1、概述
 
现阶段，很多电站的屏柜还没有进行升级改造，励磁装置不是微机励磁。近几年更换的屏柜虽然同期与励磁都由微机来实现，但是其自动化的程度低，达不到一键开机，自动关机等的要求，而装配的主断路器、刀闸开关等一次设备还是市场上的主流产品，并不落后，可以继续使用好几年。现如今，一体化屏已经是市场上主流，很多业主现在使用的是常规屏，才更换几年，虽然自动化程度低，但还可以勉强使用，苦于资金的压力或不想花太多的钱升级为一体化屏。
 
在这样的背景下，我公司结合用户之所需，开发出了新产品：SD9000水电站自动化控制箱（以下简称为控制箱）。控制箱在不影响现有屏柜的使用情况下，结合现有屏柜内一次设备与相关的二次设备形成一套完整的系统，达到了自动控制与少人值守的目的，为用户大大减少了升级的成本，减轻了电站工作人员劳动强度，是此类型用户佳的经济方案。    
 
一面屏柜配一个控制箱，使用于额定电压400V、单机容量1250KW及以下的水轮发电机组。 


2、水电站自动化控制箱主要功能

水电站自动化控制箱主要由水电站自动化控制装置和微机励磁装置组成，配合原电站发电机出线屏、手电动操作器组成水电站自动化控制系统，达到水电站自动化运行的目的。
 
水电站自动化控制箱具有自动开/停机、调速/调功、励磁调节、自动准同期、自动功率调节、温度检测、机组飞逸保护、电流保护、电压保护、485通讯等功能。
 
1、 自动开机、停机
自动开机：当系统处于开机准备就绪状态后，现地或根据水位高度发出开机指令，水电站自动化控制箱收到开机指令后，调节调速器，将水轮发电机组调节至空载状态。
 
自动停机：水轮发电机组处于工作状态时，现地或根据水位高度发出停机指令，水电站自动化控制箱收到停机指令后，调节调速器将水轮发电机组功率降至空载，分开断路器，关闭水轮发电机组至停机状态。
 
2、 自动同期
发电机的频率与电压接近系统的频率与电压时，启动准同期程序，当频差合格、压差合格、相差合格时，水电站低压机组自动化装置发出
 
合闸指令，断路器合闸，机组与电网准同期并网。
 
3、 自动调功
检测到同期合闸信号后，自动调节功率，用户可以选择以下调功模式
模式一：有功的调节是根据用户整定的功率值，装置自动调节水轮机导叶，使功率稳定在整定值，当水位下降到水位下限时，系统将输出报警信号，系统将启动关机程序，减小负荷至空载，分开断路器，并且关小水轮机的开度，作停机处理。
 
模式二：根据水位探测器的信号，自动调节功率，水位在上限时满负荷发电，水位在下限时自动停机，根据运行水位高度自动调节有功功率，水位低于运行水位时减小有功功率，水位高于运行水位时增加有功功率，使水位一直维持在运行水位，使水轮发电机组运行在佳出力状态，运行水位根据电站实际情况设置。
4、 测量
水电站低压机组自动化装置有自动测量功能，在SD9000水电站低压机组自动化装置显示屏上，可以显示电压、频率、电流、有功功率、无功功率、功率因素和发电机组温度等。
 
5、发电机保护功能
速断保护：5~50A，延时0S，保护出口动作并跳闸。
定时过流保护：0.5~10A，延时可设置在0~3S，保护动作并跳闸。
过电压保护：电压可设置在0~560V，延时0~3S，保护动作并跳闸。
低电压保护：电压可设置在0~400V，延时0~3S，保护动作并跳闸。
高频保护：频率可设置在50~90Hz，延时0~3S，保护动作并跳闸。
低频保护：频率可设置在0~50Hz，延时0~3S，保护动作并跳闸。
温度保护：实时巡检8路温度，分两档保护，温度高报警，温度过高跳闸。
 
以上各种保护定值及动作延时均可由用户自行设定。在事故发生时，水电站低压机组自动化装置发出警报，并发出跳闸命令，使断路器跳闸，同时快速减少开度至关机。
 
6、 组网功能
微机控制器有一个RS485通讯口，与后台机相连，亦可以多台机组同时联接，组成一个现地控制网络。
 
在后台机上，可以远距离操作与控制各台水轮发电机组；实时显示各机组的运行状况；将各台机组发电的电气量组成表格，打印数据；绘制运行参数的负荷曲线；事故记录及打印；历史数据召唤；电量的累加计算与统计等功能。


3、系统配置 


3.1 水电站低压机组自动化装置  

3.1.1 外型结构： 
单元箱的中央有一块大屏幕的液晶显示屏，它用汉字显示各种信息：开机、同期、调有功、调无功、各种电量显示、水位显示、保护动作信号、事故状态显示、关机过程、通信状态等等。下边的按钮，用来操作、查看、 设置、修改等功能。
3.1.2 SD9000-K-C的内部结构 
SD9000-K-C由主板及外围电路组成，主板是单元箱的核心。并采用了双CPU的结构。其中一个CPU用来作自动准同期及发电机的各种保护动作；另一个CPU则用作电气量的测量、模拟量的测量及水机的自动控制之用。
 
我公司的主板采用四层印刷线路板结构，同时采用全悬浮式结构（所谓全悬浮式结构是指CPU板没有地线与外界相连，各种电气量经过小CT、小PT隔离，开入量及开出量均经过光电隔离，通信口也经过光电隔离），故有极强的抗电磁干扰能力。因而SD9000-K-C性能稳定，工作可靠。

3.2 SD9000-L微机励磁控制装置
SD9000-L微机励磁控制装置为全数字化控制，采用新高端工业级单片机。具有高可靠性、高速度，极强的抗干扰性能。
本装置适用于1000KW及以下的发电机机组。本装置操作简单，具有多种保护功能，能满足发电机单机、并网等方式的运行要求，是中小型发电机组的理想励磁控制调节装置。

3.2.1 类型
分有刷励磁与无刷励磁
1）有刷励磁：励磁部分有功率单元（励磁变压器、三相半控整流桥）和励磁调节器（电源、测量同步变压器单元、自动高速单元、触发单元、数字给定单元）两大部分组成，其中励磁调节器还包含跟踪单元及过压检测等辅助单元。励磁电源从发电机出口端经励磁变压器降压隔离后，由三相半控整流桥整流，向发电机转子提供一个自动/手动调节的励磁电源，实现自并激励磁。
 
2）无刷励磁：其功率单元为与发电机同轴的励磁机，以控制励磁机输入小电流的方式来控制其输出的大电流。直接对发电机的A相进行可控整流，励磁装置内自带可控硅，通过控制可控硅的触发角来控制输出电流的大小，励磁装置输出电流直接接到发电机的励磁机绕组，通过励磁机放大成大电流在发电机内形成稳定可调的磁场，励磁装置输出的电流直接决定发电机的电压高低或无功功率的大小，从而达到控制小电流以实现大电流的控制。
 
无刷励磁根据机内整流电路的不同分成两种型式。SD9000-L-W3半桥型, 采用单相半波整流电路,输出电压为0～102VDC,适用于额定励磁电压90V、额定励磁电流20A以下的发电机组。SD9000-L-W3全桥型, 采用单相半控桥式整流电路,输出电压为0～205VDC,适用于额定励磁电压180V、额定励磁电流20A以下的发电机组。

3.2.2、微机励磁系统技术指标
1）、调压范围：（30%～130%）Ue
2）、调压精度：优于0.5%
3）、频率特性：频率每变化1%，发电机端电压变化<0.1%Ue
4）、零起升压：超调量<10%～15%，调节时间3～5秒，振荡次数3～5次
5）、10%阶跃响应：超调量<5%，振荡次数1次，调节时间<3秒
6）、甩额定无功负荷：超调量<15%Ue，振荡次数<3次，调节时间<5秒
7）、可控硅控制角分辨率：0.036度
 
 
 
4、设计标准 

4.1.箱体的标准                                                       
1、结构形式设计成封闭，通风良好的立式结构，便于控制电缆的连接、检查和维护。
2、箱体具有足够的机械强度，能防尘、防潮、防止小动物。                                   3、箱体配置前门，密封的前门带锁；开关门时，装置不误动。              
4、箱体和其它设备应能承受规定的振动并不误动。                     
5、外型尺寸：高1120mm，宽600mm，深345mm。
 
      4.2柜内的布线及端子
布线整齐、清晰、美观，导线绝缘良好，无损伤，电流回路截面不小于2.5mm2和1000V耐压绝缘绞线，其它回路截面不小于0.5mm2和1000V耐压绝缘绞线。
设备接线端部均标明其回路编号，编号正确，字迹清晰且不易褪色。
端子排的基础为高质量非易燃绝缘材料，额定电压为500V，耐受2000V工频电压试验1分钟。接线端子每侧接线为一根，每端子可容纳4mm2连接线。
 

5、使用环境条件 

1、环境温度：-10℃～ 45℃ ;
2、海拔：3000米及以下;
3、相对湿度：<95%（25℃时）;
4、水电站应有良好的防雷措施，本设备不能抗拒直接的雷击;
5、箱体外壳应安全接地。