水電站自動化技術(shù)及其應(yīng)用的研究

鄧 飛

(遵義水利水電勘測設(shè)計(jì)院，貴州遵義 563000)

水電站自動化技術(shù)及其應(yīng)用的研究

鄧 飛

(遵義水利水電勘測設(shè)計(jì)院，貴州遵義 563000)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，我國的水利事業(yè)也在快速發(fā)展，近年來，由于受到能源危機(jī)的影響，國家對能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，水電開始成為了我國電能的重要來源之一，因而，水電站建設(shè)也越來越多，其自動化技術(shù)開始發(fā)揮越來越大的作用。水電站的自動化擔(dān)負(fù)自動監(jiān)測機(jī)組和輔助設(shè)備的狀態(tài)。文章結(jié)合實(shí)例探討了水電站自動化技術(shù)的內(nèi)容及其應(yīng)用，希望對于類似的工程起到一定的幫助作用。

水電站;自動化技術(shù);應(yīng)用

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對于水電站自動化技術(shù)的要求也越來越高。電能的生產(chǎn)、傳輸、分配、消費(fèi)是一個連續(xù)的過程，具有發(fā)、供、用同時完成的特點(diǎn)。

電力系統(tǒng)內(nèi)有功率不足或剩余時，將引起系統(tǒng)頻率的降低或升高;電力系統(tǒng)內(nèi)無功功率盈缺，將造成系統(tǒng)電壓升高或降低［1］。

單個發(fā)電機(jī)組孤立供電，電力系統(tǒng)電能的質(zhì)量及電力生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性主要有機(jī)組或電站本身的保護(hù)和自動裝置及遠(yuǎn)方控制，手動操作保證。

1 水電站自動化的內(nèi)容

水電站自動化包括完成對水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式的自動控制、完成對水工建筑物運(yùn)行工況的控制和監(jiān)視幾個方面。

1)完成對水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備運(yùn)行工況的監(jiān)視，如對發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子回路各電量的監(jiān)視，對機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)工作的監(jiān)視等［2］。

2)完成對水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式的自動控制一方面，使得上述各項(xiàng)操作按設(shè)定的程序自動完成。通過對水電站的實(shí)際情況進(jìn)行考察分析，找到水電站運(yùn)行的最合適的機(jī)組數(shù)量，在不同的位置使用不同型號的機(jī)組，使各個機(jī)組都能夠?qū)崿F(xiàn)合理負(fù)荷。這樣以來，在某個機(jī)組發(fā)生故障時不會影響到其他機(jī)組的正常使用，而且其他機(jī)組還能夠分擔(dān)故障機(jī)組的負(fù)荷。

3)完成對水工建筑物運(yùn)行工況的控制和監(jiān)視，如攔污柵是否堵塞的監(jiān)視，引水壓力管的保護(hù)等。

4)完成對主要電氣設(shè)備的控制、監(jiān)視和保護(hù)。

2 水電站自動化應(yīng)用案例

2.1 工程概況

魏家洲電站建于1978年，1980年投產(chǎn)，共3臺機(jī)組，容量為800 kW×3臺。隨著時代的發(fā)展和對水電能源需求量的增加，目前的電站已經(jīng)無法適應(yīng)需求，而且由于設(shè)備年代較為久遠(yuǎn)，老化嚴(yán)重，自動化程度低，在相關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)下，開始對魏家洲電站進(jìn)行改造。

2.2 主設(shè)備改造

主設(shè)備改造包括水輪機(jī)的改造和其他設(shè)備的改造。

2.2.1 水輪機(jī)的改造

水輪機(jī)是水電站主要設(shè)備之一，對其改造包括以下3步:

1)要根據(jù)工程的實(shí)際情況，結(jié)合電站之前的水輪機(jī)設(shè)計(jì)型號設(shè)計(jì)出新的轉(zhuǎn)輪，只有這樣才能夠最大程度的提高過流能力，才能夠提高整個電站的發(fā)電效率。

經(jīng)過改造后轉(zhuǎn)輪的出力能力大大提升，相對于之前增加了200 kW，與水電站的其他設(shè)備配合更加緊密，而且還能夠在不影響工作效率的同時減少水利腐蝕和其他副作用，但是投入改造的資金也不少。

2)要對發(fā)電機(jī)組的主軸進(jìn)行更換，更換時需要考慮到轉(zhuǎn)輪的性能，與之相匹配。

3)對其他部件的更換，由于使用年限比較久，很多過流部件都已經(jīng)開始損壞，損壞程度已經(jīng)開始影響到水輪機(jī)轉(zhuǎn)動效率。因此，必須對這些部件進(jìn)行重新檢查和更換，以便提高水輪機(jī)的工作效率［3］。

2.2.2 其他設(shè)備的改造

2.2.2.1 改造前的基本情況

1)調(diào)速器系統(tǒng):調(diào)速器是水電站自動化的重要環(huán)節(jié)，水電原有的調(diào)速器可以實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)機(jī)，但是由于水電站運(yùn)行情況的復(fù)雜性，這個功能一直是出于休眠狀態(tài)［4］。

2)調(diào)速油壓單元:原有的水電站具有基本的顯示功能，但是并沒有實(shí)現(xiàn)油壓調(diào)速自動化。

3)勵磁系統(tǒng):原有的水電站由于受到技術(shù)和條件的限制，采用的是受到調(diào)節(jié)的方式對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方法比較麻煩，需要操作人員用手轉(zhuǎn)動電阻，無形之中增加了事故發(fā)生的概率，容易造成安全事故的發(fā)生。

4)高壓開關(guān)柜單元:原有的水電站高壓開關(guān)柜比較多，是其他設(shè)備的幾倍，主要用來控制斷路器。原有水電站高壓開關(guān)柜上都配有電表，但是這些數(shù)據(jù)需要工作人員自己去讀取，無法實(shí)現(xiàn)通信，在工作人員比較粗心的情況下容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，而且，這種方式也不安全，效率也比較低。

5)動力屏單元:原有的水電站動力屏分布較為分散，這也增加了這個單元的自動化難度。

6)保護(hù)系統(tǒng):保護(hù)系統(tǒng)包括4面，主要為各發(fā)電機(jī)服務(wù)，但是保護(hù)屏使用時間較長，效果并不理想。

7)碟閥控制單元:原有水電站的蝶閥控制無法準(zhǔn)確定位全開或者全關(guān)這兩種狀態(tài)下的位置，它只能定位部分行程位置。

8)集水井控制單元:原有的水電站集水井無法進(jìn)行自動控制，也不能夠現(xiàn)實(shí)水位，只具有提示設(shè)置的水位臨界點(diǎn)的功能。

9)中控室屏柜設(shè)置:原有的水電站中控室屏有八面，主要分為控制屏和保護(hù)屏，這些屏柜為中控室的功能的發(fā)揮起著重要的作用。

10)水位監(jiān)測:原有水電站無法進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，只能通過人工定時檢查，既浪費(fèi)了人力也浪費(fèi)了物力。

11)技術(shù)供水單元:原有的水電站無法實(shí)現(xiàn)自動控制和檢測水利，工作人員只能夠手動的控制進(jìn)水流量。

12)測溫單元:原有的水電站配置了溫度測量表，但是由于年久失修，已經(jīng)無法進(jìn)行溫度測量了。

13)同期單元:手動同期，機(jī)械表頭指示。

2.2.2.2 改造后的基本情況

1)調(diào)速器系統(tǒng):經(jīng)過改造后的調(diào)速器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動化，通過對導(dǎo)葉進(jìn)行改造實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)葉的自動控制。

調(diào)速器也能夠自動開關(guān)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制機(jī)組，提高了工作效率。

2)調(diào)速油壓單元:通過對調(diào)速油壓單元進(jìn)行升級改造，使油壓控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)能夠自動顯示或者提供信號，實(shí)現(xiàn)調(diào)速油壓單元的自動控制。調(diào)速油壓單元在整個水電站自動化中起著非常重要的作用，實(shí)現(xiàn)對這個單元的自動化對于實(shí)現(xiàn)整個水電站自動化來說是非常重要的環(huán)節(jié)。

3)勵磁系統(tǒng):由于原有的勵磁系統(tǒng)在很大程度上制約了自動化實(shí)現(xiàn)的步伐。因此，改造工程中重點(diǎn)對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造。

通過對最大和最小勵磁的改造，目前的勵磁系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控的功能，大大方便了水利工程的建設(shè)。

4)高壓開關(guān)柜單元:在原有水電站的高壓開關(guān)柜上升級顯示表，這樣既能發(fā)揮之前自動控制的功能，工作人員也能夠及時了解短路器的相關(guān)數(shù)據(jù)。

5)動力屏單元:通過對監(jiān)控系統(tǒng)的改造實(shí)現(xiàn)動力屏的自動化，這樣才能夠?yàn)樗娬緦?shí)現(xiàn)自動化提供保障。

6)保護(hù)系統(tǒng):對原有的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，使用更加精確的保護(hù)系統(tǒng)來替代原來的。

7)碟閥控制單元:對碟閥的電動回路和反饋行程進(jìn)行改造，使其具有對啟動和停止電動控制回路遠(yuǎn)方接口，并能以空節(jié)點(diǎn)形式提供啟動電機(jī)和停止電機(jī)的信號。

增設(shè)對碟坑的實(shí)際水位進(jìn)行監(jiān)測的變送器，并根據(jù)現(xiàn)場條件，專門就地設(shè)計(jì)了碟閥控制箱，解決了原碟閥操作回路外置現(xiàn)象。在美觀性、整體性、維修方面都提高了設(shè)備管理水平。

8)集水井控制單元:對集水井的電動回路和信號回路進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)對集水井的自動控制功能及增設(shè)對集水井的實(shí)際水位監(jiān)測變送器，完成實(shí)際水位的實(shí)時測量。并具有對控制電機(jī)的啟動和停止遠(yuǎn)方接口，以空節(jié)點(diǎn)形式提供遠(yuǎn)方啟動電機(jī)和停止電機(jī)的信號。

9)中控室屏柜設(shè)置:替換原所有8面屏柜，更換為“機(jī)組自動控制保護(hù)屏3面，微機(jī)線路主變保護(hù)屏1面，同期監(jiān)控屏1面”共5面屏柜。并對中控室的布局進(jìn)行的重新設(shè)計(jì)和裝修。

10)水位監(jiān)測:增設(shè)前池水位、尾水水位變送器，并輸出4～20mA的電流信號提供計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成實(shí)時測量功能。

11)技術(shù)供水單元:加裝進(jìn)水控制電磁閥，提供電磁閥的遠(yuǎn)方控制接口，并配置管道示流信號，傳送至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)供水回路的自動控制。

12)同期單元:同期單元的改造是通過自動和手動同時作用的方法進(jìn)行改造的。

通過長時間的改造工程，該水電站基本上實(shí)現(xiàn)了自動化，實(shí)現(xiàn)了各個系統(tǒng)單元的自動化，這些對于水電站的長久發(fā)展都起著關(guān)鍵的作用，目前，改造后的水電站結(jié)構(gòu)圖見圖1。

3 結(jié)語

如今，我國水電站的發(fā)展已取得了很大的進(jìn)步，水電站綜合自動化的技術(shù)也為水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全運(yùn)行起到了非常重要的作用。

同時，人們的知識需要大量的補(bǔ)充和更新，才能跟上新技術(shù)發(fā)展的潮流，更好的負(fù)擔(dān)起提高我國中小型水電站自動化水平的任務(wù)。

鑒于水電站自動化技術(shù)對于我國水利事業(yè)發(fā)展的重要性，因此，本文研究這個課題具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］夏書軍，程志武，周曉東.自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2010(02):188-189.

［2］謝勇.水電站自動化技術(shù)及其應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)業(yè)家，2013(16):63.

［3］鄭曲全.淺談水電站自動化技術(shù)及其應(yīng)用［J］.大眾科技，2008(05):131-132.

［4］杜承云.淺談水電站自動化技術(shù)及其應(yīng)用［J］.信息通信，2012(01):152-153.

TV736

B

1007-7596(2014)05-0166-03

2013-08-20

鄧飛(1986-)，男，貴州習(xí)水人，助理工程師。