CN205265141U - 低压机组智能一体化控制屏及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低压机组智能一体化控制屏及其控制系统，包括柜体，所述柜体外设有玻璃外门和位于玻璃外门后的内元件安装门，所述内元件安装门从上到下一次包括仪表显示区、控制区、检修门；所述仪表显示区上设有多个仪表，所述控制区设有多个指示灯和控制钮，所述检修门设有多个电源开关、保护压板、停机压板；所述柜体包括前安装板和后安装板，所述前安装板采用屏蔽干扰的镀锌钢板，所述前安装板上安装二次元件，所述后安装板上安装一次元件。控制系统包括可编程控制器、微机励磁装置和嵌入式人机。本实用新型投资成本低、机组利率高、电站智能化、自动化效果强的优点。

Description

低压机组智能一体化控制屏及其控制系统

技术领域

本实用新型涉及控制屏，尤其涉及一种低压机组智能一体化控制屏及其控制系统。

背景技术

我国的农村小水电站大多建在偏远山区，已建的小水电站约五万余座，一般的发电机机端电压为400V，功率在1000KW以下。改革开放以来，小水电发展迅速，经过二三十年的运行，设备均已老化，并且在当时的技术环境下控制屏为人工全手动控制，不方便操作。

2003年，水利部颁布《农村水电技术现代化指导意见》后，市面上小水电的自动控制屏大致可划分为三类：

一、配置较高，采用高压机组的配置。由可编程控制器(PLC)、微机保护装置、微机励磁装置、自动准同期装置等，布局相对复杂，通常由2-3面屏来配合控制。这种高配置占地面积大，不利于产品布置，且人工操作不便。

二、配置简单，通常称之为“三合一”屏。此屏具有简单保护功能(过流、过压)、甩负荷自动关机、半自动同期等，不能自动调节功率并且不能进行编程实现顺序控制。这种简单配置，人工劳动强度大、效率低，并且容易因人工失误带来更大的损失。

三、采用单片机以功能仪表组合的方式组成控制装置然后组屏。此屏具有保护、励磁、顺控、简单调频、同期等功能，对辅机设备有较高要求。

除了解决上述不足外，实现真正意义上的无人值守。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种投资成本低、机组利率高、电站智能化、自动化效果强的低压机组智能一体化控制屏及其控制系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种低压机组智能一体化控制屏，包括柜体，所述柜体外设有玻璃外门和位于玻璃外门后的内元件安装门，所述内元件安装门从上到下一次包括仪表显示区、控制区、检修门；所述仪表显示区上设有多个仪表，所述控制区设有多个指示灯和控制钮，所述检修门设有多个电源开关、保护压板、停机压板；所述柜体包括前安装板和后安装板，所述前安装板采用屏蔽干扰的镀锌钢板，所述前安装板上安装二次元件，所述后安装板上安装一次元件。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述仪表显示区上依次安装了电网电压表、电网频率表、整步表、机端电压表、机端频率表、机端电流表、有功功率表、功率因数表、励磁电压表、励磁电流表、自动同期装置、温度巡检仪；所述控制区依次安装了开机准备灯、储能指示灯、断路器位置指示灯、励磁开关位置指示灯、报警蜂鸣器、紧急停机按钮、复归按钮、储能按钮、同期方式旋钮、嵌入式人机界面、机组控制旋钮、断路器控制旋钮、调速器模式旋钮、开度控制旋钮、微机励磁装置；检修门上依次安装了网电电源开关、机端电源开关、控制电源开关、电源开关、电气保护跳闸压板、电气保护停机压板、机组温度过高停机压板、事故低油压停机压板。

所述调速器模式旋钮设有手动模式。

所述前安装板上电度表、中间继电器、可控硅功率元件；后安装支架从上到下安装了隔离刀闸、电动机储能断路器、电流互感器。

一种上述的低压机组智能一体化控制屏的控制系统，包括可编程控制器、微机励磁装置和嵌入式人机，所述可编程控制器安装于前安装板上，所述可编程控制器与微机励磁装置、嵌入式人机、一次元件、二次元件以及仪表显示区、控制区、检修门连接，所述嵌入式人机与以太网连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型在一面屏中具有“调速、励磁、水位控制、自动调功、保护、同期、一次回路”七个功能，具有较高的集成度，并采用了最新的计算机硬件、软件及网络技术，使产品自动化水平达到最高水平，系统运行后，可达到少人值守或无人值守。本实用新型简单、方便，硬件、软件采用模块化、结构化设计，既便于设备的扩充，又利于功能的增加和系统扩大规模。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型控制系统的结构示意图。

图例说明：

1、包括柜体；2、区；3、控制区；4、检修门。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

如图1和图2所示，本实施例的低压机组智能一体化控制屏，包括柜体1，柜体外设有玻璃外门和位于玻璃外门后的内元件安装门，内元件安装门从上到下一次包括仪表显示区2、控制区3、检修门4；仪表显示区2依次安装了电网电压表PV1、电网频率表PF1、整步表S、机端电压表PV2、机端频率表PF2、机端电流表PA、有功功率表PW、功率因数表PPF、励磁电压表PVL、励磁电流表PAL、自动同期装置ZTQ、温度巡检仪WP。控制区3依次安装了开机准备灯HW、储能指示灯HY、断路器位置指示灯HRG、励磁开关位置指示灯HR、报警蜂鸣器HAS、紧急停机按钮SE、复归按钮SR、储能按钮SC、同期方式旋钮SAS、嵌入式人机界面HMI、机组控制旋钮SA1、断路器控制旋钮SAC、调速器模式旋钮SA2、开度控制旋钮SA3、微机励磁装置AVR，其中调速器模式旋钮设有手动模式。。检修门4依次安装了开机准备灯HW、储能指示灯HY、断路器位置指示灯HRG、励磁开关位置指示灯HR、报警蜂鸣器HAS、紧急停机按钮SE、复归按钮SR、储能按钮SC、同期方式旋钮SAS、嵌入式人机界面HMI、机组控制旋钮SA1、断路器控制旋钮SAC、调速器模式旋钮SA2、开度控制旋钮SA3、微机励磁装置AVR。柜体包括前安装板和后安装板，前安装板采用屏蔽干扰的镀锌钢板，前安装板上安装电度表、中间继电器、可控硅功率元件等二次元件，后安装板上安装HD11隔离刀闸、DW15电动机储能断路器、电流互感器等一次元件。

本实施例采用PK屏柜体(PK屏体使用于控制屏、保护屏及直流屏，广泛用于电站、电厂、变电站作为控制设备、自动化装置、保护装置等设备上)，后门开百叶窗散热孔，两侧安装有侧板。前安装板采用整块2mm厚镀锌钢板于后安装支架各类开，将后安装支架上大电流元件产生的干扰屏蔽。发电机电缆从柜体底部进入屏柜，出线可采用电缆出线亦可采用母排出线均预留出口。

本实施例的上述权利要求4的低压机组智能一体化控制屏的控制系统，包括可编程控制器、微机励磁装置和嵌入式人机，可编程控制器安装于前安装板上，可编程控制器与液压站数字阀连接，可编程控制器与微机励磁装置、嵌入式人机、一次元件、二次元件以及仪表显示区2、控制区3、检修门4连接，嵌入式人机与以太网连接。

本实用新型在一面屏中具有“调速、励磁、水位控制、自动调功、保护、同期、一次回路”七个功能，具有较高的集成度，并采用了最新的计算机硬件、软件及网络技术，使产品自动化水平达到国内最高水平。系统投入运行后，可达到少人值守或无人值守。一台机组配置一面屏柜，简单、方便、集成度高。本实用新型主要用于额定电压400V、单机容量1000KW及以下的水轮发电机组。本实用新型系统硬件、软件采用模块化、结构化设计，既便于设备的扩充，又利于功能的增加和系统扩大规模。本实用新型具体包含下列功能：1)、按水位自动开、停机；2)、事故停机；3)、自动调频、调功；4)、自动增励、减励；5)、自动同期并网；6)、发电机保护功能(过电流、过负荷、过电压、低电压、超温保护、过速、低频等)；7)、发电机自动测量功能(三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、频率、COSψ、有功电度、无功电度、发电机温度等)；8)、按水位高低控制水轮发电机输出功率；9)、保留常规手动操作及常规仪表；10)、一台一体自动化控制屏配上计算机，可组成网络，完成电站的集中管理、集中控制、数据记录、查询打印等，多个水电站可接受调度中心的远距离控制与调度，实现无人值守或少人值守。

本实施例的具体控制方法是：

1)自动开机并网、停机

一键自动开机并网：将中同期方式旋钮SAS旋转至自动模式，合上励磁开关，开机准备灯HW长亮后再将机组控制旋钮SA1旋转至开机停留2秒后松开，此时开机准备灯HW闪亮，机组自动开机至并网发电。

一键自动停机：机组处于发电状态时将机组控制旋钮SA1旋转至停机停留2秒后松开，机组开始自动减有功功率和无功功率，当功率减少至设定的停机功率时自动分断路器后停机。水位自动开机并网：当机组处于开机准备就绪状态后，水位到达自动开机高度，发出开机指令。

水位自动停机：当机组处于并网发电状态时，水位降低至自动停机机高度，发出停机机指令。

2)自动调功

用户可以根据自己的要求，选择以下模式：

模式一：水位信号分成四档输入微机控制器，用户在水库或前池中安装相应的液位开关，反映水位的高低位置。在高水位时，控制机组满负荷发电，以取得良好的经济基础；在中水位时(二档)，将自动减少输出功率至设定值；在低水位时，自动停机，以利于水库水量的合理利用。

模式二：有功的调节是根据用户整定的功率值，装置自动调节水轮机导叶，使功率稳定在整定值，当水位下降到一定的时候，发电机的功率也要跟着下降，这时系统将要开大导叶，当导叶行程到达上限后，导叶还在开大，系统将输出报警信号，若水位仍然处于下降状态，发电机的功率随着下降到整定值一半以下时，系统将启动保护，跳开断路器；并且迅速关小水轮机的开度，作停机处理。

模式三：根据4-20mA连续水位探测器的信号，自动调节功率，水位在上限时满负荷发电，水位在下限时自动停机，中间由水位的高度差分五段，自动调节功率。

3)自动调频

按PID规律对频差进行运算，产生具有PID规律的调节信号，实现频率、开度和功率多种调节模式，实现开停机操作和电气开限等功能。

本实施例主要技术性能及主要参数：

1)技术性能

本调速器技术性能符合国家“水轮机调速器及油压装置技术条件”GB/T9652.1-1997的要求，主要性能指标如下：

转速死区i^x＜0.08％

导叶静态特性曲线非线性度＜3％

甩25％负荷时，导叶接力器不动时间tq＜0.2秒

机组自动空载频率摆动值Δf＜±0.25％

备用电源切换、手自动切换时导水叶开度变化＜±1％

机组带稳定负荷运行时，导叶波动＜±1％

调速器无故障运行时间MTBT≮18000小时

调速器抗油污能力：滤油精度＜80μm

2)调节参数：

(1)永态转差系数bp：通过触摸式图形操作终端修改，可调范围为0～10％。

(2)暂态转差系数bt：通过触摸式图形操作终端修改，可调范围为5～150％

(3)缓冲时间常数Td：通过触摸式图形操作终端修改，可调范围为1～20秒。

(4)加速时间常数Tn：通过触摸式图形操作终端修改，可调范围为0～2.0秒。

(5)水头H：通过触摸式图形操作终端修改。

此调频功能实际上是将微机调速器的所有功能集成至本实用新型，调速器是水轮发电机组的一种重要的辅机设备。

电气手动操作：将调速器模式旋钮SA2旋转至手动模式后，通过旋转开度控制旋钮SA3来增减导水机构的开闭程度，其开度可以在人机界面上可以直观的看到。与此同时要注意观察机组的频率或转速，控制其频率或转速在额定范围之内。频率或转速亦可在人机界面上看到。

自动操作：将调速器模式旋钮SA2旋转至自动模式后才能接受系统发出的开机、停机、增功、减功、自动调频等功能。

4)手动控制功能

本屏柜除了先进、智能的自动化控制功能外还保留了纯手动控制功能，包括手动开机、停机、手动并网、手动起励、手动增减功率等功能。

手动开停机：将调速器模式旋钮SA2旋转至手动模式后，旋转开度控制旋钮SA3至增加，导水机构打开，当机组转速上升到额定转速开机完成；旋转开度控制旋钮SA3至减少，导水机构关闭，开度关至零后，机组转速缓慢下降零，停机完成。

手动起励：通过手动或自动开机，使机组转速达到额定转速，合上励磁开关后，按下微机励磁装置AVR上的起励按钮，机组将自动将电压调节至额定值。

手动并网：机组起励后，按下储能按钮SC，断路器储能完成，将同期方式旋钮SAS旋转至手动模式，观察系统电压表PV1与机端电压表PV2、系统频率表PF1与机端频率表PF2之间的差值，电压差小于10V，频率差小于0.2Hz后观察整步表S指示是否有指向同步位置的趋势，当整步表S的指针往同步位置是迅速旋转断路器控制旋钮SAC至合闸位置，断路器位置指示灯HRG由绿色变为红色手动并网完成。

手动增减功率：机组并网发电后，通过旋转开度控制旋钮SA3来调节有功功率的增减，按下微机励磁装置AVR上的增励、减励来增减无功功率。

5)组网功能

屏柜配置了以太网接口，与后台机相连，亦可以多台机组同时联接，组成一个现地控制网络。在后台机上，可以远距离操作与控制各台水轮发电机组；实时显示各机组的运行状况；将各台机组发电的电气量组成表格，打印数据；绘制运行参数的负荷曲线；事故记录及打印；历史数据召唤；电量的累加计算与统计等功能。

6、远方调度功能

后台监控计算机通过网络与各级调度中心相连，实现远程调度将水电站的各种参数(测量，机组运行状况，保护的动作情况，开关的分闸、合闸)传至调度中心，同时可以接受远方调度的各种控制。

上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种低压机组智能一体化控制屏，包括柜体(1)，所述柜体(1)外设有玻璃外门和位于玻璃外门后的内元件安装门，其特征在于，所述内元件安装门从上到下一次包括仪表显示区(2)、控制区(3)、检修门(4)；所述仪表显示区(2)上设有多个仪表，所述控制区(3)设有多个指示灯和控制钮，所述检修门(4)设有多个电源开关、保护压板、停机压板；所述柜体(1)包括前安装板和后安装板，所述前安装板采用屏蔽干扰的镀锌钢板，所述前安装板上安装二次元件，所述后安装板上安装一次元件。

2.根据权利要求1所述的低压机组智能一体化控制屏，其特征在于，所述仪表显示区(2)上依次安装了电网电压表、电网频率表、整步表、机端电压表、机端频率表、机端电流表、有功功率表、功率因数表、励磁电压表、励磁电流表、自动同期装置、温度巡检仪；所述控制区(3)依次安装了开机准备灯、储能指示灯、断路器位置指示灯、励磁开关位置指示灯、报警蜂鸣器、紧急停机按钮、复归按钮、储能按钮、同期方式旋钮、嵌入式人机界面、机组控制旋钮、断路器控制旋钮、调速器模式旋钮、开度控制旋钮、微机励磁装置；检修门(4)上依次安装了网电电源开关、机端电源开关、控制电源开关、电源开关、电气保护跳闸压板、电气保护停机压板、机组温度过高停机压板、事故低油压停机压板。

3.根据权利要求2所述的低压机组智能一体化控制屏，其特征在于，所述调速器模式旋钮设有手动模式。

4.根据权利要求2或3所述的低压机组智能一体化控制屏，其特征在于，所述前安装板上电度表、中间继电器、可控硅功率元件；后安装支架从上到下安装了隔离刀闸、电动机储能断路器、电流互感器。

5.一种上述权利要求4所述的低压机组智能一体化控制屏的控制系统，其特征在于，包括可编程控制器、微机励磁装置和嵌入式人机，所述可编程控制器安装于前安装板上，所述可编程控制器与微机励磁装置、嵌入式人机、一次元件、二次元件以及仪表显示区(2)、控制区(3)、检修门(4)连接，所述嵌入式人机与以太网连接。