CN111459213A - 水电站自动化智能控制开关柜 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种水电站自动化智能控制开关柜，涉及开关柜领域。该结构包括：数据共享器、LCU监控器、电度计量阀门开合器和阀门寿命预计器，开关固定于柜体上，数据共享器和LCU监控器均设于柜体内部，LCU监控器通过无线连接于柜体内部的传感器，数据共享器与外界终端无线连接，数据共享器与LCU监控器连接；从而实现了水电站自动化智能控制开关柜具备解决目前多个设备之间的数据采集、传输、处理速度较慢，无法及时预防高位水流的急促，不能第一时间控制阀门开合大小，使阀门长时间处于过载的受力程度，水电站使用寿命低的技术效果。

Description

水电站自动化智能控制开关柜

技术领域

本发明涉及开关控制柜技术领域，特别是一种水电站自动化智能控制开关柜。

背景技术

水电站是把水的位能和动能转换成电能的工厂，它的基本生产过程是：从河流高处或其他水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将重力势能和动能转变成机械能，然后水轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能；

(1)在水电站的工作中，当在处理某些应急情况时，如因为多个设备之间的数据采集、传输、处理速度较慢，而存在导致水电站出现断电，供电不足，阀门开合故障等问题，而处理的效率较低，导致水电站维修与过多水量未发电造成大量的经济损失；

(2)在人员观测水流速大小时无法及时预防高位水流的急促，不能第一时间控制阀门开合大小，使阀门长时间处于过载的受力程度，水电站使用寿命低；

(3)水电站阀门经过长时间的水力冲击会造成阀门出现开合角度的偏差，而导致水流量控制不稳定，水力发电效率低，无法预估阀门的寿命，同时造成水电站维修时流失大量水能发电。

发明内容

本发明提供提供一种水电站自动化智能控制开关柜，旨在解决多个设备之间的数据采集、传输、处理速度较慢的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例所述的一种水电站自动化智能控制开关柜，采用了如下所述的技术方案：

一种水电站自动化智能控制开关柜，包括：柜体、开关、数据共享器和LCU监控器；

所述开关固定于所述柜体上，所述数据共享器和LCU监控器均设于所述柜体内部，所述LCU监控器通过无线连接于所述柜体内部的传感器，所述数据共享器与所述外界终端无线连接，所述数据共享器与所述LCU监控器连接。

进一步地，还包括若干个电压传感器与电流传感器，所述若干个电压传感器与电流传感器设于所述柜体内部的各个元器件上，所述电压传感器与电流传感器均电性连接于所述数据共享器。

进一步地，还包括阀门寿命预计器，所述阀门寿命预计器包括阀门信号接收器与处理器，若干个阀门传感器设于水电站阀门的转折、支撑处，所述阀门信号接收器用于接收若干个阀门传感器感应的阀门支点位置，所述处理器设于所述柜体内部底端，所述处理器与所述阀门信号接收器连接。

进一步地，还包括至少两个LCU控制器，所述LCU控制器与所述LCU监控器连接。

进一步地，还包括电度计量阀门开合器，所述电度计量阀门开合器包括有单片机、通信器，所述单片机与所述LCU控制器连接，且所述通信器与外界互联网连接。

进一步地，还包括备用电源组、温度调控器和断路传感器；

所述备用电源组设于所述柜体的外侧壁，所述断路传感器设于所述柜体的电源连接处，所述备用电源组与所述断路传感器连接，所述温度调控器设于所述柜体侧面，所述温度调控器一半设于所述柜体内部，所述温度调控器另一半设于所述柜体外部，所述温度调控器与所述数据共享器连接。

进一步地，所述柜体的顶部两侧设有挡雨外沿，所述挡雨外沿呈向下弯折结构设置，且所述挡雨外沿覆盖于所述温度调控器与备用电源组。

进一步地，所述柜体的底面四角均设有圆角防护垫，所述圆角防护垫与所述柜体的底面四角固定连接。

进一步地，所述柜体内部的传感器为转速传感器、温度传感器、流量传感器、振动传感器、开度传感器的至少一种或多种。

与现有技术相比，本发明实施例主要有以下有益效果：通过开关固定于柜体上，数据共享器和LCU监控器均设于柜体内部，LCU监控器通过无线连接于柜体内部的传感器，数据共享器与外界终端无线连接，数据共享器与LCU监控器连接；从而实现了水电站自动化智能控制开关柜具备解决目前多个设备之间的数据采集、传输、处理速度较慢，无法及时预防高位水流的急促，不能第一时间控制阀门开合大小，使阀门长时间处于过载的受力程度，水电站使用寿命低的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所述水电站自动化智能控制开关柜的一个实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中所述水电站自动化智能控制开关柜的一个实施例的整体剖视图；

图3为本发明实施例中所述水电站自动化智能控制开关柜的一个实施例的流程图。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”、“包含”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。在本发明的权利要求书、说明书以及说明书附图中的术语，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体/操作/对象与另一个实体/操作/对象区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体/操作/对象之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面将结合本发明实施例中的相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种水电站自动化智能控制开关柜，包括：柜体1、开关、数据共享器105和LCU监控器102；

开关固定于柜体上，数据共享器105和LCU监控器102均设于柜体1内部，LCU监控器102通过无线连接于柜体内部的传感器，数据共享器105与外界终端无线连接，数据共享器105与LCU监控器102连接。

具体的，数据共享器105实时的将水电站的转速传感器、温度传感器、流量传感器、振动传感器、开度传感器的数据采集、传输、处理，数据共享器105、LCU监控器102、电度计量阀门开合器104和阀门寿命预计器103之间直接通信，避免数据的重复采集，实现信息共享，协同调节控制，缩短各数据整理时间，信息传输效率高，达到高效采集、传输、处理信息的目的，将数据共享器105的数据采集，共享至LCU监控器102后，通过多个LCU控制器的数据采集、传输、处理，实时监测各个设备、组件之间的运行情况，避免以往水电站只能定期进行停机检修，造成水资源的巨大浪费；电度计量阀门开合器104共享了数据共享器105的数据后，将接受到的水流速、高低水位的信息后通过单片机进行计算，调整阀门的开合大小，提高水电站电能转化效率；阀门寿命预计器103通过设于水电站阀门的多个阀门传感器的设置，及时的感应阀门开合前后的位置变化，根据原设计图纸的地基点，描出现在阀门的各支撑基准点进行对比，则计算出阀门转折、支撑点之间的误差是否有安全问题，另外根据原本阀门预估剩余寿命进行综合对比，进而判断阀门寿命。

在另一实施例中，设置有远控层、站控层、至少一个单台机组控制层，其中单台机组控制层设置有LCU层和传感器层，LCU层由至少两个功能LCU控制器组成，每个该功能LCU控制器的输入端分别连接传感器组，该传感器组组成所述传感器层，功能LCU控制器间采用EtherCAT实时以太网组网，组成LCU层，站控层的第一通信端与EtherCAT实时以太网连接，第二通信端与远控层连接；

具体为：信号检测，水头信号H、各机组流量信号Qi、来自机组辅机设备LCU水位传感器、流量传感器采集的信号，并实时向订阅者发布；各机组当前出力信号Ni来自机组保护控制LCU保护测控装置采集机端电流电压计算的结果，并实时向订阅者发布；各机组当前的进水阀开度ki来自水工控制LCU的进水阀开度传感器实时检测，并实时向订阅者发布；开度大小决定了该机组能发出有功Pi的值。全站各机组当前总发电量有功NΣ信号由线路变压器控制LCU智能单元实时采集线路侧电流电压计算的结果，并实时向订阅者发布；

参数给定，电网要求电站的总计划有功PQ的发电量，调度端运行曲线的控制，由上级调度向各个水电站订阅者发布；各机组发电效率ηi其倒数为单位耗水量qi(由制造厂家提供)，根据水位及功率可监测修正，随机组基本信息向各订阅者发布；各组出力范围Rk(i)由制造厂家提供，随机组基本信息向各订阅者发布。各机组的阀门开度kiL的上下限值决定了该机组发出有功PL的上下限值，随机组基本信息向各订阅者发布。

在另一实施例中，其系统包括中央处理模块、外部触显模块、主电源；

外网参数感应模块，与外网连接且实时检测外网的电压、电流、频率、功率、功率因数、电度参数；

发电参数感应模块，与发电机连接且实时检测发电机的发电电压、电流、频率参数；

水位高度感应模块，与水库连接，监控水库水位；

并网接触器，连于发电机和外网之间；

同期检测感应模块，用于检测对比并网的时机，同步并网接触器的合闸；

励磁控制器，连接在发电机上；

中央处理模块；

防飞车模块，防飞车模块用于实时检测发电机的转速，并反馈至中央处理模块中，发电机转速异常时，中央处理模块自动切断水轮机与发电机的连接，上述的各数据通过中央处理模块后显示在外部触显模块中；

设有至少两套水位高度感应模块，中央处理模块上设有警报模块，警报模块用于监控水位高度感应模块的差值变化状态；

它通过以下步骤实现，

a、系统通过外网参数感应模块中提取外网参数到中央处理模块中，通过水位高度感应模块检测水位的高度，当外网参数和水位高度在设定位时，开启水阀门调节执行器，发电机工作；

b、中央处理模块根据外网参数自动调整水阀门的大小，励磁的大小，使发电机发电的电压、频率和外网一致，进行同期的检测判断，待外网和发电机同期后，发出合闸信号；

c、在并网接触器的作用下，发电机和外网连同，发电机对外输电；

d、水位跟踪调节，系统通过检测水库水位，通过软件的PID智能模糊算法，控制水阀门位置，达到对整个机组的自动运行控制，水库水位从上至下依次分为满水位、上限位、下限位和警戒位，初次并网后，将做如下步骤：

系统判断水位是否在满水位，在满水位时，将系统的功率自动调节为最大；当水消耗到上限位和下限位范围内时，自动将发电功率转至近期的平均功率，然后进入自动微调状态；

在一定时间内去判断一次水位的变化率，根据水位的变化进行调节水阀门阀位，使水位维持在上限位和下限位范围内；

监控到水位低于警戒位则进行报警，并延迟一段时间后关机；

e、自动控制励磁控制器，水位跟踪调节时，对励磁按功率因素的大小自动跟踪；

f、整个运行期间，系统通过外部触显模块，时刻监控外网、发电、及发电机的各项参数，电压、电流、频率、励磁、转速、水位、轴承温度，当任意异常时，立即关闸；

上述步骤a～e中均在防飞车模块的监控下工作，d步骤中，采用两套水位高度感应模块置于水库中，自动对两套水位高度感应模块采集数值进行对比，当数值偏差范围过大时，启动警报。

优选地，还包括若干个电压传感器107与电流传感器106，所述若干个电压传感器107与电流传感器106设于所述柜体1内部的各个元器件上，所述电压传感器107与电流传感器106均电性连接于所述数据共享器105。

优选地，还包括阀门寿命预计器103，所述阀门寿命预计器103包括阀门信号接收器与处理器，若干个阀门传感器设于水电站阀门的转折、支撑处，所述阀门信号接收器用于接收若干个阀门传感器感应的阀门支点位置，所述处理器设于所述柜体1内部底端，所述处理器与所述阀门信号接收器连接。

优选地，还包括至少两个LCU控制器，所述LCU控制器与所述LCU监控器102连接。

优选地，还包括电度计量阀门开合器104，所述电度计量阀门开合器104包括有单片机、通信器，所述单片机与所述LCU控制器连接，且所述通信器与外界互联网连接。

优选地，还包括备用电源组3、温度调控器5和断路传感器101；

所述备用电源组3设于所述柜体1的外侧壁，所述断路传感器101设于所述柜体1的电源连接处，所述备用电源组3与所述断路传感器101连接，所述温度调控器5设于所述柜体1侧面，所述温度调控器5一半设于所述柜体1内部，所述温度调控器5另一半设于所述柜体1外部，所述温度调控器5与所述数据共享器105连接。

具体的，通过断路传感器101进一步的保护开关柜内部的电源使用安全，避免突然断电导致内部数据丢失。

优选地，所述柜体1的顶部两侧设有挡雨外沿4，所述挡雨外沿4呈向下弯折结构设置，且所述挡雨外沿4覆盖于所述温度调控器5与备用电源组3。

优选地，所述柜体1的底面四角均设有圆角防护垫2，所述圆角防护垫2与所述柜体1的底面四角固定连接。

具体的，通过挡雨外沿4防止外界雨水渗透至温度调控器5的内部，造成内部器件潮湿，进水等情况。

优选地，所述柜体1内部的传感器为转速传感器、温度传感器、流量传感器、振动传感器、开度传感器的至少一种或多种。

综上所述，开关固定于柜体上，数据共享器和LCU监控器均设于柜体内部，LCU监控器通过无线连接于柜体内部的传感器，数据共享器与外界终端无线连接，数据共享器与LCU监控器连接；从而实现了水电站自动化智能控制开关柜具备解决目前多个设备之间的数据采集、传输、处理速度较慢，无法及时预防高位水流的急促，不能第一时间控制阀门开合大小，使阀门长时间处于过载的受力程度，水电站使用寿命低的技术效果。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，以及凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水电站自动化智能控制开关柜，其特征在于，包括：柜体(1)、开关、数据共享器(105)和LCU监控器(102)；

所述开关固定于所述柜体上，所述数据共享器(105)和LCU监控器(102)均设于所述柜体(1)内部，所述LCU监控器(102)通过无线连接于所述柜体内部的传感器，所述数据共享器(105)与所述外界终端无线连接，所述数据共享器(105)与所述LCU监控器(102)连接。

2.根据权利要求1所述的水电站自动化智能控制开关柜，其特征在于，还包括若干个电压传感器(107)与电流传感器(106)，所述若干个电压传感器(107)与电流传感器(106)设于所述柜体(1)内部的各个元器件上，所述电压传感器(107)与电流传感器(106)均电性连接于所述数据共享器(105)。

3.根据权利要求1所述的水电站自动化智能控制开关柜，其特征在于，还包括阀门寿命预计器(103)，所述阀门寿命预计器(103)包括阀门信号接收器与处理器，若干个阀门传感器设于水电站阀门的转折、支撑处，所述阀门信号接收器用于接收若干个阀门传感器感应的阀门支点位置，所述处理器设于所述柜体(1)内部底端，所述处理器与所述阀门信号接收器连接。

4.根据权利要求1所述的水电站自动化智能控制开关柜，其特征在于，还包括至少两个LCU控制器，所述LCU控制器与所述LCU监控器(102)连接。

5.根据权利要求1所述的水电站自动化智能控制开关柜，其特征在于，还包括电度计量阀门开合器(104)，所述电度计量阀门开合器(104)包括有单片机、通信器，所述单片机与所述LCU控制器连接，且所述通信器与外界互联网连接。

6.根据权利要求1所述的水电站自动化智能控制开关柜，其特征在于，还包括备用电源组(3)、温度调控器(5)和断路传感器(101)；

所述备用电源组(3)设于所述柜体(1)的外侧壁，所述断路传感器(101)设于所述柜体(1)的电源连接处，所述备用电源组(3)与所述断路传感器(101)连接，所述温度调控器(5)设于所述柜体(1)侧面，所述温度调控器(5)一半设于所述柜体(1)内部，所述温度调控器(5)另一半设于所述柜体(1)外部，所述温度调控器(5)与所述数据共享器(105)连接。

7.根据权利要求1所述的水电站自动化智能控制开关柜，其特征在于，所述柜体(1)的顶部两侧设有挡雨外沿(4)，所述挡雨外沿(4)呈向下弯折结构设置，且所述挡雨外沿(4)覆盖于所述温度调控器(5)与备用电源组(3)。

8.根据权利要求1所述的水电站自动化智能控制开关柜，其特征在于，所述柜体(1)的底面四角均设有圆角防护垫(2)，所述圆角防护垫(2)与所述柜体(1)的底面四角固定连接。

9.根据权利要求1所述的水电站自动化智能控制开关柜，其特征在于，所述柜体(1)内部的传感器为转速传感器、温度传感器、流量传感器、振动传感器、开度传感器的至少一种或多种。

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