電氣自動(dòng)化在水電站中的應(yīng)用

何朝霞

摘要：電氣自動(dòng)化在水電站中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在水電站的自動(dòng)化方面，本文在此基礎(chǔ)上闡述了水電站自動(dòng)化的作用和內(nèi)容，并進(jìn)一步分析了設(shè)備選型及自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化水電站應(yīng)用

一、引言

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)迅猛發(fā)展，電氣自動(dòng)化在水電站中也得到了廣泛應(yīng)用，這又主要體現(xiàn)在水電站的自動(dòng)化方面。水電站的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化的關(guān)鍵部分，是利用計(jì)算對(duì)整個(gè)水電生產(chǎn)過程監(jiān)控的“耳目”“手腳”，它擔(dān)負(fù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)機(jī)組和輔助設(shè)備的狀態(tài)，發(fā)出擬定的報(bào)警信號(hào)、執(zhí)行自動(dòng)操作任務(wù)。水電站自動(dòng)化的程度取決于電站的規(guī)模，電站的型式及主要機(jī)電設(shè)備的性能。

水電站自動(dòng)化就是要使水電站生產(chǎn)過程的操作、控制和監(jiān)視，能夠在無人(或少人)直接參與的情況下，按預(yù)定的計(jì)劃或程序自動(dòng)地進(jìn)行。水電站自動(dòng)化程度是水電站現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)又是水電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必不可少的技術(shù)手段。水電站自動(dòng)化具有提高工作的可靠性、提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、保證電能質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件等作用。

二、水電站自動(dòng)化的內(nèi)容

水電站自動(dòng)化的內(nèi)容，與水電站的規(guī)模及其在電力系統(tǒng)中的地位和重要性、水電站的型式和運(yùn)行方式、電氣主接線和主要機(jī)電設(shè)備的型式和布置方式等有關(guān)。總的來說，水電站自動(dòng)化包括完成對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式的自動(dòng)控制、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、完成對(duì)輔助設(shè)備的自動(dòng)控制、完成對(duì)主要電氣設(shè)備的控制、完成對(duì)水工建筑物運(yùn)行工況的控制和監(jiān)視幾個(gè)方面。

(一)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，實(shí)現(xiàn)開停機(jī)和并列、發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相和調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電等的自動(dòng)化，使得上述各項(xiàng)操作按設(shè)定的程序自動(dòng)完成；另一方面，自動(dòng)維持水輪發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)要求和電站的具體條件自動(dòng)選擇最佳運(yùn)行機(jī)組數(shù)，在機(jī)組間實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組的有功和無功功率等。此外，在工作機(jī)組發(fā)生事故或電力系統(tǒng)頻率降低時(shí)，可自動(dòng)起動(dòng)并投入備用機(jī)組；系統(tǒng)頻率過高時(shí)，則可自動(dòng)切除部分機(jī)組。

(二)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

如對(duì)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子回路各電量的監(jiān)視，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)定子繞組和鐵芯以及各部軸承溫度的監(jiān)視，對(duì)機(jī)組潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)工作的監(jiān)視，對(duì)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)工作的監(jiān)視等。出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)或發(fā)生事故時(shí)。迅速而自動(dòng)地采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如發(fā)出信號(hào)或緊急停機(jī)。

(三)完成對(duì)輔助設(shè)備的自動(dòng)控制

包括對(duì)各種油泵、水泵和空壓機(jī)等的控制，并發(fā)生事故時(shí)自動(dòng)地投入備用的輔助設(shè)備。

(四)完成對(duì)主要電氣設(shè)備(如變壓器、母線及輸電線路等)的控制、監(jiān)視和保護(hù)。

(五)完成對(duì)水工建筑物運(yùn)行工況的控制和監(jiān)視

如閘門工作狀態(tài)的控制和監(jiān)視，攔污柵是否堵塞的監(jiān)視，上下游水位的測(cè)量監(jiān)視，引水壓力管的保護(hù)(指引水式電站)等。

三、設(shè)備選型及自動(dòng)化設(shè)計(jì)

隨著水電站自動(dòng)化水平的提高，水輪發(fā)電機(jī)組所需自動(dòng)化元件愈來愈多，其作用就愈重要。但由于目前主機(jī)配套的自動(dòng)化元件的性能不夠穩(wěn)定、靈敏度差、精度低等因素以及自動(dòng)化設(shè)計(jì)上的不足使水電站的自動(dòng)控制的安全受到不同程度的影響，這就需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型和自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

(一)PLC在軸流槳式水輪機(jī)調(diào)速器中的應(yīng)用

軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)被廣泛使用于中低水頭電站。由于它的水輪機(jī)葉片隨水不同可與導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)動(dòng)作而使用水輪機(jī)的動(dòng)行水頭范圍增大。這樣可為電廠創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。水輪發(fā)電機(jī)組制造廠家為其制造的水輪機(jī)提供了一組不同水頭下導(dǎo)葉開度與漿葉轉(zhuǎn)角的協(xié)聯(lián)曲線，調(diào)整器制造廠按此曲線設(shè)置了調(diào)速器內(nèi)導(dǎo)葉與漿葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系。但是由于實(shí)際電站運(yùn)行時(shí)，水輪機(jī)水頭的變化及上下游水位的變化，與廠家提供參數(shù)相差甚運(yùn)，故按協(xié)聯(lián)曲線運(yùn)行時(shí)機(jī)組運(yùn)行性能差不能達(dá)到最佳狀態(tài)。因此對(duì)于此類機(jī)組的調(diào)整器須采用可改變程序的PLC可編程控制器的調(diào)速器。在機(jī)組試運(yùn)轉(zhuǎn)過程中和今后的運(yùn)行中可先針對(duì)不同水頭及上、下游水位及手動(dòng)協(xié)聯(lián)導(dǎo)葉、漿葉，取得最佳協(xié)聯(lián)曲線而后修改原協(xié)聯(lián)曲線輸入PLC而使機(jī)組處實(shí)際最佳狀態(tài)。

(二)PLC在調(diào)節(jié)水庫式電站調(diào)速器中的應(yīng)用

水庫式電站的運(yùn)行水頭變化范圍大：此類電站的調(diào)速器和起動(dòng)開度一般按水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭設(shè)計(jì)，但當(dāng)電站水頭降低，水輪機(jī)處于低水頭下運(yùn)行時(shí)，電液調(diào)整器往往不能使機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速(自動(dòng)狀態(tài))為使調(diào)整器的起動(dòng)開度增大，往往需更換芯片或在開度指示儀中串接電阻而使調(diào)節(jié)器輸出值與開度指示產(chǎn)生差值開機(jī)組。當(dāng)電站水頭更小于設(shè)計(jì)水頭時(shí)，為使機(jī)組開機(jī)不致過速，而又必須換回芯片或撤除串接電阻，若采用PLC可編程控制器，則可根據(jù)電站水頭高低，修改其程序來改變起動(dòng)開度即可。

四、結(jié)語

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)迅猛發(fā)展，原有的電力傳動(dòng)(電子拖動(dòng))控制的概念已經(jīng)不能充分概抓現(xiàn)代生產(chǎn)自動(dòng)化系流中承擔(dān)第一線任務(wù)的全部控制設(shè)備。綜上所述，水電站采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后不僅提高水電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和工作的可靠性、保證電能質(zhì)量；而且提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件和減少運(yùn)行人員，從而提高電站運(yùn)行的效益，例如利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控水庫來水和中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)在內(nèi)的優(yōu)化運(yùn)行，曲線繪制及科學(xué)調(diào)度，多發(fā)峰電等，每年可增加發(fā)電量2％左右；同時(shí)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控電站各種參量及運(yùn)行工況后，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除事故隱患，事故后能及時(shí)處理事故，避免事故擴(kuò)大，盡快恢復(fù)供電使系統(tǒng)事故率下降，處理事故時(shí)間減少，如此每年增加發(fā)電量1％左右；另外采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控在減少人員的同時(shí)也減少了相應(yīng)的生活辦公設(shè)備和工資支出，因而能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益?？梢姡娬揪C合自動(dòng)化系統(tǒng)與水電站的生產(chǎn)、效益密切相關(guān)，隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，水資源開發(fā)利用程度的加大，水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在越來越多的水利樞紐工程中得到更廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮更大的作用。

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