一、系統(tǒng)概述

低壓機組一體化自動化控制屏是專門為《少人值守或無人值守，提高水電站低壓機組發(fā)電量自動化程度》而設(shè)計的。PLC-1低壓機組自動化屏是按一體化、集成化、標準化設(shè)計。集微機勵磁、準同期、微機調(diào)速、機組控制、水位監(jiān)控、保護、測量信號、計量、溫度測量、斷路器等一、二次設(shè)備為一體，經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用現(xiàn)代的計算機技術(shù)，電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對發(fā)電的主要設(shè)備自動化監(jiān)視、測量、控制及保護等功能和任務(wù),實現(xiàn)一、二次設(shè)備一機一柜。
GLZD-1低壓機組自動化柜將水輪機手/自動電動調(diào)速、發(fā)電機手/自動勵磁、手/自動同期并網(wǎng)、發(fā)電機綜合保護、電機二次測量回路及順控操作等功能模塊集成在本柜上。用戶只需要保留電站原有的開關(guān)柜上的斷路器，配合本產(chǎn)品即可方便的實現(xiàn)電站的自動化管理。系統(tǒng)投入運行后，可達到少人值守或無人值守。 一臺機組配置一面屏柜，簡單、方便、集成度高。該產(chǎn)品主要用于額定電壓400V、單機容量1000KW及以下的水輪發(fā)電機組。
本系統(tǒng)主要硬件采用可編程微機控制器和觸摸屏（HMI）組成、軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，既便于設(shè)備的擴充，又利于功能的增加和系統(tǒng)擴大規(guī)模。
本系統(tǒng)包含下列功能配置：
●根據(jù)前池（大壩）水位高低整定值控制開機、停機、水輪發(fā)電機輸出功率；
●自動開機、自動停機；
●事故停機；
●自動調(diào)頻、調(diào)功；
●自動增勵、減勵；
●自動同期并網(wǎng)；
●發(fā)電機保護功能（過電流、過負荷、過電壓、低電壓、過速、低頻等）
●發(fā)電機測量功能（三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、頻率、COSφ、有功電度、無功電度、發(fā)電機溫度等）；
●保留常規(guī)手動操作及常規(guī)儀表；
●一臺微機綜合自動控制屏配上計算機，可組成網(wǎng)絡(luò)，完成電站的集中管理、集中控制、數(shù)據(jù)記錄、查詢打印等，多個水電站可組成集中調(diào)度中心遠距離控制與調(diào)度，實現(xiàn)無人值守或少值守；
二、系統(tǒng)應(yīng)用組成方式
新建或改造水電站購一臺以上水電站低壓機組一體化自動控制屏再配一臺電腦，即可組成一個網(wǎng)絡(luò)，達到了無人值守或少人值守目的，此計算機可放在水電站生活區(qū)，也可通過MODEM遠傳至集控制中心進行遙測、遙信與遙控，實現(xiàn)多個水電站的遠程監(jiān)視控制。
可實現(xiàn)根據(jù)水位自動開/停機，快速自動并網(wǎng),按水位自動調(diào)整負荷，事故自動仃機的機組自動化控制,達到水電站的無人值守（少人值班）。
三、系統(tǒng)配置
3.1 400V低壓一次設(shè)備
●主電路的隔離刀閘：采用HD13BX系列的閘刀開關(guān)。
●斷路器：采用DW15系列斷路器，熱電磁式，垂直安裝。
●電流互感器：采用LMZJ-0.66型，測量保護CT三只，勵磁調(diào)差回路用CT一只。
●測量表計：配備常規(guī)測量儀表測量發(fā)電機電壓、發(fā)電機電流、頻率、功率因素、有功功率、電網(wǎng)電壓，電網(wǎng)頻率等電氣參數(shù)。
●計量表計：三相四線電子式多功能數(shù)字電能表, 并具有RS485通訊功能。
備注：一次設(shè)備具體選型視機組容量而定。
3.2自動化控制：
可編程控制器（PLC）采用24入16出、4路模擬量輸入、2路模擬量輸出及7〃（HMI）智能觸摸屏。
3.3 測量顯示儀表
常歸儀表顯示發(fā)電機機端電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)頻率、勵磁電流，其他電量在智能裝置液晶顯示器內(nèi)查看。
3.4 同期系統(tǒng)
系統(tǒng)采用微機自動準同期和一套常規(guī)手動同期，微機自動準同期，具有同期精確、快捷方便的特點。
自動準同器具體參數(shù)：
●發(fā)電機輸入電壓：0V～400V/100V;電網(wǎng)輸入電壓：0V～400V/100V;
●同期合閘輸出開關(guān)信號，以繼電器方式輸出，接點容量為交流阻性220V/5A；交流阻性380V/2A；直流阻性110V/0.8A；直流阻性220V/0.2A。
3.4 微機勵磁裝置系統(tǒng)
●勵磁系統(tǒng)的型式
勵磁系統(tǒng)采用QR型微機勵磁雙通道3相全控橋靜止可控硅整流勵磁裝置,或采用無刷勵磁調(diào)節(jié)器。
3.5傳感器
四、主要功能與參數(shù)
2.3.2 水電站低壓機組自動化控制裝置的功能
本系統(tǒng)所有自動控制、保護等功能均由水電站低壓機組自動化控制裝置完成，各種功能如下：
1）、自動開機及自動調(diào)速功能：用戶按開機按鍵或在上位機發(fā)開機指令后，系統(tǒng)將自動開機。或用戶選擇在恒水控制，水位高于設(shè)定開機水位時，系統(tǒng)將自動開機。
2）、自動啟勵功能：當水輪機的轉(zhuǎn)速達到一定轉(zhuǎn)速時，裝置將發(fā)出啟勵指令，啟動勵磁讓發(fā)電機建壓。
3）、自動準同期功能：當水輪發(fā)電機組的頻差、壓差及相差合格后，系統(tǒng)自動同期合閘。
4）、自動有功調(diào)功功能：系統(tǒng)根據(jù)用戶要求自動調(diào)節(jié)發(fā)電機有功功率至整定值。或用戶選擇在恒水控制時，系統(tǒng)根據(jù)水位自動調(diào)整負荷，保證機組高效率出力。
5）、自動無功調(diào)功功能：系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)勵磁，使無功達到用戶要求。
6）、溫度檢測功能：本裝置具有八路溫度巡檢功能，它能實時檢測到八路溫度值。
7）、轉(zhuǎn)速飛逸保護功能：當電網(wǎng)中突甩負荷，系統(tǒng)將輸出飛逸保護。
8）、電流速斷保護功能：當發(fā)電機電流超過短路保護電流整定值時，本裝置將保護動作。
9）、過電流保護：當發(fā)電機電流超過過電流整定值時，啟動延時程序，延時到后，發(fā)電機電流仍然過電流，系統(tǒng)將啟動保護。
10）、低壓保護：當發(fā)電機任兩相電壓小于低壓保護整定值時，啟動延時程序，延時到后，發(fā)電機電壓仍然小于低壓保護整定電壓，系統(tǒng)將啟動保護。
11）、過壓保護：當發(fā)電機任兩相電壓大于過壓保護整定值時，啟動延時程序，延時到后，發(fā)電機電壓仍然大于過壓保護整定值，系統(tǒng)將啟動保護。
12）、低周保護：當發(fā)電機頻率小于低周保護整定值時，啟動延時程序，延時到后，發(fā)電機頻率仍然小于低周保護整定值，系統(tǒng)將啟動保護。
13）、過頻保護：當發(fā)電機頻率大于過頻保護整定值時，啟動延時程序，延時到后，發(fā)電機頻率仍然大于過頻保護整定值，系統(tǒng)將啟動保護。
14）、自動停機功能：當裝置接收到停機鍵或上位機發(fā)出的停機指令后，系統(tǒng)將自動停機。
15）、通訊功能：本裝置具有RS-485通訊接口，它能將水輪發(fā)電機的各種運行狀態(tài)及各開關(guān)位置等數(shù)據(jù)上傳給上位機，并接收上位機對裝置各項操作及整定值的修改等。
3.5 無刷微機勵磁控制裝置
微機勵磁調(diào)節(jié)器適合于三相四線制,電壓為400/230伏,頻率50HZ的低壓無刷勵磁同步發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié),
能滿足發(fā)電機單機、并網(wǎng)等方式的運行要求。它也適用于直流勵磁機方式的低壓同步發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)。微機勵磁調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)靈敏且穩(wěn)定
主要功能
⑴節(jié)器可當數(shù)字頻率表或電壓表使用。
⑵開機電壓自動給定，機組停機過程按
頻減壓，當頻率低于46HZ時進入低頻工作狀態(tài)（“低頻”燈亮），并在35HZ時自動滅磁（“滅磁”燈亮）。防止轉(zhuǎn)子過流。
⑶本機甩負荷過壓保護：斷路器跳閘時，電壓自動調(diào)整為380V。防止本機過壓。同時由于跳閘后，發(fā)電機仍然有電壓，所以保護機構(gòu)可以動作，如：關(guān)水機，防止飛逸等
調(diào)壓范圍：70V～490V
調(diào)壓精度：優(yōu)于0.5％
調(diào)差：約＋8％
頻率特性：頻率每變化1％，發(fā)電機端電壓變化小于額定值的±0.1％。
零起升壓：超調(diào)量小于10％～15％，調(diào)節(jié)時間3～5秒，振蕩次數(shù)3～5次。
10℅階躍響應(yīng)：超調(diào)量小于5％，振蕩次數(shù)1次，調(diào)節(jié)時間小于5秒。
甩額定無功負荷：超調(diào)量小于15％Ue，振蕩次數(shù)小于3次，調(diào)節(jié)時間小于5秒。
電壓整定值變化速度：（0.3％~1％）/ 秒。
電參數(shù)顯示精度：1V。
強勵參數(shù)：機端電壓下降時，自動進入強勵。
可控硅控制角分辨率：0.036度。
2.5手動調(diào)節(jié)裝置
增功、減功按鈕各一只；開機、停機按鈕各一只；DW15型空氣開關(guān)儲能按鈕分閘、合閘各一只； 閘門控制按鈕一只。
2.6出口繼電器
出口繼電器用來自動控制DW15型空氣開關(guān)的跳閘與合閘、增功、減功、增勵、減勵、同期出口及保護出口等均是用出口繼電器。控制器對出口繼電器的控制信號均經(jīng)過光電隔離；
2.8系統(tǒng)功能
2.8.1功能介紹
QR系列水電站低壓機組一體自動化控制屏具有一鍵（水位控制）自動開/停機、調(diào)速/調(diào)功、勵磁調(diào)節(jié)、自動準同期、溫度檢測、機組飛逸保護、電流速斷保護、過壓保護、失磁保護、485通訊等功能。
1） 自動開機、停機
合上主閘刀開關(guān)，選擇“開機”（就地或遠控），在電手動調(diào)節(jié)器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)中，水電站低壓機組自動化裝置將水輪發(fā)電機機調(diào)節(jié)至空載狀態(tài)，啟勵后，再調(diào)節(jié)勵磁，使發(fā)電機電壓逐漸升高，完成自動開機過程。在液壓調(diào)速器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)中，水電站低壓機組自動化裝置發(fā)出開機令給調(diào)速器后，調(diào)速器將水輪發(fā)電機調(diào)節(jié)至空載，起勵后，再調(diào)節(jié)勵磁，使發(fā)電機電壓逐漸升高，完成自動開機過程。選擇“停機”（就地或遠控），水電站低壓機組自動化裝置接受到停機命令后，將開度逐漸關(guān)小，減少勵磁電流，當減至空載時，水電站低壓機組自動化裝置發(fā)出跳閘指令，分開斷路器，然后繼續(xù)減小至關(guān)閉。
2） 自動同期
當發(fā)電機電壓升至350V，頻率高于48HZ后，水電站低壓機組自動化裝置開始調(diào)頻、調(diào)壓，根據(jù)水輪機的運行狀況，發(fā)出增減信號，使發(fā)電機的頻率與電壓接近系統(tǒng)的頻率與電壓，當頻率小于0.5HZ相角小于10度，電壓差小于15V時，水電站低壓機組自動化裝置發(fā)出合閘指令，斷路器合閘，機組與電網(wǎng)準同期并網(wǎng)。
3） 自動調(diào)功
機組準同期并網(wǎng)后，水電站低壓機組自動化裝置自動調(diào)節(jié)輸出功率，可以根據(jù)機組容量滿負載發(fā)電，也根據(jù)設(shè)定的功率大小，自動調(diào)節(jié)輸出功率在設(shè)定值上。
4） 事故停機
在事故發(fā)生時，水電站低壓機組自動化裝置發(fā)出警報音響，并發(fā)出跳閘命令，使斷路器跳閘，同時快速減少開度，若出現(xiàn)機組超速，控制器將投放水阻或使折向器動作，從而迅速降低轉(zhuǎn)速。
5） 測量
水電站低壓機組自動化裝置有自動測量功能，在裝置顯示屏上，可以顯示電壓、電流、有功功率、無功功率、發(fā)電機組溫度（八路測溫探頭輸入）等。
6）運行方式
有功的調(diào)節(jié)是根據(jù)用戶整定的功率值，裝置自動調(diào)節(jié)水輪機導葉行程，使功率穩(wěn)定在整定值，當水位下降到一定的時候，發(fā)電機的功率也要跟著下降，這時系統(tǒng)將要開大導葉行程，當導葉行程到達上限后，導葉行程還在開大，系統(tǒng)將輸出報警信號，若水位仍然處于下降狀態(tài)，發(fā)電機的功率隨著下降到30KW以下時，系統(tǒng)將啟動保護，分開斷路器；并且迅速關(guān)小水輪機的開度，作停機處理。
7） 手動控制功能
手動開機、手動停機
手動起勵、滅磁
手動同期
手動增功、減功
常規(guī)測量儀表
8） 組網(wǎng)功能
微機控制器有一個RS485通訊口，與后臺機相連，亦可以多臺機組同時聯(lián)接，組成一個現(xiàn)地控制網(wǎng)絡(luò)。
在后臺機上，可以遠距離操作與控制各臺水輪發(fā)電機組；實時顯示各機組的運行狀況；將各臺機組發(fā)電的電氣量組成表格，打印數(shù)據(jù)；繪制運行參數(shù)的負荷曲線；事故記錄及打印；歷史數(shù)據(jù)召喚；電量的累加計算與統(tǒng)計等功能。
9） 遠方調(diào)度功能
后臺監(jiān)控計算機通過網(wǎng)絡(luò)與各級調(diào)度中心相連，實現(xiàn)遠程調(diào)度將水電站的各種參數(shù)（測量，機組運行狀況，保護的動作情況，開關(guān)的分閘、合閘）傳至調(diào)度中心，同時可以接受遠方調(diào)度的各種控制。
10）發(fā)電機保護功能
速斷保護：5~50A，延時0S，保護出口動作并跳閘。
定時過流保護：0.5~10A，延時可設(shè)置在0~3S，保護動作并跳閘。
過電壓保護：電壓可設(shè)置在0~560V，延時0~3S，保護動作并跳閘。
低電壓保護：電壓低于0.7倍額定值，延時0~3S，保護動作并跳閘。
過速（超頻）保護：頻率超過140Ne%，延時0S，保護動作并跳閘。
失磁保護：勵磁電壓消失或勵磁電壓開關(guān)斷開時，延時0S，保護動作并跳閘。
以上各種保護定值及動作延時均可由用戶自行設(shè)定。
2.2.2 勵磁部分
勵磁部分有功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器（電源、測量同步變壓器單元、自動高速單元、數(shù)字給定單元）兩大部分組成，其中勵磁調(diào)節(jié)器還包含跟蹤單元及過壓檢測等輔助單元。勵磁電源從發(fā)電機出口端取A相電源，向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供一個自動/手動調(diào)節(jié)的勵磁電源，實現(xiàn)自并激勵磁。
四、系統(tǒng)性能
4.1 控制性能
1）人機接口響應(yīng)時間 ≤0.1S
2) 動態(tài)數(shù)據(jù)刷新時間 ≤1S
3）實時數(shù)據(jù)庫更新時間 ≤1S
4）控制命令響應(yīng)時間 <1S
5) 控制有功功率執(zhí)行周期 <3S
4.2 系統(tǒng)可靠性
1）平均故障間隔時間（MTBF） >20000小時
2）平均維護時間（MTTR） <30分鐘
3）系統(tǒng)利用率 ≥99.99%
4.3 控制器性能
1）數(shù)據(jù)采集時間
開關(guān)量 <0.2S
電氣量 <0.2S
溫度量 <3S
非電氣量 <1S
脈沖量 連續(xù)無延遲
2）控制響應(yīng)時間
控制命令回答響應(yīng)時間 ≤0.5S
接受控制命令響應(yīng)時間 ≤0.5S
3）I/O接口
八路開入量（可擴充到16路開入量），其信號類型為空接點。
模擬量輸入：電壓：220V，電流5A。
溫度量輸入：與現(xiàn)場三（二）線電阻溫度探頭（RTD）連接。
水位量的輸入：變換成電阻值輸入。（如采用了壓阻式液位傳感器則為4～20ma）
十路開出量：（可擴充至16路開出量）輸出形式為空接點，交流接點，容量
～220V，0.5A。
4）測量精度
電流、電壓：0.5級
有功功率、無功功率：1.0級
有功電度：內(nèi)部計算精度1.0級
無功電度：內(nèi)部計算精度2.0級
頻率：小數(shù)點后兩位
功率因素：小數(shù)后兩位
溫度：±0.5℃
5) 通訊口
RS485的通訊接口 ：速率為4800bps。
6）絕緣電阻符合IEC255-5標準，大于100MΩ/500V。
7）耐壓測試按IEC255-5標準，2.0KV/1min。
8）沖擊電壓測試按IEC255-5標準，5.0KV/1.2/50μs/05J
9）抗干擾
共模按IEC-255-22-1標準：2.5KV/1MHZ/2S
差模：1.0KV/1MHZ/2S
10) 系統(tǒng)的安全性：在雷電干擾下,不誤動,也不拒動。
4.4 環(huán)境條件
1）環(huán)境溫度：-10℃～+45℃
2）海拔：3000米
3）相對濕度：<95%（25℃時）
4）水電站應(yīng)有良好的防雷措施，本設(shè)備不能抗拒直接的雷擊。
5）屏體外殼應(yīng)安全接地。
6）振動和振擊：振動頻率：10～500HZ   加速度：5m/s2
五、設(shè)計制造標準
5.1.材料標準
設(shè)備的材料從生產(chǎn)同類產(chǎn)品的材料中優(yōu)選，并進行嚴格檢驗。
5.2.屏柜的標準
所制造的各種屏（柜）用來安裝各種保護測量裝置，具有鋼底座、頂板和側(cè)板。
結(jié)構(gòu)：設(shè)計成封閉的，通風良好的立式結(jié)構(gòu)，便于控制電纜的連接、檢查和維護。
監(jiān)控保護柜具有足夠的機械強度，能防塵、防潮、防止小動物。
監(jiān)控保護柜前后均配置門，柜前為單門，后門用雙鐵門，密封的前后門帶鎖；開關(guān)門時，裝置不誤動。
監(jiān)控保護柜和其它設(shè)備應(yīng)能承受規(guī)定的振動并不誤動。
監(jiān)控保護柜上設(shè)備和端子的安排保證每一保護或系統(tǒng)的獨立性，當其中一套裝置被維護時，所有其它保護或系統(tǒng)其它部分均能正常運行。
外型尺寸：高2260mm，寬800mm，深800mm。(一體化控制屏)
高1700mm，寬700mm，深500mm。(低壓機組自動化控制柜)
噴涂：所有的噴涂在機械振動以及熱和油的作用下均不會出現(xiàn)劃痕或變軟，噴涂的顏色為淺駝 Z44 色或由用戶自定。
銘牌：置于屏面和屏內(nèi)明顯位置；柜上所有插件、信號燈及其輔助元件都用中文標明其用途及名稱。
柜內(nèi)的布線及端子
布線整齊、清晰、美觀，導線絕緣良好，無損傷，電流回路截面不小于2.5mm2和1000V耐壓絕緣絞線，其它回路截面不小于1.5mm2和1000V耐壓絕緣絞線。
設(shè)備接線端部均標明其回路編號，編號正確，字跡清晰且不易褪色。
接線端子每側(cè)接線為一根。
一般設(shè)備的接線端子牢固可靠，端子導電體由抗氧化的銅質(zhì)材料制造。
屏內(nèi)設(shè)有專用接地銅排（不小于100mm2）。接地考慮到設(shè)備間的壓差和噪音，屏和設(shè)備配有接地端子。
遙信輸入經(jīng)過220V光隔端子隔離；跳合閘出口設(shè)置硬壓板。
端子排裝于柜后兩側(cè)，如果不同單位的設(shè)備于同一柜上，端子排分別安排以便檢修與維護。
端子排的額定電壓為500V，耐受2000V工頻電壓試驗1分鐘。
提供一定數(shù)量的端子排，每排至少有10％的備用端子。
端子排的基礎(chǔ)為高質(zhì)量非易燃絕緣材料。
端子前應(yīng)有足夠的空間。
回路的正負極性線連接至相鄰端子排上。
每端子可容納4mm2連接線，電源正、負端子及跳合閘回路端子不應(yīng)相鄰。

每一套保護裝置的24V或48V直流電源應(yīng)通過直流空氣開關(guān)提供且操作電源和保護電源分開，開關(guān)具有一定的開斷容量。

電力微機保護網(wǎng)