張景暉
摘 要:水電站在防洪、發(fā)電、航運等方面都起著至關重要的作用,為社會經濟發(fā)展做出了巨大的貢獻,而水輪發(fā)電機組又是水電站重要的一部分。水電站投產初期,每臺水輪發(fā)電機都會安裝一套調速器并配置機械液壓操作裝置以保證水輪發(fā)電機組調速系統(tǒng)的正常運行。因此,本文借助某水電站調速器電氣控制系統(tǒng)的實例,重點分析其調速器電氣控制系統(tǒng)設計和改造的相關問題,希望借此分析為水電站電氣控制系統(tǒng)的研究與發(fā)展提供相應參考。
關鍵詞:水電站;調速器;電氣控制系統(tǒng)設計;改造
隨著我國經濟的穩(wěn)健發(fā)展,人們對水電站的功能要求越來越高,水電站中電氣設備數量的種類和數目在不斷增加,其運行過程中出現故障的概率也就逐漸提高,調速器在水電站中發(fā)揮的重要作用越來越明顯。因此,對水電站調速器進行電氣控制系統(tǒng)改造設計時,必須保證設計和改造的科學性與合理性,從而保證水電站的正常運行。
1 水電站調速器電氣控制系統(tǒng)設計
1.1 系統(tǒng)選型設計
水電站調速器電氣控制系統(tǒng)的作用主要是保障電氣設備及線路平穩(wěn)安全運行,保證水電站防洪、發(fā)電等功能的正常實施。通過自動控制、數據測量及分析、電路保護等功能,對整個電路進行監(jiān)管保護或反映電路運行中發(fā)生的問題及故障,使整個水電站電氣控制系統(tǒng)正常運轉。在對水電站調速器電氣控制系統(tǒng)進行監(jiān)控設計時,主要采用集中監(jiān)控設計、遠程監(jiān)控設計或現場總線監(jiān)控設計等思路,切實對相關數據進行實時監(jiān)控和整理記錄,并對其進行全面、詳細的分析,以保障水電站發(fā)生故障時在盡可能短的時間內發(fā)現并采取相應措施使得水電站正常運行。因此,水電站調速器電氣控制系統(tǒng)類型的選擇對整個水電站正常運行極為重要,值得相關人員重視。此外,水電站經過長時間的運行,機組調速器電氣控制系統(tǒng)往往會出現嚴重問題,但調速器的機械部分運行大多較為穩(wěn)定。因此,大多數水電站改造主要是對其機組的電氣控制系統(tǒng)進行改造,且改造系統(tǒng)往往選擇和原控制系統(tǒng)以保證改造后水輪機組的電氣控制系統(tǒng)與其機調部分有效連接,進而增強水電站運行的安全可靠性。
1.2 系統(tǒng)的配置設計
在水電站調速器電氣控制系統(tǒng)設計中,可配置兩個基本模塊:UPC單元處理模塊和SPC位置調節(jié)模塊。針對UPC單元處理模塊,需要對其進行調速功能的設計和改造;對SPC位置調節(jié)模塊,需要設置驅動電液轉換器保證其對接力器的形成進行有效的控制。為提高調速器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,采用冗余模式對系統(tǒng)進行改造,配備兩套T-SLG型控制系統(tǒng)完全冗余模式:一套主用一套備用。水電站調速器電氣控制系統(tǒng)正常運行時,默認主用裝置的兩個模塊對系統(tǒng)調速器進行控制和調節(jié),備用裝置的兩個模塊則對主用裝置的兩個模塊進行實時的數據監(jiān)控與分析管理。在主用模塊出現故障時自動切換為備用模塊,借此實現無擾動提高調速器系統(tǒng)工作穩(wěn)定性、可靠性的功能。
1.3 控制電源設計
水電站調速器電氣控制系統(tǒng)一般設置為2路電源:220V直流電源和220V交流電源,分別接入2個電源模塊并轉換成DC24V的電源。通過相應設計使電路形成DC24V電源相互熱備,為電氣控制系統(tǒng)提供工作電源、控制回路電源等。這樣的電路設計使系統(tǒng)中的工作電源和控制電源的電壓都為DC24V,極大程度上提高了設備運行的穩(wěn)定性和可靠性,同時增強了設備維護工作的安全性。
1.4 調速器測頻設計
水電站調速器電氣控制系統(tǒng)的測頻設計可采用2套完全冗余的T-SLG系統(tǒng),在2套系統(tǒng)中都設置2路測頻:齒盤測頻和PT電壓測頻。當調速器系統(tǒng)正常運行時,每套裝置的單元處理模塊以電壓測頻為主,而齒盤測頻則會在電壓測頻發(fā)生故障時自動發(fā)揮作用。在機組空載狀態(tài)運行過程中,主用裝置單元處理模塊的電壓測頻和齒盤測頻均發(fā)生故障時,電氣控制系統(tǒng)就會自動切換到備用裝置,同時發(fā)出主用裝置主故障的信號。即使機組在并網運行的過程中出現主用模塊的電壓測頻和齒盤測頻都發(fā)生故障的情況,電氣控制系統(tǒng)也不需要切換到備用裝置運行,因為此故障并不會影響機組正常并網發(fā)電以及調節(jié)控制等,但是會發(fā)出主用裝置小故障的信號。備用系統(tǒng)的測頻邏輯和此邏輯相同。
1.5 控制方式設計
水電站調速器控制系統(tǒng)的控制模式可分為以下4種:功率反饋模式、導葉開度反饋模式、模擬量4~20mA設定模式和串口通訊模式。在電氣控制系統(tǒng)正常運行情況下,發(fā)電機組能通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)對系統(tǒng)的功能狀況進行控制和管理,從而對系統(tǒng)的功能進行調節(jié)。當電氣控制系統(tǒng)中相應模式的繼電器處于關閉狀態(tài)時,應將調速器的控制模式設置為導葉開度反饋控制模式。當調速器的控制模式為模擬量4~20mA設定模式時,調速器系統(tǒng)模擬量反饋模式繼電器R7就會切入電路。在水電站的實際運行過程中,我們要根據控制量對控制模式進行科學選擇,以便更好的對調速器進行控制,從而保證整個水電站的正常運行。
2 實際運行與效果評價
水電站電氣控制系統(tǒng)存在的問題是否得到解決需通過實踐進行檢驗。某水電站調速器電氣控制系統(tǒng)的實際運行結果證明,改造后的調速器系統(tǒng)操作更加方便快捷,功能指標均符合相應要求,解決了老系統(tǒng)存在的問題,極大程度上滿足了電網的需要,同時為其它地區(qū)水電站電氣控制系統(tǒng)的設計和改造提供了范例。
3 結論與展望
通過對水電站電氣控制系統(tǒng)設計和改造的分析可知,電氣控制系統(tǒng)的改造是水電站電氣控制系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)。良好的改造方案可以增強水電站調速器系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性,為水電站經濟合理運行提供了另一種方案。
總之,隨著現代社會的不斷發(fā)展,水電站電氣控制也在朝著統(tǒng)一化、智能化、自動化的方向發(fā)展。在對電氣控制系統(tǒng)進行設計和改造時,我們應該多方面考慮,盡量找出經濟合理、安全可靠的方式對其進行改造和設計。
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