CN215333223U - 一种大型水轮机调速器失电及反馈故障保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种大型水轮机调速器失电及反馈故障保护系统，包括：调速器电源，用于向水轮机调速器进行供电；失电停机电磁阀，用于关闭导叶使水轮发电机组转至停机备用状态；失电控制模块，用于检测调速器电源供电故障，并控制失电停机电磁阀工作；PLC模块，用于检测导叶位移反馈故障，并控制失电停机电磁阀工作。本系统在提高了水轮机调速器可靠性和稳定性的同时又简化了控制回路，减少了水轮发电机组因调速器系统引起非正常停机的几率，满足了现代化水电厂无人值守少人值班的运行要求。

Description

一种大型水轮机调速器失电及反馈故障保护系统

技术领域

本实用新型属于水轮机调速器技术领域，尤其涉及一种大型水轮机调速器失电及反馈故障保护系统。

背景技术

水轮发电机的开机及转速、负荷控制均由水轮机调速器来完成的。水轮机调速器由交流及直流双电源实现冗余供电，在水轮发电机运行过程中，如果水轮机调速器电源消失(交流和直流电源均故障)，则水轮发电机组则失去控制系统。

若水轮机发电机在空载运行时，水轮机调速器失去导叶位移反馈信号时，则调节器不能检测导叶开度，控制失败，水轮机调速器系统保持当前状态，使水轮发电机组处于自由运行状。

以上两种状态均使水轮发电机组存在着失控的风险。

当前水轮机调节系统实现失电停机功能主要有两种方式：1、通过紧急停机电磁阀实现；2、通过调速系统的机械液压回路中的电液转换器(比例伺服阀)实现失电停机。

通过紧急停机电磁阀实现失电停机方法如下：水轮发电机组正常运行时，调速器紧急停机电磁阀始终带电，调速系统交/直流电源消失后，紧急停机电磁阀失电，水轮机调速器通过紧急停机电磁阀关闭导叶，实现停机功能。

通过调速器机械液压回路电液转换器实现失电停机方法如下：水轮机调速器自动运行时电液转换器(一般为比例伺服阀)一直带电，控制主配压阀开关功能，当调速器交/直流电源消失后电液转换器也会失电，此时电液转换器因为带有失电复位的功能，主配压阀控制在关方向，从而关闭导叶，实现停机。

以上两种控制原理基本相同，利用电磁阀或电液转换器失电复位功能控制主配压阀，减少硬件配置的同事也存在以下缺点：

a)紧急停机电磁阀长带电的话电磁阀线圈存在烧坏的风险，如果电磁阀线圈烧掉，则水轮发电机组就会被错误的停机；

b)水轮机调速器自动运行中如果出现PLC故障、继电器触点接触不良、切换阀卡阻等使电液转换器(比例伺服)失电的故障，则水轮发电机就会被错误的停机；

c)水轮发电机组在负载工况下运行，当出现错误停机或者失电停机时，这两种方式均不能判断水轮发电机的运行工况，如果在关机过程中发电机没有及时从电网解列，使发电机从电网吸收有功从而进入调相运行。

d)不论是通过紧急停机电磁阀还是通过电液转换器，实现失电停机，都会对水轮机调速器正常控制性能造成干扰。如比例阀在自动运行时要一直带电，则会增大主配磨损、增加调速系统压力油耗等。

实用新型内容

本实用新型提供一种大型水轮机调速器失电及反馈故障保护系统，旨在解决上述存在的问题。

本实用新型是这样实现的，一种大型水轮机调速器失电及反馈故障保护系统，包括：

调速器电源，用于向水轮机调速器进行供电；

失电停机电磁阀，用于关闭导叶使水轮发电机组转至停机备用状态；

失电控制模块，用于检测调速器电源供电故障，并控制失电停机电磁阀工作；

PLC模块，用于检测导叶位移反馈故障，并控制失电停机电磁阀工作。

进一步的，所述调速器电源包括交流电源和直流电源，所述交流电源和直流电源并联供电。

进一步的，所述失电控制模块包括电源检测继电器和断路器检测回路和保护切换回路，所述电源检测继电器用于检测调速器电源状态，所述断路器检测回路用于检测水轮发电机组出口断路器状态；

进一步的，所述失电控制模块还包括充放电电容和保护切换回路，当调速器电源正常供电时，通过保护切换电路，调速器电源对充放电电容进行充电，且失电停机模块的正常电源输出端得电；当调速器电源供电故障时，通过保护切换电路，充放电电容与失电停机模块的失电停机控制端子形成通路，充放电电容放电。

进一步的，所述失电停机控制端子的输入端串联电源检测继电器的常闭触点，所述充放电电容并联在所述失电停机控制端子和电源检测继电器的常闭触点外围。

进一步的，当所述PLC模块检测到导叶位移反馈故障，通过第一开关量输出端子控制停机联锁继电器，使失电停机电磁阀工作。

进一步的，当所述PLC模块检测到导叶位移反馈正常，通过第二开关量输出端子控制停机联锁复归继电器，使失电停机电磁阀复归。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型重新设计了水轮机调速器的失电停机和空载导叶位移反馈故障后的控制系统，通过失电停机模块、失电停机电磁阀、电气控制回路及导叶位移反馈故障控制，构成了一套完整、简洁、可靠的水轮机调速器失电及反馈故障控制系统。本系统在提高了水轮机调速器可靠性和稳定性的同时又简化了控制回路，减少了水轮发电机组因调速器系统引起非正常停机的几率，满足了现代化水电厂无人值守少人值班的运行要求。这种水轮机调速器失电及反馈故障控制系统已经在贵州光照水电厂投入使用，且通过了电科院的实验考核验证。

附图说明

图1为本实用新型电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种大型水轮机调速器失电及反馈故障保护系统，包括：调速器电源、失电停机电磁阀、失电控制模块和PLC模块。

其中，调速器电源用于向水轮机调速器进行供电，失电停机电磁阀用于关闭导叶使水轮发电机组转至停机备用状态，失电控制模块用于检测调速器电源供电故障，并控制失电停机电磁阀工作；PLC模块用于检测导叶位移反馈故障，并控制失电停机电磁阀工作。

调速器电源包括交流电源和直流电源，交流电源和直流电源并联供电。

具体地，失电控制模块包括电源检测继电器和断路器检测回路和保护切换回路，电源检测继电器用于检测调速器电源状态，断路器检测回路用于检测水轮发电机组出口断路器状态；失电控制模块还包括充放电电容和保护切换回路，当调速器电源正常供电时，通过保护切换电路，调速器电源对充放电电容进行充电，且失电停机模块的正常电源输出端得电；当调速器电源供电故障时，通过保护切换电路，充放电电容与失电停机模块的失电停机控制端子形成通路，充放电电容放电。失电停机控制端子的输入端串联电源检测继电器的常闭触点，充放电电容并联在失电停机控制端子和电源检测继电器的常闭触点外围。

当PLC模块检测到导叶位移反馈故障，通过第一开关量输出端子控制停机联锁继电器，使失电停机电磁阀工作。

当PLC模块检测到导叶位移反馈正常，通过第二开关量输出端子控制停机联锁复归继电器，使失电停机电磁阀复归。

本实用新型公开的水轮机调速器失电及反馈故障控制系统采用了独立的失电控制模块和失电停机磁阀，失电控制模块由大容量充放电电容、电源检测继电器、断路器检测回路、保护切换回路等组成。

当水轮机调速器电源系统正常时，通过调速器电源给失电控制模块的储能电容充电，失电控制模块检测到调速器系统电源正常则会切断放电回路，失电停机电磁阀处于复归位置，调速器系统正常工作。

当水轮机调速器电源系统故障、发电机在空载工况，则失电控制模块向失电停机电磁阀供电，失电停机电磁阀切至投入位置，调速器系统主配压阀向导叶接力器关机腔输送压力，导叶关闭，完成失电停机过程，并且通过位置开关输出水轮机调速器失电停机信号。

失电停机电磁阀除了通过失电控制模块控制外，还能通过PLC输出信号控制；当水轮发电机在空载工况运行过程中出现导叶位移反馈故障时，PLC退出对电液转换器的正常控制逻辑，PLC输出停机联锁命令控制此失电停机电磁阀关闭导叶，将水轮机调速器切至停机备用状态；避免在开环控制电液转换器(比例伺服阀)造成超速或接力器抽动的问题。

实施例2

请参阅图1，本套水轮机调速器失电及反馈故障控制系统主要控制回路在调速器电气系统，调速器机械液压系统的断电停机电磁阀作为被控制对象配合电气控制回路实现整个控制功能。本系统由失电停机模块、失电投机功能投入开关、失电停机电磁阀、停机联锁投/退继电器以及PLC组成。

该系统的主控单元有电气控制回路、PLC，被控制单元为失电停机电磁阀。电气控制回路主要由失电停机模块AP212、失电停机功能投退开关QF212、和水轮发电机出口断路器常闭辅助触点GCB102组成，电气控制回路实现了失电停机功能。导叶位移反馈故障保护是由PLC逻辑控制部分实现的。电气控制回路和PLC控制回路最终控制失电停机电磁阀，实现了水轮机调速器失电停机及反馈故障保护控制。

当水轮机调速器电源正常时，交流开关电源AP151:12输出的DC24V和直流开关电源AP152:12输出的DC24V同时向断电停机模块AP212供电，交流开关电源和直流开关电源输出AP151:16的0V并联。

断电停机模块AP212检测到任何一路DC24V电源正常，则通过内部控制继电器断开失电停机控制端子AP212:9与储能电容之间的电路；

当断电停机模块AP212检测到交/直流两路开关电源输出的DC24V电源均消失，则通过内部控制继电器接通失电停机控制端子AP212:9与储能电容之间的电路，储能电容放电。

如果失电停机功能开关QF212闭合，发电机出口断路器GCB102常闭触点闭合(发电机在空载工况)，则失电停机电磁阀112EV与失电停机模块中的储能电容行程了通路，失电停机电磁阀动作，水轮机导叶被关闭。

在水轮机调速器电源回复正常，失电停机模块AP212的正常电源输出端AP212:3得电，失电停机控制端子AP212:9与储能电容之间的电路被断开，当PLC检测到导叶位移反馈正常或调速器断路器在闭合位置，则通过PLC的开关量输出端子UDM141:X11:38控制停机联锁复归继电器KR688，使开关KR688:12和KR688:8闭合，失电停机电磁阀112EV复归，水轮机调速器系统恢复正常控制。

水轮发电机在空载工况运行，水轮机调速器处于空载控制模式，当调速器PLC检测到导叶位移反馈故障，PLC由空载控制模式切换至停机备用模式，同时为了导叶反馈向PLC提供错误的位置信号切除调速器机械液压系统的电气转换器(比例伺服阀)控制回路。当PLC进入停机过程后，通过开关量输出端子UDM141:X11:37控制停机联锁继电器KR687，通过停机联锁继电器的常开触点KR687:12和KR687:8，控制失电停机电磁阀投入，调速器水轮机导叶关闭，完成停机过程，发电机和调速器均转至停机备用模式。

本实用新型公开的水轮机调速器失电及反馈故障控制系统的机械液压系统电磁阀只有一个，通过电气回路和PLC控制回路，当水轮机调速器系统失电后，通过失电停机模块AP212控制失电停机电磁阀112EV实现失电停机功能；当导叶位移反馈故障后通过PLC输出信号控制失电停机电磁阀112EV实现导叶位移反馈故障控制。

失电停机电磁阀投入后，水轮机调速器机械液压系统失电停机动作位置开关SQ452动作。失电停机电磁阀由于调速器失电动作时，调速器停机备用继电器KR660没有动作，所以通过对外接线端子XT161:15和XT161:16输出失电停机动作信号至电厂监控系统。当失电停机电磁阀因导叶反馈故障投入，因此时调速器已处于停机备用模式，所以停机备用继电器KR660动作，KR660:9和KR660:1常闭触点断开，切除了失电停机对外输出信号。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大型水轮机调速器失电及反馈故障保护系统，其特征在于，包括：

调速器电源，用于向水轮机调速器进行供电；

失电停机电磁阀，用于关闭导叶使水轮发电机组转至停机备用状态；

失电控制模块，用于检测调速器电源供电故障，并控制失电停机电磁阀工作；

PLC模块，用于检测导叶位移反馈故障，并控制失电停机电磁阀工作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述调速器电源包括交流电源和直流电源，所述交流电源和直流电源并联供电。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述失电控制模块包括电源检测继电器和断路器检测回路和保护切换回路，所述电源检测继电器用于检测调速器电源状态，所述断路器检测回路用于检测水轮发电机组出口断路器状态。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述失电控制模块还包括充放电电容和保护切换回路，当调速器电源正常供电时，通过保护切换电路，调速器电源对充放电电容进行充电，且失电停机模块的正常电源输出端得电；当调速器电源供电故障时，通过保护切换电路，充放电电容与失电停机模块的失电停机控制端子形成通路，充放电电容放电。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述失电停机控制端子的输入端串联电源检测继电器的常闭触点，所述充放电电容并联在所述失电停机控制端子和电源检测继电器的常闭触点外围。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：当所述PLC模块检测到导叶位移反馈故障，通过第一开关量输出端子控制停机联锁继电器，使失电停机电磁阀工作。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：当所述PLC模块检测到导叶位移反馈正常，通过第二开关量输出端子控制停机联锁复归继电器，使失电停机电磁阀复归。

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