一种水电站大坝智能备用电源系统

摘要

本发明公开了一种水电站大坝智能备用电源系统，包括两组相互连通的备用供电装置，备用供电装置之间通过联络断路器相连，同时每组备用电源均包括变压器，通过变压器将市电网络的电源转换成大坝用电系统需要的电能；在变压器的输出端设置有控制开关，控制开关的两侧分别设置有电压测量传感器，同时变压器的输出端还并联有柴油发电机，柴油发电机的输出端设置有电压测量传感器和控制开关；本发明通过两组备用供电电源和柴油发电机实现备用电源的双备份，大大提高了备用电源的稳定性；同时其控制电路包括电压测量传感器和电路控制开关，大大简化了整套系统的电路结构，提高了运行的可靠性和稳定性，能够保证在电网发生故障时。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种水电站大坝智能备用电源系统。

背景技术

水电站大坝是水电站的重要组成部分，兼具调蓄洪水，防洪减灾等功能。而要实现此功能，就需要在水电站大坝上设置调控闸门，当汛期洪水来临时，通过调节闸门开度大小，实现调洪错峰与防洪抗灾。当汛情过后，又通过关闭闸门来拦蓄水量，以提高水资源的综合利用效益。因此，大坝闸门是否能够安全可靠地启闭，直接关系到水库能否安全可靠与经济运行；也关系到水库流域上下游人民生命与财产的安全。

现有技术中为了保证大坝闸门运行的安全可靠，大坝自身设有供电网络，同时该供电网络与电站送电网络系统连通，但是由于各种因素，不能保证供电大坝供电系统与送电网络的稳定连接，同时在诸如地震、洪灾等自然灾害发生时期，其连接的稳定性更差，因此需要通过备用电源系统保证在上述情况下大坝的稳定供电，从而保证大坝的正常工作。

发明内容

针对现有技术中存在的备用供电系统稳定性差，结构复杂的缺陷，本发明公开了一种水电站大坝智能备用电源系统，本发明通过多组备份、以及自备发电机等方式保证对大坝的稳定供电，同时其电路结构简单，不但降低了硬件成本，同时还能够有效提高设备的稳定性和可靠性，确保在极端工况下大坝的稳定供电。

一种水电站大坝智能备用电源系统，包括控制器和两组结构相同的备用供电装置，且两备用供电装置通过联络断路器相互连通；所述备用供电装置包括变压器，所述变压器的输入端与供电网络连通，其输出端与负载连通；同时在变压器的输出端还设置有控制线路通断状态的控制开关，控制开关的两侧分别设置有第一电压检测装置和第二电压检测装置；所述备用供电装置还包括与变压器并联的柴油发电机，所述柴油发电机的输出端设置有控制开关和第三电压检测装置；所述联络断路器、第一电压检测装置、第二电压检测装置、第三电压检测装置、柴油发电机和各个控制开关分别与控制器相连。

优选的，柴油发电机的进油端通过输油管与柴油库连通，且输油管上还设置有控制阀，所述控制阀与控制器相连。

优选的，控制器包括相互连接的双电源模块和PLC控制器，所述PLC控制器通过RS485总线连接有触控屏。

优选的，控制器还包括网络连接端口和卫星通信模块，所述卫星通信模块分别与PLC控制器相连。

优选的，控制器还包括手动控制板，所述手动控制板上多个分别与各个控制开关和控制阀一一对应的手动控制开关。

优选的，手动控制板上还设置有控制方式切换开关、控制模式切换开关和防汛级别切换开关。

优选的，第一电压检测装置，第二电压检测装置和第三电压检测装置均为电压测量传感器。

优选的，控制开关为进线断路器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明包括两组相互连通的备用供电装置，备用供电装置之间通过联络断路器相连，同时每组备用电源均包括变压器，通过变压器将市电网络的电源转换成大坝用电系统需要的电能；在变压器的输出端设置有控制开关，控制开关的两侧分别设置有电压测量传感器，同时变压器的输出端还并联有柴油发电机，柴油发电机的输出端设置有电压测量传感器和控制开关；

本发明在正常状态下，通过任意一组备用供电装置的变压器连通电网为大坝进行供电，当其中一组备用供电装置发生故障时通过控制器切换至另一组备用供电装置进行供电；

当外部电网不能提供电源时，则通过两组备用供电装置中的柴油发电机组发电，从而保证对大坝的稳定供电；同时在一组柴油发电机发生故障时还可以通过备用的一组柴油发电机进行顶替，其与现有技术中的备用电源系统相比，本发明所述系统的稳定性和可靠性更高，能够有效保证对大坝的持续、稳定供电。

本发明整套备用供电装置中所涉及到的电气元件仅仅包括电压测量传感器和相应的电路控制开关，大大简化了整套系统的电路结构，提高了运行的可靠性和稳定性，能够保证在电网发生故障时，本装置能够发挥应用的作用。

2、本发明的柴油发电机通过输油管与柴油库连通，同时在输油管上还设置有与控制器相连的控制阀，通过控制阀控制柴油发电机输油管路的通断状态，保证柴油发电机的供油稳定，进而确保整套系统的稳定工作；

3、本发明的控制器包括双电源模块和PLC控制器，同时PLC控制器还连接有触控屏，对系统的各项数据进行实施呈现，方便工作人员及时了解整套系统的工作状态，同时能够有效提高整套系统的可操作性性。

4、本发明的控制器还包括网络连接端口和卫星通信模块，通过网络连接端口与总控制室之类的控制中心通信连接，及时将系统的运行状况向上反馈，保证控制中心及时整我各个备用供电系统的工作状态，同时在网络连接发生故障时还可以通过卫星通信模块与上级进行信息交流，充分保证在诸如地震、洪灾等自然灾害发生是大坝能够得到有效的供电，同时也及时反馈相应的信息，为救灾、减灾提供有力的支持。

同时与现有技术中的无线通信技术相比，卫星通信模块不依赖底面基站，其通信可靠性更高。

5、本发明的控制器还包括手动控制板，所述手动控制板上设置有多个手动控制开关，其能够有效保证在自动控制失效的情况下及时进行人工干预，保证系统的稳定运行。

6、本发明的手动控制板上还设置有控制方式切换开关、控制模式切换开关和防汛级别切换开关，其中控制方式切换开关实现在自动和手动控制方式之间的切换，在自动模式下，各个手动控制开关无效，能够有效避免误操作引起的操作失误，保证设备的稳定运行；而控制模式则包括常规控制模式和防汛操作模式，同时结合防汛等级切换开关，设置不同的防汛等级，满足不同的防汛要求，保证备用供电系统的响应速度，从而进一步确保对大坝的稳定供电；且分级控制还进一步提高设备运行的经济性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为控制器结构示意图；

图3为本发明手动控制板结构示意图；

图4为本发明控制原理图；

附图标记：1、控制器，2、联络断路器，3、变压器，4、控制开关，5、第一电压检测装置，6、第二电压检测装置，7、柴油发电机，8、第三电压检测装置，9、输油管，10、柴油库，11、控制阀，12、双电源模块，13、PLC控制器，14、触控屏，15、卫星通信模块，16、手动控制板，17、手动控制开关，18、控制方式切换开关，19、控制模式切换开关，20、防汛级别切换开关,21、网络连接端口。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明做进一步说明：

实施方式1

本实施方式作为本发明的基本实施方式，其公开了一种水电站大坝智能备用电源系统，具体结构如图1到图3所示，包括控制器1和两组结构相同的备用供电装置，每组备用电源包括变压器3，变压器3的输入端与供电网络连通，同时其输出端通过控制线路通断状态的控制开关4与大坝供电网络连通，同时变压器3与大坝供电网络连接的一端还通过并联供电支路将两组备用供电装置相互导通，且在该路供电支路上连接有联络断路器2，以控制两组备用电源装置之间的通断状态；所述控制开关4采用进线断路器；

所述控制开关4的两侧分别设置有第一电压检测装置5和第二电压检测装置6，其中第一电压检测装置5用于检测变压器输出端是否有稳定电压输出，第二电压检测装置6则用于检测是否有电力输送到大坝电力系统；同时在控制开关4的输出端还并联有柴油发电机7，所述柴油发电机7的电离输出端还设置有控制开关和第三电压检测装置8，第三检测装置8用于检测柴油发电机7是否稳定输出电力；所述第一电压检测装置5、第二电压检测装置6和第三电压检测装置8均采用电压测量传感器；所述柴油机7的注油口还通过输油管9与柴油库 10相连，输油管9上设置有用于控制输油管9通断状态控制阀11；

所述控制器1包括双电源模块12和PLC控制器13，其中双电源模块12共连接有两路供电线路，其中一路采用UPS交流电源，另一路连接220V直流电源；从而保证对PLC的供电稳定性；同时PLC控制器13的输入端还通过RS485总线分别与联络断路器2、第一电压检测装置5、第二电压检测装置6、第三电压检测装置8、控制阀11和各个控制开关4相连；同时PLC控制器13还通过RS485 总线连接触控屏14。

实施方式2

本实施方式作为本发明的又一较佳实施方式，其在实施方式1的基础上公开了一种水电站大坝智能备用电源系统，具体结构如图2和图3所示，包括控制器1和两组结构相同的备用供电装置；所述控制器1包括双电源模块12和PLC 控制器13，其中双电源模块12共连接有两路供电线路，其中一路采用UPS交流电源，另一路连接220V直流电源；从而保证对PLC的供电稳定性，从而实现向 PLC控制器13进行供电；同时PLC控制器13的输入端还通过RS485总线分别与联络断路器2、第一电压检测装置5、第二电压检测装置6、第三电压检测装置 8、控制阀11和各个控制开关4相连；同时PLC控制器13还通过RS485总线连接触控屏14；所述控制器1还包括网络连接端口21和卫星通信模块15，通过有线网络和无线卫星通信与后端控制台实现稳定的通信连接，方便对远离城市的电站进行远程监控和控制，提高设备运行的可靠性和稳定性。

所述控制器1还包括手动控制板16，手动控制板16上设置有多个手动控制开关14，各个手动控制开关17分别与各个控制开关4和控制阀11一一对应，从而实现对各个控制开关4和控制阀11的手动控制；同时在手动控制板16上还设置有控制方式切换开关18、控制模式切换开关19和防汛级别切换开关20，其中控制方式切换开关18用于在自动控制模式和手动控制模式之间进行切换，控制模式切换开关19则用于在常规控制模式和防汛控制模式以及其他灾害控制模式，防汛级别切换开关20实现不同防汛等级的改变。

结合图4所示，本发明所述供电系统的工作过程如下：

同时为方便描述将两套备用电源装置分别命名为一号备用供电装置和二号备用供电装置，其中一号备用供电装置的各个控制开关分别命名为Q11和Q12，一号备用供电装置中的第一、第二和第三电压检测装置分别命名为DY11、MDY1、 DY12；其控制阀命名为DDF1；

二号备用供电装置的各个控制开关分别命名为Q21和Q22，二号备用供电装置中的第一、第二和第三电压检测装置分别命名为DY21、MDY2、DY22；其控制阀命名为DDF2；

同时连接一号备用供电装置和二号备用供电装置的联络断路器命名为Q3；

对于整套系统的手动操作模式，其完全由工作人员根据信息反馈实时操作，再次不予赘叙；需要指出的是，相关的手动操作设备需按照相关行业规范配备相应的闭锁逻辑控制装置，以防止手动状态下的误操作。

当整套系统的控制方式自动模式，其控制方式为常规控制方式时，其存在以下工作过程：

1)设备上电调试过程：

首先将Q11、Q12、Q3、Q21、Q22全部设置为分闸状态，同时对PLC上电，当DY11检测到有电压，经过时间T1(100ms)延时后，PLC控制Q11合闸；

经过时间T2(取300ms)延时后，PLC通过相关控制信号判断Q11是否合闸，同时MDY1检测到有电压，判定Q1合闸成功；一号备用电源装置导通成功；同时通过上述相同的方法完成二号备用电源装置导通，完成后Q12、Q3、Q22均处于分闸状态。

2)设备运行过程中，一号备用电源装置发生故障：

当DY11检测到没有电压时，同时MDY1也检测到没有电压，判定一号备用电源线路故障，PLC向Q11发出跳闸命令；延时T2后，根据跳闸信号判定Q1跳闸成功；

向Q3发出合闸命令，延时T2后根据控制信号判定Q3合闸成功，同时MDY1 检测到电压，此时通过二号备用电源装置接替一号备用电源装置向大坝供电；

当一号备用电源故障排除时，DY11检测到电压，此时PLC控制Q3跳闸，延时T2后，通过相应的位置信号，MDY1检测到没有电压，判定Q3跳闸成功；同时PLC控制Q1合闸，延时T2后，收到相应的合闸位置信号，同时MDY1检测到有电压，此时系统恢复到正常工作状态。

针对二号备用电源产生故障的转换过程及修复后的线路复原过程与上述过程相同，其区别点仅仅在于相应控制元器件及电压检测装置器件的转换。

3)一号备用电源装置和二号备用电源装置同时发生故障

DY11、MDY1同时检测到没有电压，则判定一号备用电源装置断电，DY21、 MDY2同时检测到没有电压，判定二号备用电源装置断电；

PLC做出上述判断后，同时命令Q11、Q3、Q21跳闸，并根据相应的位置信号、且MDY1和MDY2均检测到无电压信号，则判定跳闸成功；

PLC箱一号备用电源装置的柴油发电机发出启动命令，DY12检测到正常电压信号，此时PLC命令Q12合闸，经时长T2延时后，接收到相应的合闸位置信号，同时MDY1检测到正常电压信号，Q12合闸成功；再命令Q3合闸，经时长 T2延时后，接收到相应的合闸位置信号，MDY2检测到正常电压信号，判定Q3 合闸正常，此时通过一号备用电源装置实现对两组电源系统的供电；

4)线路故障无法在短时间内排出，需要两台柴油发电机组轮换运行(此处以1 号柴油机转换到2号采油机为例进行说明)：

当接收到在运行柴油发电机的柴油油位低限报警信号或者其他柴油发电机报需要停机的故障信号时，PLC确认需要进行柴油机的转换，PLC发出启动二号备用电源系统中柴油发电机的命令，在DY22检测到正常的电压信号后，延时T2 后，PLC发出一号备用电源系统柴油机停转命令，同时命令Q12和Q3跳闸，当收到相应的位置信号，同时MDY1和MDY2均检测到无电压信号时，判定跳闸成功；

此时PLC命令Q22合闸，在接收到相应位置信号，同时MDY3检测到电压信号后在发出Q3合闸命令，当检测到相应的合闸信号，同时MDY1检测到正常电压信号时，判定转换过程完成，此时通过二号备用电源系统的柴油发电机供电，同时在一号备用电源装置的柴油机停转后，延时10min中待机组冷却，然后开启控制阀和油库中的供油设备，实现燃油加注，加注完成后关闭相应控制阀；

当柴油发电机转换过程相反时，其转换过程相同，只是相应的检测装置进行相应掉换即可。

在线路回复正常后，其调节过程如下：首先DY11检测到电压信号，此时PLC 命令Q12、Q3和Q22跳闸，同时向二台柴油发电机发出停机命令，当接收到相应的位置信号，且MDY1检测到无电压信号，判定跳闸成功，同时命令Q11合闸，当检测到相应的位置信号，同时MDY1检测到正常电压信号，判定一号备用电源装置转换成功；

然后命令Q21合闸，检测到相应位置信号，同时MDY2检测到正常电压信号，则二号备用电源装置转换成功，此时两条线路恢复正常工作状态，根据实际情况需要可以保留两条线路，也可以选择其一，另一条线路关闭；

5)当遇到地震灾害时

应急管理中心通过网络和通信卫星下达相应的应急控制命令，收到相应命令后，立即启动一号备用电源装置的柴油机组，并在相应供电网络连接线路发生故障时，按照上述处理方式进行相应处理将柴油发电机接入供电网络；

当收到解除应急控制状态控制命令，并判定供电网络正常供电时，PLC关闭柴油发电机。

6)发生洪灾

首先应急指挥中心根据接收到的洪灾信息判定启动哪一级洪灾应急控制指令，然后通过网络或通信卫星发送相应的控制指令，PLC收到相应的控制指令后，立即启动一号备用电源装置的柴油机组，并在相应供电网络连接线路发生故障时，按照上述处理方式进行相应处理将柴油发电机接入供电网络；

当收到解除应急控制状态控制命令，并判定供电网络正常供电时，PLC关闭柴油发电机。

需要指出的是，当控制指令切换到防汛等级最高等级，且程序判定所有柴油发电机均没有工作时，PLC立即启动柴油机，同时按照一定时间间隔向应急管理中心发出报警信号，并通过大坝控制系统打开控制闸门泄洪。

与现有技术相比，本发明通过两组备用电源装置保证大坝供电网络的稳定供电，保证大坝的正常运转，同时其结构简单，不但简化了整套系统的设备和复杂度，降低了设备的成本，且设备的可靠性和稳定性也得到了有效提高，保证在电网发生故障时，本装置能够发挥应用的作用。