一種用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統的製作方法

2023-12-11 14:04:17

一種用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提出一種用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統。包括：輸電系統電網(1)；市電網(2)；與輸電系統電網(1)連接的主變壓器(3)；與主變壓器(3)和市電網(2)連接的第一雙電源自動轉換開關(4)；與第一雙電源自動轉換開關(4)連接的直流充電裝置(5)；與直流充電裝置(5)連接的直流電蓄電池組(6)；與直流電蓄電池組(6)連接的逆變器(7)；與逆變器(7)和第一雙電源自動轉換開關(4)連接的第二雙電源自動轉換開關(8)；發電機組的電氣保護控制單元(9)，與第二雙電源自動轉換開關(8)連接；發電機組(10)或發電機組輔助設備(11)，與發電機組的電氣保護控制單元(9)連接。
【專利說明】—種用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及發電【技術領域】，更具體地，涉及一種用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統。

【背景技術】
[0002]水電站是將水能轉換為電能的綜合工程設施。一般包括由擋水、洩水建築物形成的水庫和水電站引水系統、發電廠房、機電設備等。水庫的高水位水經引水系統流入廠房推動水輪發電機組發出電能，再經升壓變壓器、開關站和輸電線路輸入電網。發電機組的電氣保護控制單元的主要作用就是保護控制機組的安全。
[0003]圖1為現有技術中發電機組的電氣保護控制單元的供電過程示意圖。
[0004]如圖1所示，現有技術中機組的電氣保護控制單元是由輸電系統電網支持的。此時保護控制系統的路徑是:「輸電系統電網(I)一.^主變壓器(2)和廠用變壓器(3)—.^發電機組的電氣保護控制單元(4)一.^發電機組(5)和發電機組輔助設備(6)」。
[0005]這種運行方式的缺點包括:
[0006](I)、安全性差。當輸電系統電網、主變壓器或者廠用變壓器發生故障時，就會使發電機組的電氣保護控制單元和發電機組輔助設備失去電源供應，從而嚴重危害機組運行安全和人民群眾的生命財產安全。
[0007](2)、經濟效益差。需要購置廠用變壓器來滿足發電機組的電氣保護控制單元和發電機組輔助設備電源的供應，增加電站投資成本、運行成本和維護成本，還留下廠用變壓器事故等安全隱患，甚至引起發電機組的電氣保護控制單元因電源消失而失效的重大電氣事故。
[0008](3)、自主性差。當輸電系統電網電源供應中斷或者主變壓器和廠用變壓器發生故障時，因為沒有電源供應給發電機組輔助設備，所以進水口閘門、進水口閘閥、水輪機電動導水機構、油壓裝置、氣壓裝置、剎車裝置、抽水泵和大壩啟閉機等等電氣設備都不能夠正常開啟或者關閉，當然也就不能夠啟動發電機組和併網發電，造成完全依賴輸電系統電網等被動局面。因此，水電站能不能夠發電的自主性就差，自我保護的自主性也就更差。
[0009](4)、應急性差。當自然災害發生時，水電站往往特別需要應急電源來處理一些緊急事故，如啟動抽水泵排水防止水淹車間事故，開啟大壩啟閉機放水防止發生大壩垮塌事故等等，所以容易釀成重大的財產損失和人員傷亡事故。
實用新型內容
[0010]本實用新型實施方式提出一種用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統，從而降低成本並且提高運行安全性。
[0011]本實用新型實施方式的技術方案如下:
[0012]一種用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統，包括:
[0013]輸電系統電網(I)，用於提供主變壓器電源；
[0014]市電網(2)，用於提供第一廠用電源；
[0015]與輸電系統電網(I)連接的主變壓器(3)，用於提供第二廠用電源；
[0016]與主變壓器(3)和市電網(2)連接的第一雙電源自動轉換開關(4)，用於在市電網(2)提供的第一廠用電源和主變壓器(3)提供的第二廠用電源之間執行雙電源自動轉換，其中市電網(2)提供的第一廠用電源的供電路徑處於工作狀態，而主變壓器(3)提供的第二廠用電源的供電路徑處於熱備用狀態；
[0017]與第一雙電源自動轉換開關⑷連接的直流充電裝置(5)，用於將第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源的交流電轉變為直流電；
[0018]與直流充電裝置(5)連接的直流電蓄電池組(6)，用於儲備直流電；
[0019]與直流電蓄電池組(6)連接的逆變器(7)，用於將直流電蓄電池組(6)所儲備的直流電轉變為工頻交流電以充當第三廠用電源；
[0020]與逆變器(7)和第一雙電源自動轉換開關(4)連接的第二雙電源自動轉換開關
(8)，用於在逆變器(7)提供的第三廠用電源和第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源之間執行雙電源自動轉換，其中第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源的供電路徑處於工作狀態，而逆變器(7)提供的第三廠用電源的供電路徑處於熱備用狀態；
[0021]發電機組的電氣保護控制單元(9)，與第二雙電源自動轉換開關⑶連接，用於保護和控制發電機組(10)或發電機組輔助設備(11)；
[0022]發電機組(10)或發電機組輔助設備(11)，與發電機組的電氣保護控制單元(9)連接。
[0023]優選地，所述發電機組輔助設備(11)包括進水口閘門、進水口閘閥、水輪機電動導水機構、油壓裝置、氣壓裝置、剎車裝置、抽水泵和大壩啟閉機。
[0024]優選地，所述逆變器(7)為有源逆變器或無源逆變器。
[0025]由此可見，本實用新型中，利用原電氣保護控制單元，保留和繼承了原電氣保護控制功能，而且只需簡易加裝第一雙電源自動轉換開關(4)、直流電充電裝置(5)、直流電蓄電池組(6)、逆變器(7)和第二雙電源自動轉換開關(8)就能實現發電機組的電氣保護控制單元的顯著改進。此設計的特點是安全和高效。既保證機組安全，又節約水電站投資、運行和維護成本，適用於各種發電機組的電氣保護控制單元，特別是輸電系統電網非常不穩定的水電站或者排澇站等等。當然，經常發生自然災害而嚴重危害社會公共安全的和生命財產安全的水電站或者有防洪要求的排澇站、山塘和水庫等等，尤為適用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是現有技術中發電機組的電氣保護控制單元的供電過程示意圖；
[0027]圖2是本實用新型中用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統結構圖；
[0028]圖3是實用新型發電機組保護線路圖。

【具體實施方式】
[0029]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述。
[0030]在本實用新型中，由單一的輸電系統電網(I)供應電源改為由輸電系統電網(I)、市電網(2)和逆變器(7)供應電源，節省了廠用變壓器，從而節約投資、運行和維護成本。
[0031]本實用新型中，利用原有的電氣保護控制單元，保留和繼承了原電氣保護控制功能(在此不再贅述)，而且只需簡易加裝第一雙電源自動轉換開關(4)、直流電充電裝置
(5)、直流電蓄電池組￠)、逆變器(7)和第二雙電源自動轉換開關(8)就能實現發電機組的電氣保護控制單元的顯著改進。
[0032]本實用新型的特點是安全和高效。既保證機組安全，又節約水電站投資、運行和維護成本。適用於各種發電機組的電氣保護控制單元，特別是輸電系統電網非常不穩定的水電站或者排澇站等等。當然，經常發生自然災害而嚴重危害社會公共安全的和生命財產安全的水電站或者有防洪要求的排澇站、山塘和水庫等等，尤為適用。
[0033]圖2是本實用新型中用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統結構圖。
[0034]如圖2所示，發電機組的電氣保護控制單元，包括:
[0035]輸電系統電網(I)，用於提供主變壓器電源；也就是為主變壓器(3)提供輸入電源；
[0036]市電網(2)，用於提供第一廠用電源；
[0037]與輸電系統電網(I)連接的主變壓器(3)，用於提供第二廠用電源；也就是針對輸電系統電網(I)所提供的輸入電源執行降壓操作，轉換為適合廠用的第二廠用電源；
[0038]與主變壓器(3)和市電網⑵連接的第一雙電源自動轉換開關(4)，用於在市電網
(2)提供的第一廠用電源和主變壓器(3)提供的第二廠用電源之間執行雙電源自動轉換，其中市電網(2)提供的第一廠用電源的供電路徑處於工作狀態，而主變壓器(3)提供的第二廠用電源的供電路徑處於熱備用狀態；也就是說，市電網(2)提供的第一廠用電源作為常用電源，主變壓器(3)提供的第二廠用電源作為備用電源。當市電網(2)提供的第一廠用電源突然故障或停電時，第一雙電源自動轉換開關(4)自動轉換到主變壓器(3)提供的第二廠用電源。
[0039]與第一雙電源自動轉換開關(4)連接的直流充電裝置(5)，用於將第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源的交流電轉變為直流電；也就是說，在市電網(2)提供的第一廠用電源正常工作時，直流充電裝置(5)用於將市電網(2)提供的第一廠用電源的交流電轉換為直流電；在市電網(2)提供的第一廠用電源出現故障或停電時，第一雙電源自動轉換開關(4)自動轉換到主變壓器(3)提供的第二廠用電源，此時直流充電裝置(5)用於將主變壓器(3)提供的第二廠用電源的交流電轉換為直流電。
[0040]與直流充電裝置(5)連接的直流電蓄電池組(6)，用於儲備直流電；
[0041]與直流電蓄電池組(6)連接的逆變器(7)，用於將直流電蓄電池組(6)所儲備的直流電轉變為工頻交流電以充當第三廠用電源；
[0042]與逆變器(7)和第一雙電源自動轉換開關(4)連接的第二雙電源自動轉換開關
(8)，用於在逆變器(7)提供的第三的廠用電源和第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的的廠用電源之間執行雙電源自動轉換，其中第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源的供電路徑處於工作狀態，而逆變器(7)提供的第三廠用電源的供電路徑處於熱備用狀態；也就是說，第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源作為常用電源，逆變器(7)提供的第三廠用作為備用電源。當第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源突然故障或停電時，第二雙電源自動轉換開關(4)自動轉換到逆變器(7)提供的第三廠用電源。
[0043]發電機組的電氣保護控制單元(9)，與第二雙電源自動轉換開關⑶連接，用於保護和控制發電機組(10)及發電機組輔助設備(11)；
[0044]發電機組(10)或發電機組輔助設備(11)，與發電機組的電氣保護控制單元(9)連接。
[0045]在圖2中，市電網(2)提供第一廠用電源的供電路徑和第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源處於工作狀態，而主變壓器(3)提供的第二廠用電源和逆變器
(7)提供的第三廠用電源的供電路徑處於熱備用狀態。當市電網(2)提供的第一廠用電源或者第一雙電源自動轉換開關(4)提供的廠用電源的供電路徑出現故障時，主變壓器(3)提供的第二廠用電源或者逆變器(7)提供的第三廠用電源的供電路徑可以提供電源功能。
[0046]逆變器(7)用於把直流電能(電池、蓄電瓶)轉變成交流電(一般為220V，50Hz正弦波)，它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。按照源流性質進行劃分，逆變器(7)可以包括
[0047](I)、有源逆變器:是使電流電路中的電流，在交流側與電網連接而不直接接入負載的逆變器；
[0048](2)、無源逆變器:使電流電路中的電流，在交流側不與電網連接而直接接入負載(即把直流電逆變為某一頻率或可調頻率的交流電供給負載)的逆變器。
[0049]第一雙電源自動轉換開關(4)和第二雙電源自動轉換開關(8)的用途，簡單來說就是一路常用一路備用，當常用電突然故障或停電時，通過雙電源自動轉換開關，自動投入到備用電源上。在這裡，市電網(2)和第一雙電源自動轉換開關(4)提供的廠用電源作為主用電源，而主變壓器(3)提供的廠用電源和逆變器(7)提供的廠用電源作為備用電源。
[0050]結合上述說明，對本實用新型進行分析，其中:
[0051]1、技術分析:因為沿用發電機組的電氣保護控制單元和發電機組輔助設備，只是改為市電網和逆變器供應電源，即只要將原保護控制單元電源和發電機組輔助設備的用電電源接線接到第二雙電源自動轉換開關就可以了，所以在技術上是簡單的、可行的。
[0052]2、安全分析:
[0053]從圖1所示可知，發電機組的電氣保護控制單元和發電機組輔助設備只由主變壓器和廠用變壓器提供保障。這條單一的保障路徑是:
[0054]「輸電系統電網⑴一.^主變壓器(2)和廠用變壓器(3)—.^發電機組的電氣保護控制單元⑷一.^發電機組(5)和發電機組輔助設備(6)」。
[0055]從圖2所示可知，發電機組的電氣保護控制單元和發電機組輔助設備由輸電系統電網、市電網和逆變器提供三保障，而且是互補的三保障。這三條路徑分別是:
[0056]第一條:「輸電系統電網⑴--^主變壓器(3)--^第一雙電源自動轉換開關
(4)一.^第二雙電源自動轉換開關(8)—.^發電機組的電氣保護控制單元(9)一.^發電機組(10)和發電機組輔助設備(11)」；
[0057]第二條:「市電網⑵一."第一雙電源自動轉換開關⑷一."第二雙電源自動轉換開關(8)—.^發電機組的電氣保護控制單元(9)一.^發電機組(10)和發電機組輔助設備
(11)，，；
[0058]第三條:「直流電蓄電池組(6) —.^逆變器(7) —.^第二雙電源自動轉換開關⑶一.^發電機組的電氣保護控制單元(9)一.^發電機組(10)和發電機組輔助設備(11)」。
[0059]一般情況下，發電機組的電氣保護控制單元和發電機組輔助設備由第二條路徑提供電源保障；而第一條和第三條路徑處於熱備用狀態，並隨時準備著在第二條路徑出現問題時立即投入運行。
[0060]從上述圖1和圖2的對比和分析中，顯而易見地得出結論:相對於現有技術中發電機組的電氣保護控制單元來說，實用新型中發電機組的電氣保護控制單元是安全的，最起碼多了兩條路徑，增加了兩份保障。
[0061]下面，結合實例，繼續說明本實用新型系統的改進所在:
[0062]圖3是實用新型中發電機組電氣控制線路圖，此處以進水口電動蝶閥為例說明。
[0063]由圖3可見，發電機斷路器輔助觸頭FDL的一端與轉換開關QKl連接，另外一端與發電機滅磁開關輔助觸頭MK的一端連接；發電機滅磁開關輔助觸頭MK的另外一端與發電機同期開關TQ連接，發電機同期開關TQ又與中間繼電器2ZJ的輔助觸頭2ZJ1的一端連接，中間繼電器2ZJ1的另外一端與中間繼電器IZJ的線圈連接。
[0064]在圖3中:
[0065]中間繼電器IZJ是關閉進水口電動蝶閥的，其出口常開接點是1ZJ2 ;中間繼電器IZJ的另外一個常開接點IZJl和中間繼電器2ZJ的常閉接點2ZJ2串聯，實現中間繼電器IZJ閉鎖的功能，同理，跨接與IZJl和2ZJ2的發電機事故引出接點SGJ，一樣完成關閉進水口蝶閥和閉鎖，最終達到發電機組保護系統完成保護水輪發電機組的安全任務；中間繼電器2ZJ是開啟進水口電動蝶閥的，其出口常開接點是2ZJ4 ;中間繼電器2ZJ的常開接點2ZJ3實現中間繼電器2ZJ的閉鎖功能，完成開啟進水口蝶閥和閉鎖；AN1是手動開啟進水口蝶閥按鈕，AN2是手動停止開啟進水口蝶閥按鈕；AN3是現地手動關閉進水口蝶閥按鈕，AM是現地手動開啟進水口蝶閥按鈕；DCF是其進水口蝶閥的行程開關。
[0066]從圖3可知，當輸電系統電網(包括市電網)發生事故時，發電機組保護線路立即自動啟動事故關閉進水口電動蝶閥的應急程序，首先經過發電機出口斷路器的輔助接點(FDL)—.^發電機滅磁開關的輔助接點(MK)—.^發電機組同期開關(TQ)—.^中間繼電器2ZJ的常閉接點(2ZJ1)—.^中間繼電器IZJ並經過中間繼電器IZJ的輔助接點IZJl閉鎖，然後關閉進水口電動蝶閥使水輪發電機組處於安全狀態。
[0067]同理，當發電機組發生事故時，其事故引出接點(SGJ)也可以自動啟動事故應急程序，首先經過事故引出接點(SGJ)—."中間繼電器2ZJ的常閉接點(2ZJ1)—."中間繼電器IZJ並經過中間繼電器IZJ的輔助接點IZJl閉鎖，然後關閉進水口電動蝶閥使水輪發電機組也處於安全狀態。
[0068]在上述事故應急時，發電機組的電氣保護控制單元和發電機組輔助設備的供應電源路徑是:「直流電蓄電池組(6)—.^逆變器(7)—.^第二雙電源自動轉換開關⑶一.^發電機組的電氣保護控制單元(9)一.^發電機組(10)和發電機組輔助設備(11)」。
[0069]這路徑說明，當輸電系統電網和市電網發生事故時，這種系統還一樣為發電機組的電氣保護控制單元和發電機組輔助設備提供著電源保障，使其繼續發揮作用。然而，現有技術中發電機組的電氣保護控制單元就沒能提供這種保障，只能夠依靠人工來關閉進水口電動蝶閥，如果此時又剛好發生水輪機導水機構故障，那就非常危險。
[0070]從圖3還可知，當輸電系統電網(包括市電網)發生事故又想要開啟進水口電動蝶閥時，只需將按鈕開關ANl按下，直接啟動中間繼電器2ZJ即可。然而原有技術中發電機組的電氣保護控制單元就根本實現不了，更何況在自然災害和緊急情況下，開啟放水閘門和啟動抽水慄等等來應付險情。
[0071]考慮到自動控制有發生故障的情況，此發電機組保護線路還加設了「自動、手動、停止」切換開關QK1、手動開啟按鈕AN1、手動停止開啟按鈕AN2和現場關閉按鈕AN3、現場開啟按鈕AM，既可以遠方自動開啟或關閉進水口電動蝶閥，又可以現場開啟或關閉它，保證機組更加安全、可靠。
[0072]當然，以上只是拿進水口電動蝶閥為例說明，這種系統還可以應用於水輪機電動導水機構、油壓裝置、氣壓裝置、剎車裝置等等，甚至應用於有防洪要求的排澇站、山塘和水庫等等，所有這些實施起來的難度在技術上也不會有太多的困難和問題，在此也不再繼續介紹。總而言之，這種改進具有顯著特點和突出效果。
[0073]3、經濟效益分析:
[0074]因為本實用新型的發電機組的電氣保護控制單元可以不用廠用變壓器，所以如果是新建水電站或者排澇站、山塘和水庫，就直接省了購置廠用變壓器的費用；如果是原有的廠用變壓器，可以把它退出運行轉為備用，減少變壓器損耗，節省運行成本。
[0075]以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統，其特徵在於，包括: 輸電系統電網(I)，用於提供主變壓器電源； 市電網(2)，用於提供第一廠用電源； 與輸電系統電網(I)連接的主變壓器(3)，用於提供第二廠用電源； 與主變壓器(3)和市電網(2)連接的第一雙電源自動轉換開關(4)，用於在市電網(2)提供的第一廠用電源和主變壓器(3)提供的第二廠用電源之間執行雙電源自動轉換，其中市電網(2)提供的第一廠用電源的供電路徑處於工作狀態，而主變壓器(3)提供的第二廠用電源的供電路徑處於熱備用狀態； 與第一雙電源自動轉換開關(4)連接的直流充電裝置(5)，用於將第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源的交流電轉變為直流電； 與直流充電裝置(5)連接的直流電蓄電池組￠)，用於儲備直流電； 與直流電蓄電池組(6)連接的逆變器(7)，用於將直流電蓄電池組(6)所儲備的直流電轉變為工頻交流電以充當第三廠用電源； 與逆變器(7)和第一雙電源自動轉換開關(4)連接的第二雙電源自動轉換開關(8)，用於在逆變器(7)提供的第三廠用電源和第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源之間執行雙電源自動轉換，其中第一雙電源自動轉換開關(4)所當前轉換的廠用電源的供電路徑處於工作狀態，而逆變器(7)提供的第三廠用電源的供電路徑處於熱備用狀態；發電機組的電氣保護控制單元(9)，與第二雙電源自動轉換開關(8)連接，用於保護和控制發電機組(10)或發電機組輔助設備(11); 發電機組(10)或發電機組輔助設備(11)，與發電機組的電氣保護控制單元(9)連接。
2.根據權利要求1所述的用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統，其特徵在於，所述發電機組輔助設備(11)包括進水口閘門、進水口閘閥、水輪機電動導水機構、油壓裝置、氣壓裝置、剎車裝置、抽水泵和大壩啟閉機。
3.根據權利要求1所述的用於發電機組的電氣保護控制單元的供電系統，其特徵在於，所述逆變器(7)為有源逆變器或無源逆變器。
【文檔編號】H02J9/06GK204089336SQ201420532346
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】陳晉建, 黃向前, 黃增孝, 鍾小英, 林嶽, 謝志玉 申請人:梅縣新城供水有限公司