電氣自動(dòng)化在水電站中的應(yīng)用

肖鵬

摘要：電氣設(shè)備自動(dòng)化制造程度提高是我國(guó)水力發(fā)電廠現(xiàn)代化的重要?dú)v史標(biāo)志之一，同時(shí)電氣自動(dòng)化制造技術(shù)也也是保證水力發(fā)電廠安全生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不可或缺的重要技術(shù)手段。本文主要重點(diǎn)介紹了水電站工程自動(dòng)化的主要目的和具體內(nèi)容以及水利電氣工程自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，闡述了水利電氣工程自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)在我國(guó)水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用重要性。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化;水電站;應(yīng)用

引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，水力發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種新型自動(dòng)化裝置不斷推出，水力發(fā)電廠的自動(dòng)化水平有了很大的提高。水電站系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備自動(dòng)化的最大一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它大大提高了水電站設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性、運(yùn)行過(guò)程中的成本經(jīng)濟(jì)性、電能綜合利用后的質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率的大大提高和農(nóng)村居民日常勞動(dòng)生活條件的大大明顯改善。

一、水電站概述

水力能源發(fā)電電能是廣泛指水力利用不同水流的運(yùn)動(dòng)勢(shì)能強(qiáng)度差異所產(chǎn)生的大量電能。其工作原理主要是將大量水能將其轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌麢C(jī)械性電能，然后再將其轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌娔??；兪拱l(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換回電能，電流可通過(guò)升壓變壓器和配電輸電線路輸送到負(fù)載中間接受電能。水量和水頭是構(gòu)成水力發(fā)電的條件因素。

二、分析水電站自動(dòng)化的內(nèi)容

1.完成對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式的自動(dòng)控制

一方面基本實(shí)現(xiàn)了電機(jī)起動(dòng)運(yùn)停自動(dòng)并聯(lián)、發(fā)電自動(dòng)調(diào)相和火力調(diào)相并聯(lián)輸電的全程自動(dòng)化，使上述各項(xiàng)操作按用戶設(shè)定的操作程序自動(dòng)運(yùn)行完成，另一方面又使水車發(fā)電廠各機(jī)組按自動(dòng)程序維護(hù)可使系統(tǒng)合理經(jīng)濟(jì)運(yùn)行根據(jù)水車發(fā)電廠的實(shí)際要求和用戶具體情況，自動(dòng)選擇最佳運(yùn)行臺(tái)數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配，并根據(jù)機(jī)組的無(wú)功功率自動(dòng)調(diào)整活動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載的變化。另外，當(dāng)工作部分發(fā)生事故或電網(wǎng)頻率降低時(shí)，可自動(dòng)啟動(dòng)并切換到備用部分，如果電網(wǎng)頻率過(guò)高，可能會(huì)自動(dòng)切斷部分機(jī)組離開(kāi)。

2.完成對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備運(yùn)行工況的監(jiān)視

發(fā)電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子鐵芯回路負(fù)載電量變化監(jiān)測(cè)，定子鐵芯繞組傳動(dòng)軸承及定子鐵芯及配套發(fā)動(dòng)機(jī)各種零部件回路溫度變化監(jiān)測(cè)，機(jī)組內(nèi)部潤(rùn)滑油及冷卻系統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。在異常工作環(huán)境或事故的情況下?？焖僮詣?dòng)地發(fā)送信號(hào)或采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，例如緊急停止。

3.完成對(duì)輔助設(shè)備的自動(dòng)控制

包括控制各種油泵、水泵、空氣壓縮機(jī)等，一旦發(fā)生事故，輔助設(shè)備自動(dòng)切換到待機(jī)狀態(tài)。

三、水電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大：一臺(tái)機(jī)組配置一面控制保護(hù)屏，即可完成機(jī)組數(shù)據(jù)（交流量、開(kāi)關(guān)量、溫度）監(jiān)視、機(jī)組順控、低壓斷路器、自動(dòng)準(zhǔn)同期、微機(jī)保護(hù)、微機(jī)勵(lì)磁及計(jì)量等功能。

高集成性、穩(wěn)定可靠：將一次和二次設(shè)備集成在一面屏內(nèi)，簡(jiǎn)化了一二次設(shè)備的設(shè)計(jì)工作，減少了設(shè)備的接口環(huán)節(jié)，提高了可靠性;

操作簡(jiǎn)單、使用方便：產(chǎn)品按照“無(wú)人值班”運(yùn)行要求設(shè)計(jì)，自動(dòng)化程度高，日常機(jī)組控制可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地“一按開(kāi)停機(jī)”完成機(jī)組并網(wǎng)，也支持遠(yuǎn)程的“一鍵開(kāi)停機(jī)”完成并網(wǎng)。

施工簡(jiǎn)單、維護(hù)方便：減少了電纜進(jìn)出線，節(jié)約了電纜和電纜敷設(shè)工作，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)方便。

該產(chǎn)品與低壓機(jī)組調(diào)速裝置配合使用，使低壓機(jī)組水電站真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班。

四、設(shè)備選型及自動(dòng)化設(shè)計(jì)

1.PLC在軸流槳式水輪機(jī)調(diào)速器中的應(yīng)用

軸流式槳葉渦輪機(jī)廣泛用于中低水頭發(fā)電廠。由于渦輪葉片可以根據(jù)水量與導(dǎo)葉配合，可以通過(guò)增加增壓渦輪的雙啟動(dòng)頭適用范圍，為大型電廠建設(shè)創(chuàng)造更多的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。水輪發(fā)電機(jī)組德國(guó)制造商為其設(shè)計(jì)制造的新型渦輪機(jī)機(jī)組提供了衡量一組不同葉片揚(yáng)程的每個(gè)導(dǎo)葉葉片開(kāi)度和不同葉片縱向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的橫向關(guān)聯(lián)系數(shù)曲線。調(diào)壓器制造商根據(jù)此曲線在調(diào)速器中設(shè)置導(dǎo)葉和葉片。關(guān)聯(lián)關(guān)系。但由于電廠實(shí)際運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)揚(yáng)程變化，上下游水位變化與廠家提供的參數(shù)相差很大，設(shè)備運(yùn)行性能不佳，無(wú)法達(dá)到最佳狀態(tài)。到相關(guān)曲線。因此，該類設(shè)備的調(diào)速器必須采用PLC的調(diào)速器，可以改變程序。在裝置調(diào)試和后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，可以獲得不同揚(yáng)程、上下游水位、手動(dòng)耦合導(dǎo)葉和葉片的最佳接合曲線，然后修改并輸入原始耦合曲線。

2.PLC在調(diào)節(jié)水庫(kù)式電站調(diào)速器中的應(yīng)用

蓄水電廠的運(yùn)行水頭變化很大。這類電廠的調(diào)速器和起動(dòng)機(jī)開(kāi)度通常是按汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)揚(yáng)程設(shè)計(jì)的，但當(dāng)汽輪機(jī)揚(yáng)程降低時(shí)，汽輪機(jī)低揚(yáng)程運(yùn)行時(shí)，電液調(diào)節(jié)器往往不能使裝置起作用。當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速（自動(dòng)狀態(tài)）時(shí)，往往需要更換芯片來(lái)增加調(diào)節(jié)器的啟動(dòng)開(kāi)度?；蛘?，將電阻與開(kāi)路指示器串聯(lián)，以便穩(wěn)壓器輸出值和開(kāi)路指示器在啟動(dòng)組之間產(chǎn)生差異。當(dāng)發(fā)電廠的水頭小于設(shè)計(jì)水頭時(shí)，應(yīng)更換芯片或去掉串聯(lián)電阻，防止設(shè)備啟動(dòng)過(guò)快，開(kāi)放性好。

五、水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

1.系統(tǒng)構(gòu)成

主控控制單元主要采用智能計(jì)算機(jī)、可編輯的程序控制器（plc）或其他智能i/o、微機(jī)作為繼電保護(hù)和開(kāi)關(guān)專用化的智能自動(dòng)測(cè)控控制單元，通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)與各本地檢測(cè)控制站、智能單元等連接。它們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線有機(jī)連接，形成一個(gè)基于功能分工的分層分布式綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（1）開(kāi)放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，層次清晰，可擴(kuò)展性好。（2）分層分布式系統(tǒng)，可根據(jù)監(jiān)控目標(biāo)和功能進(jìn)行配置，優(yōu)秀的分布性、開(kāi)放性和靈活性。（3）可靠性高。（4）靈活的配置界面，強(qiáng)大的人機(jī)界面功能和友好的界面，易于掌握，設(shè)計(jì)、調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方便。

3.系統(tǒng)主要功能

（1）電站設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄：包括開(kāi)關(guān)信息監(jiān)測(cè)、模擬量信息監(jiān)測(cè)、故障/事故等鬧鐘。記錄顯示、記錄顯示SOE點(diǎn)數(shù)。（2）實(shí)現(xiàn)電廠自動(dòng)化控制：根據(jù)電廠自身的具體情況，包括上級(jí)調(diào)度要求和自動(dòng)化，對(duì)電廠設(shè)備進(jìn)行操作或調(diào)整;裝置啟停及并機(jī)運(yùn)行及工況自動(dòng)轉(zhuǎn)換、裝置有功和無(wú)功負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)、發(fā)電自動(dòng)控制AGC、電壓自動(dòng)控制AVC、斷路器動(dòng)作等（3）市電保護(hù)及監(jiān)控發(fā)電機(jī)、主變壓器、線路設(shè)備及輔助設(shè)備等或設(shè)定值，所有報(bào)表可自動(dòng)打印或調(diào)用，對(duì)操作人員進(jìn)行模擬培訓(xùn)等。（5）系統(tǒng)通訊：高層調(diào)度、水基計(jì)量報(bào)告系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)和其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)信息資源共享，充分發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的綜合效益。

結(jié)束語(yǔ)

水電站全部采用電力自動(dòng)化發(fā)電系統(tǒng)后，不僅不但可以有效提高水電站運(yùn)行的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行可靠性，保證全站電能利用質(zhì)量。由于系統(tǒng)“五遙”的實(shí)現(xiàn)，電站運(yùn)行能及時(shí)掌握前池水位變化，避免了因水頭高，運(yùn)行人員觀察不便而造成水位過(guò)高浪費(fèi)水資源;避免了因維護(hù)的疏忽而造成常規(guī)保護(hù)系統(tǒng)故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)釀成設(shè)備事故;避免了系統(tǒng)事故跳閘運(yùn)行人員操作延誤造成機(jī)組飛車事故等，從而大大提高了電站運(yùn)行的安全性和可靠性。此外，由于自動(dòng)化程度的提高，電站能及時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)的要求，快速并網(wǎng)升荷，滿足電網(wǎng)需要和電力用戶的需求，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了更大貢獻(xiàn)。水電站建設(shè)電氣工程綜合施工自動(dòng)化管理系統(tǒng)與一個(gè)水電站的質(zhì)量生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益密切息息相關(guān)，隨著現(xiàn)代國(guó)家推進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和促進(jìn)水資源合理開(kāi)發(fā)綜合利用的不斷增加，水電站施工綜合電氣自動(dòng)化管理系統(tǒng)已應(yīng)用成為廣泛。在越來(lái)越多的大型節(jié)水建筑工程中廣泛使用，發(fā)揮更大的節(jié)水作用。

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