[发明专利]冲击式水轮机智能控制系统

说明书

技术领域

本发明属于水电站水轮机组控制领域，尤其涉及一种冲击式水轮机智能控制系统。

背景技术

冲击式水轮机主要适用于高水头小流量的水电站，这样的机组引水管道很长，水流惯性时间常数较大，容易引起机组甩负荷时转速和水压过高，造成调节品质差。为避免这些不利因数，冲击式水轮机除了有正常调节流量的喷针外，还设有快速切断水流量的折向器机构，以便相应地减少水轮机动力矩和转速上升值。正常调节流量的喷针也可以缓慢调节喷针开度，防止管道中水压上升过高。

近十年来高水头资源在国内得到很大发展，对于多喷针多折向器冲击式水轮机调速器来说，由于控制喷针的接力器较多，使得调速机构相应变得十分庞大和复杂，不便于生产、安装和维护，控制精度也难以提高。随着现代控制理论技术、先进的可编程控制技术和现代液压控制技术的不断发展，水电站期待着一种人性化程度高、系统结构简单、可靠性高且性能指标优良的适用于多喷针多折向器冲击式机组的调速器。

目前应用于水电站的水轮机调速器大都能可靠运行，满足电站现有需求，但针对未来数字化水电站的建设，还存在以下不足：

（1）喷针控制采用电液伺服阀或比例伺服阀，对油质要求高，油质不满足要求容易发卡，造成喷针控制失灵。

（2）机械液压系统采用平面布置，体积庞大，不便于生产、安装和维护。

（3）设备投资多。

（4）可靠性、利用率和可维修性有待提高。

发明内容

本发明针对现有水轮机控制技术易造成喷针控制失灵，且喷针控制装置体积庞大，不便于生产、安装和维护的问题，提供一种冲击式水轮机智能控制系统，本系统结构简单，可靠性高，集成度高，易调整，易操作，方便检修维护。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种冲击式水轮机智能控制系统，包括调速器PLC、叠加式液压伺服装置，叠加式液压伺服装置包括与各个喷针对应连接的各喷针控制单元、与各个折向器对应连接的各折向器控制单元，各喷针控制单元及各折向器控制单元分别与调速器PLC连接，其中喷针控制单元包括功率放大器、喷针电液转换器、喷针开关阀、喷针接力器、喷针接力器反馈机构，调速器PLC的输出端与功率放大器一连接，功率放大器一的另一端与喷针开关阀的开侧电磁阀和关侧电磁阀连接，喷针开关阀的开侧电磁阀和关侧电磁阀通过喷针电液转换器对喷针接力器的开腔和关腔进行控制，喷针接力器反馈机构与调速器PLC连接；折向器控制单元包括功率放大器二、折向器电液转换器、折向器开关阀、折向器接力器、折向器接力器反馈机构，调速器PLC的输出端与功率放大器二连接，功率放大器二的另一端与折向器开关阀的开侧电磁阀和关侧电磁阀连接，折向器开关阀的开侧电磁阀和关侧电磁阀通过折向器电液转换器对折向器接力器的开腔和关腔进行控制，折向器接力器反馈机构与调速器PLC连接。

按上述技术方案，所述调速器PLC包括CPU模块、A/D转换模块、通讯模块、信号调理模块、高速计数输入模块、电源模块、操作终端、PLC输入模块，其中信号调理模块与高速计数输入模块连接，A/D转换模块、通讯模块、高速计数输入模块、电源模块、操作终端分别与CPU模块连接，喷针接力器反馈机构、折向器接力器反馈机构分别与调速器PLC的A/D转换模块连接；信号调理模块用于对冲击式水轮机频率及电网频率进行整形滤波，高速计数输入模块用于对冲击式水轮机频率和电网频率及齿盘个数的脉冲计数；通讯模块用于调速器PLC与远程计算机或远程维护模块连接；A/D转换模块用于接收功率给定、水头、接力器反馈采样值、机组有功；PLC输入模块用于接收外部输入的调相、一次调频、负荷增减命令；操作终端用于对水轮机的状态进行监视（如开度、位置、运行状态、故障），CPU模块用于接收高速计数输入模块、A/D转换模块的数据，接收操作终端的命令，通过通讯模块与外界通信，进行PID计算和逻辑判断并对喷针开关阀、折向器开关阀发出控制命令。

按上述技术方案，所述调速器PLC还包括开关量输入模块、开关量输出模块，开关量输入模块、开关量输出模块分别与CPU模块连接，开关量输入模块用于接收开机、停机、并网、功给增及功减命令，开关量输出模块用于向喷针开关阀、折向器开关阀发出控制命令。

按上述技术方案，所述CPU模块对每个喷针均输出两路PWM信号，分别控制喷针开关阀的开侧电磁阀和关侧电磁阀。