，所述机组LCU控制器控制发电机出口断路器开断；

步骤S65，所述机组LCU控制器判断所述发电机出口断路器是否开断，若是，则进入步骤S66，否则重复所述步骤S65；

所述步骤S66，所述机组LCU控制器生成逆变灭磁命令，并发送所述逆变灭磁命令至励磁调节器；

步骤S67，所述励磁调节器响应所述逆变灭磁命令，控制可控硅处于逆变状态；

步骤S68，所述机组LCU控制器判断所述水轮发电机的机端电压值是否降至第三预设值，若是，则进入步骤S612，否则进入步骤S69；

所述步骤S69，所述机组LCU控制器生成开关灭磁命令，并发送所述开关灭磁命令至所述励磁调节器；

步骤S610，所述励磁调节器响应所述开关灭磁命令，控制灭磁开关开断；

步骤S611，所述机组LCU控制器判断所述灭磁开关是否开断，若是，则进入步骤S612，否则进入步骤S613；

所述步骤S612，执行正常停机命令；

所述步骤S613，进行人工停机。

6.根据权利要求2所述的水轮发电机组过载保护方法，其特征在于，在所述步骤S7之后，还包括：

步骤S9，所述机组LCU控制器将所述第一告警信号通过无线通讯方式发送至运维人员所携带的告警终端。

7.根据权利要求3所述的水轮发电机组过载保护方法，其特征在于，在所述步骤S8之后，还包括：

步骤S10，所述机组LCU控制器将所述第二告警信号通过无线通讯方式发送至运维人员所携带的告警终端。

8.根据权利要求2或6所述的水轮发电机组过载保护方法，其特征在于，所述第一告警信号为声光信号。

9.根据权利要求3所述的水轮发电机组过载保护方法，其特征在于，所述第二告警信号为声光信号。

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