CN204156536U - 一种水电站自动并网仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水电站自动并网仪，包括电源单元、压差输出单元、光耦合元件、电子开关单元、延时控制单元、继电输出单元和合闸指示灯；其中压差输出单元的两个输入端用于分别与电网和发电机连接，电源单元输入端与发电机连接，所述压差输出单元的两个输出端与光耦合元件的两个输入端相连，所述光耦合元件的两个输出端都与电子开关单元连接，所述电子开关单元的输出端连接一个延时控制单元，延时控制单元的输出端与继电输出单元及合闸指示灯连接；所述延时控制单元、继电输出单元和合闸指示灯通过上述电源供电。解决传统并网技术中操作繁琐，判断难度大的问题。

Description

一种水电站自动并网仪

技术领域

本实用新型涉及发电机并网仪领域，尤其涉及一种通过光耦合实现自动并网的并网仪。

背景技术

在水电站电力系统中，联系发电和用电的设施和设备的统称。属于输送和分配电能的中间环节，它主要由联结成网的送电线路、变电所、水电站、配电所和配电线路组成。通常把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网，简称电网。

在水电站发电机并网运行过程中，必须对照如下发电机并网四个条件。

1.发电机的频率与系统频率相同。

2.发电机出口电压与系统电压相同,其最大误差应在5％以内。

3.发电机相序与系统相序相同。

4.发电机电压相位与系统电压相位一致。

当满足以上四个条件时，可以合上并网开关，使发电机组并入系统运行。然而传统的并网技术，需要同时对比电压、相位、频率的三项比较电路，操作繁琐，判断复杂。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种水电站自动并网仪，解决传统并网技术中操作繁琐，判断难度大的问题。

为此，本实用新型公开了一种水电站自动并网仪，包括电源单元、压差输出单元、光耦合元件、电子开关单元、延时控制单元、继电输出单元和合闸指示灯；其中压差输出单元的两个输入端用于分别与电网和发电机连接， 电源单元输入端与发电机连接，所述压差输出单元的两个输出端与光耦合元件的两个输入端相连，所述光耦合元件的两个输出端与电子开关单元连接，所述电子开关单元的输出端连接一个延时控制单元，延时控制单元的输出端与继电输出单元及合闸指示灯连接；所述延时控制单元、继电输出单元和合闸指示灯通过电源单元输出端供电，所述继电输出单元的两个输出端用于分别与电网、发电机连接。

具体的，所述压差输出单元包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R2；其中：电阻R1的一端与压差输出单元一输入端连接，电阻R1的另一端与二极管D1的正极和二极管D2的负极连接；电阻R2的一端与压差输出元另一输入端连接，电阻R2的另一端与二极管D3的正极和二极管D4的负极连接；二极管D1和二极管D3的负极连接至压差输出单元一输出端，压差输出单元另一输出端端与二极管D2和二极管D4的正极相连。

进一步的，所述压差输出单元还包括一个SCR和一个脉振指示灯，所述SCR的正极与二极管D1的负极和二极管D3的负极相连，所述SCR的负极与压差输出单元一输出端连接；所述脉振指示灯的一端与压差输出单元另一输出端连接，脉振指示灯的另一端与二极管D2的正极和二极管D4的正极相连。

具体的，上述水电站自动并网仪包括一个电子开关单元，所述电子开关单元包括电阻R3、电阻R4和三极管Q1、三极管Q2；所述电阻R3的一端与光耦合元件的一个输出端相连，三极管Q1的基极与光耦合元件的另一个输出端相连，所述三极管Q1的集电极与电阻R4的一端和三极管Q2的基极相连，三极管Q1的发射极接地；所述电阻R3的另一端、电阻R4的另一端、三极管Q2的集电极都与电源输出端相连，三极管Q2的发射极与电子开关单元输出端相连。

水电站自动并网仪还包括了一个延时控制单元，所述延时控制单元包括一个延时计数芯片，所述延时计数芯片的电源端与电子开关单元的输出端相连，所述延时计数芯片的自动复位端使能，手动复位端去能，输出模式选择端为选择延时计数芯片输出端上电低电平模式，输出方式选择端为选择单定时输出方式，接地端接地，延时计数芯片输出端与延时控制单元输出端相连。

进一步的，所述延时控制单元还包括一个电阻R5，所述电阻R5的一端与延时计数芯片输出端相连，所述电阻R5的另一端与延时控制单元的输出端相连。

本实用新型还包括了一个继电输出单元，所述继电输出单元包括继电器J、二极管D5、三极管Q3；所述三极管Q3的基极与延时控制单元输出端相连，所述三极管Q3发射极接地，所述三极管Q3集电极与继电器J的一个输入端和二极管D5的正极相连；继电器J的另一输入端和二极管D5的负极与电源输出端相连；合闸指示灯与继电器并联输入端，所述继电器两个输出端与继电输出单元的两个输出端分别连接。

本实用新型还提供了一个电源，所述电源包括变压器、二极管D6、D7和稳压子单元，所述变压器的输入端由待入网发电机供电，变压器的输出端线圈中间部分接地，输出端线圈两端分别与二极管D6的正极、二极管D7的正极连接，二极管D6的负极、二极管D7的负极与稳压子单元的输入端相连，稳压子单元的输出端与电源输出端相连。

具体的，所述电源还包括一个电源指示灯，所述电源指示灯的一端与稳压子单元输出端相连，电源指示灯的另一端接地。

进一步的，所述稳压子单元还包括两个电容，所述电容C1的一端、电容C2的一端分别接在稳压子单元的输入端、输出端，电容C1的另一端、电容C2的另一端接地。连接两个电容能更好的发挥稳压器的稳压效果，作为一个具体的实施例，所述的稳压子单元的输出电压稳定在12V

通过我们发明人的改进，将光耦合准同期并网中三个变量因子为一个变量：即并网指示灯的光与暗。由于只有一个变量，所以此并网仪避开了传统的多项比较电路，因而简单，在手动操作并网中，工人就是根据并网指示灯的光暗程度进行合闸操作。大大提高了可靠性，使成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型的内部电路示意图；

图2为本实用新型的功能模块流程图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1以及图2，本实用新型提供了一种水电站自动并网仪，该并网仪包括电源单元、压差输出单元、光耦合元件、电子开关单元、延时控制单元、继电输出单元和合闸指示灯；其中压差输出单元的两个输入端用于分别与电网和发电机连接，电源单元输入端与发电机连接，所述压差输出单元的两个输出端与光耦合元件的两个输入端相连，所述光耦合元件的两个输出端与电子开关单元连接，所述电子开关单元的输出端连接一个延时控制单元，延时控制单元的输出端与继电输出单元及合闸指示灯连接；所述延时控制单元、继电输出单元和合闸指示灯通过电源单元输出端供电，所述继电输出单元的两个输出端用于分别与电网、发电机连接。其工作原理为，压差输出单元的取样电压取自电网及发电机的同一相线，而后压差输出单元输出电压值为发电机与电网压差值的脉动直流；若电网与发电机压差大于光耦合元件导通阈值，则光耦合元件导通，光耦合元件导通后将使得电子开关单元关闭，延时控制单元得不到电源不工作，此时继电输出单元亦无输出，电网与发电 机不并网。当电网与发电机压差小于光耦合元件导通阈值，光耦合元件无输出，电子开关单元打开，此时延时控制单元工作，即电子开关单元在电网与发电机压差大于光耦合元件导通阈值关闭、电子开关单元在电网与发电机压差小于光耦合元件导通阈值关闭。延时输出单元上电时输出为零电位，只有延迟一定时间后才输出高电位；激励继电输出单元导通，电网与发电机开始并网，合闸指示灯亦导通点亮；因此只有在电网与发电机的压差始终基本吻合时候，合闸指示灯才能常亮。通过这样一个水电站自动并网仪，我们将准同期并网的三个条件，即电压、频率、相位综合简化成为一个条件，即合闸指示灯的明暗程度，在手动操作并网的工作中，工人通过合闸指示灯的明暗程度直接进行合闸操作。

具体的，所述压差输出单元包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R2；其中：电阻R1的一端与压差输出单元一输入端连接，电阻R1的另一端与二极管D1的正极和二极管D2的负极连接；电阻R2的一端与压差输出元另一输入端连接，电阻R2的另一端与二极管D3的正极和二极管D4的负极连接；二极管D1和二极管D3的负极连接至压差输出单元一输出端，压差输出单元另一输出端端与二极管D2和二极管D4的正极相连。通过该压差输出单元的桥接电路的整流作用，输出脉动直流，控制下接的光耦合单元的工作状态。

进一步的，所述压差输出单元还包括一个可控硅元件SCR(Silicon Controlled Rectifier)和一个脉振指示灯，所述SCR的正极与二极管D1的负极和二极管D3的负极相连，所述SCR的负极与压差输出单元一输出端连接；所述脉振指示灯的一端与压差输出单元另一输出端连接，脉振指示灯的另一端与二极管D2的正极和二极管D4的正极相连。通过加入一个SCR元件，使得只有当压差大于稳压管阈值时才向下一级输出电信号，进一步提高了光耦合的准确性；使用可控硅的同时在电路中串联一个脉振指示灯，能够直观显 示该压差输出单元的工作状态。

具体地，所述电子开关单元包括电阻R3、R4和三极管Q1、Q2；所述电阻R3与光耦合元件的一个输出端相连，三极管Q1的基极与光耦合元件的另一个输出端相连，所述三极管Q1的集电极与电阻R4和三极管Q2的基极相连，三极管Q1的发射极接地；所述电阻R3、电阻R4、三极管Q2的集电极都与电源相连，三极管Q2的发射极与电子开关单元的输出端相连。该电子开关单元的工作原理为，当光耦合导通后Q1导通，在Q1导通的情况下Q1的集电极向Q2输出低电平，则Q2截止；后续的延时输出单元无法工作。连入两个限流电阻则为了保护两个三极管，以免工作时被击穿。

我们的水电站自动并网仪还包括了一个延时控制单元，所述延时控制单元包括一个延时计数芯片，事实上，常用的CD计数芯片都能达到我们发明所需要的技术效果。优选的，我们以常用的CD4541BE计数芯片为例向大家讲解该单元的功能，延时计数芯片的电源端14与电子开关单元的输出端相连，所述延时计数芯片的自动复位端5使能，手动复位端6去能，输出模式选择端9为选择延时计数芯片输出端8上电低电平模式，输出方式选择端10为选择单定时输出方式，接地端7接地，延时计数芯片延时计数芯片输出端8与延时控制单元输出端相连。优选的，计数时长选择端为A针脚12低电平，B针脚13高电平，当电子开关单元通电后，延时计数芯片也开始工作，由于设定为单定时输出方式，则当电路定时时间到后，延时计数芯片输出端8向继电输出单元输出高电平，直到电子开关单元断电；若在上述电路定时时间内电子开关单元断电，则延时计数芯片将不再工作，延时计数芯片输出端没有输出信号。通过设计延时输出单元，有效降低了发电机并入电网时的压差，减少了并入的发电机对电网的冲击影响。

进一步地，所述延时控制单元还包括一个电阻R5，所述电阻R5的一端与延时计数芯片输出端相连，所述电阻R5的另一端与延时控制单元的输出端 相连。由于电阻的限流作用，降低了随后的继电输出单元的工作能耗，对后续单元亦起到保护电路的功用。

具体的，所述继电输出单元包括继电器J、二极管D5、三极管Q3；所述三极管Q3的基极与延时控制单元输出端相连，发射极接地，集电极与继电器的一个输入端和二极管D5的正极相连；继电器的另一输入端和二极管D5的负极与电源输出端相连；合闸指示灯与继电器并联。实际操作过程中，继电器的后机与电网以及发电机连接，当延时控制单元输出端通电时，Q3导通，继电器工作，使得发电机并入电网，同时由于合闸指示灯与继电器并联，当Q3导通时，合闸指示灯亮，否则灯灭；虽然肉眼无法看到合闸指示灯的明灭变化，但可以通过合闸指示灯的亮度判断继电器的工作状态从而判断电网与发电机的匹配状态，当指示灯稳定常亮后，工人可以手动合闸，断开该水电站自动并网仪。通过将原本需要判断的三个指标综合为一个合闸指示灯的亮暗程度指标，大大方便了并网的操作。

本实用新型还包括了一个电源，所述电源包括变压器、二极管D6、二极管D7和稳压子单元，所述稳压子单元可以是DC-DC电源模块，也可以是线性稳压器；优选的，我们以7812线性稳压器为具体实施例，所述变压器的输入端由待入网发电机供电，变压器的输出端线圈中间部分接地，输出端线圈两端分别与二极管D6的正极、二极管D7的正极连接，二极管D6的负极、二极管D7的负极与7812线性稳压器的输入端相连，7812线性稳压器的输出端与电源输出端相连。该电源通过变压器连接到发电机的方式为内部元件提供电源，方便了仪器的使用。

进一步的，所述电源还包括一个电源指示灯，所述电源指示灯的一端与稳压器输出端相连，电源指示灯的另一端接地。设计一个电源指示灯，使得用户能更加清晰的了解并网仪的工作状态。

进一步的，所述稳压子单元还包括两个电容，所述电容C1的一端、电容 C2的一端分别接在稳压子单元的输入端、输出端，电容C1的另一端、电容C2的另一端接地。设计两个电容，便能更好地为稳压子单元实现稳压功能。

优选的，上述的脉振指示灯，合闸指示灯和电源指示灯等选用发光二极管，不仅可以通过亮度判断功能，同时还具有反向截止功能。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水电站自动并网仪，其特征在于：包括电源单元、压差输出单元、光耦合元件、电子开关单元、延时控制单元、继电输出单元和合闸指示灯；其中压差输出单元的两个输入端用于分别与电网和发电机连接，电源单元输入端与发电机连接，所述压差输出单元的两个输出端与光耦合元件的两个输入端相连，所述光耦合元件的两个输出端与电子开关单元连接，所述电子开关单元的输出端连接一个延时控制单元，延时控制单元的输出端与继电输出单元及合闸指示灯连接；所述延时控制单元、继电输出单元和合闸指示灯通过电源单元输出端供电，所述继电输出单元的两个输出端用于分别与电网、发电机连接。

2.根据权利要求1所述的水电站自动并网仪，其特征在于：所述压差输出单元包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R2；其中：电阻R1的一端与压差输出单元一输入端连接，电阻R1的另一端与二极管D1的正极和二极管D2的负极连接；电阻R2的一端与压差输出元另一输入端连接，电阻R2的另一端与二极管D3的正极和二极管D4的负极连接；二极管D1和二极管D3的负极连接至压差输出单元一输出端，压差输出单元另一输出端端与二极管D2和二极管D4的正极相连。

3.根据权利要求2所述的水电站自动并网仪，其特征在于：所述压差输出单元还包括一个SCR和一个脉振指示灯，所述SCR的正极与二极管D1的负极和二极管D3的负极相连，所述SCR的负极与压差输出单元一输出端连接；所述脉振指示灯的一端与压差输出单元另一输出端连接，脉振指示灯的另一端与二极管D2的正极和二极管D4的正极相连。

4.根据权利要求1所述的水电站自动并网仪，其特征在于：所述电子开关单元包括电阻R3、电阻R4和三极管Q1、三极管Q2；所述电阻R3的一端与光耦合元件的一个输出端相连，三极管Q1的基极与光耦合元件的另一个输出端相连，所述三极管Q1的集电极与电阻R4的一端和三极管Q2的基极相 连，三极管Q1的发射极接地；所述电阻R3的另一端、电阻R4的另一端、三极管Q2的集电极都与电源输出端相连，三极管Q2的发射极与电子开关单元输出端相连。

5.根据权利要求1所述的水电站自动并网仪，其特征在于：所述延时控制单元包括一个延时计数芯片，所述延时计数芯片的电源端与电子开关单元的输出端相连，所述延时计数芯片的自动复位端使能，手动复位端去能，输出模式选择端为选择延时计数芯片输出端上电低电平模式，输出方式选择端为选择单定时输出方式，接地端接地，延时计数芯片输出端与延时控制单元输出端相连。

6.根据权利要求5所述的水电站自动并网仪，其特征在于：所述延时控制单元还包括一个电阻R5，所述电阻R5的一端与延时计数芯片输出端相连，所述电阻R5的另一端与延时控制单元的输出端相连。

7.根据权利要求1所述的水电站自动并网仪，其特征在于：所述继电输出单元包括继电器J、二极管D5、三极管Q3；所述三极管Q3的基极与延时控制单元输出端相连，所述三极管Q3发射极接地，所述三极管Q3集电极与继电器J的一个输入端和二极管D5的正极相连；继电器J的另一输入端和二极管D5的负极与电源输出端相连；合闸指示灯与继电器并联输入端，所述继电器两个输出端与继电输出单元的两个输出端分别连接。

8.根据权利要求1所述的水电站自动并网仪，其特征在于：所述电源包括变压器、二极管D6、二极管D7和稳压子单元，所述变压器的输入端由待入网发电机供电，变压器的输出端线圈中间部分接地，输出端线圈两端分别与二极管D6的正极、二极管D7的正极连接，二极管D6的负极和二极管D7的负极与稳压子单元的输入端相连，稳压子单元的输出端与电源输出端相连。

9.根据权利要求8所述的水电站自动并网仪，其特征在于：所述电源还包括一个电源指示灯，所述电源指示灯的一端与稳压子单元输出端相连，电 源指示灯的另一端接地。

10.根据权利要求8所述的水电站自动并网仪，其特征在于：所述稳压子单元还包括两个电容，所述电容C1的一端、电容C2的一端分别接在稳压子单元的输入端、输出端，电容C1的另一端和电容C2的另一端接地。