水電機組順序控制設計研究

袁歆平

摘要:文章針對水電機組處于5種不同的工作狀態(tài),探討了其作業(yè)條件及機組的順序控制,包括停機-空轉(zhuǎn)操作程序、空載-發(fā)電操作程序、發(fā)電-空載操作程序、空轉(zhuǎn)-停機操作程序、事故停機操作程序、勵磁事故操作程序、機組過速操作程序等,對水電站的安全和持續(xù)供電具有重大意義。

關鍵詞:水電機組;順序控制;空載;勵磁事故

中圖分類號:TV663

文獻標識碼:A

文章編號:1009-2374(2009)18-0027-03

水輪發(fā)電機組是水電站的核心設備,而水輪發(fā)電機組的順序控制開停機是水電站的常規(guī)工作,對水電站的安全和持續(xù)供電具有重大意義。對于常規(guī)水電廠的機組,機組處于5種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換之中,即:停機態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)和不定態(tài)(前四種狀態(tài)的過渡狀態(tài)稱為不定態(tài)),機組的開機、停機、解列、解列后并網(wǎng)等操作,就是機組在停機態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)四種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。

一、機組順序操作程序設計要點

隨著機組自動化程度的提高,開始將微機或以微機為基礎的可編程控制器(PLC)或工控機用于水電廠監(jiān)控系統(tǒng),以實現(xiàn)機組的順序操作。通過幾十年的運行實踐,充分證明了采用微機實現(xiàn)機組順序操作具有技術先進、功能強、性能可靠、實時性高等優(yōu)點,因此得到了廣泛的應用。目前,在機組順序操作程序設計中應作如下考慮:

1.在操作人員發(fā)出機組操作命令后,PLC可以自動按預先設定的流程完成全部的操作,也可以在操作人員干預下進行單步操作。

2.停機命令優(yōu)先于發(fā)電命令,并在開機過程中,空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)均可以執(zhí)行停機命令。一旦執(zhí)行停機命令,其它控制均被禁止。

3.對每一操作命令,都要檢查其執(zhí)行情況,當某一步操作失敗使設備處于不允許的運行狀態(tài),程序設置相應的控制,使設備進入某一穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

4.操作過程中,若機組設備發(fā)生事故,或運行狀態(tài)發(fā)生變化,不允許操作繼續(xù)進行時,應自動中斷過程使程序退出。

二、機組順序控制程序設計

各種水力機組的自動控制接線可能有許多差別,但其控制程序大體上是相同的。水電站機組順序控制主要有以下幾種程序:

(一)停機-空轉(zhuǎn)操作程序

1.機組處于起動準備狀態(tài)時,應具備下列條件:進水壓力正常;機端隔離刀閘合;無機電事故或故障;制動閘無壓;出口斷路器分;制動閘全部落下;調(diào)速器自動態(tài);導葉至全關;接力器鎖錠退出。

2.開機條件滿足后,等待現(xiàn)地或遠方的開機令。

3.接收到現(xiàn)地或遠方的開機令后,開啟蝶閥,其間包括:開啟旁通閥,直到兩側(cè)水壓基本平衡;蝴蝶閥前后壓差滿足,退出蝶閥鎖錠;開啟蝴蝶閥,直至蝴蝶閥全開;然后開冷卻水電磁閥,為水輪機注入冷卻水,直至總冷卻水壓力正常;接著發(fā)調(diào)速器開機令,調(diào)速器接到命令后,導葉開啟直至空載,機組轉(zhuǎn)速>85%Ue,進入空載狀態(tài)。

(二)空載-發(fā)電操作程序

1.空載-發(fā)電操作程序是機組開機流程的部分,主要是自動準同期裝置動作并網(wǎng)發(fā)電的過程,從空載狀態(tài)開始,發(fā)發(fā)電令,合機端隔離刀閘,判斷機端斷路器處于分狀態(tài)并檢查機組是否無機電事故及故障。

2.確定之后投同期裝置,由自動準同期裝置判斷并網(wǎng)條件來合出口斷路器,合上斷路器后退出同期裝置。

3.設定有、無功基荷,機組進入發(fā)電狀態(tài)。

(三)發(fā)電-空載操作程序

1.停機時,從發(fā)電狀態(tài)同時發(fā)解列、空轉(zhuǎn)、停機令,設定有功和無功功率(P、Q)值為最小,限時5min使P、Q降至最小。

2.P、Q降至最小后,跳機端斷路器,機組進入空載狀態(tài)。

3.機組停機包括正常停機和事故停機。正常停機時,由操作人員發(fā)出停機命令,然后按規(guī)定順序完成全部停機操作:起動開、停機過程監(jiān)視邏輯,監(jiān)視停機過程。發(fā)電-空載操作程序是正常停機控制流程的一部分,主要是發(fā)電機解列的過程。

(四)空轉(zhuǎn)-停機操作程序

空轉(zhuǎn)-停機操作程序是正常停機控制流程的最后一部分,主要是調(diào)速器降速停機的過程。

1.從空轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)調(diào)速器停機令,延時2分使水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將為85%額定轉(zhuǎn)速(n<85%ne)。

2.然后關閉蝴蝶閥,導葉全關,1分半鐘以后使水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將為30%額定轉(zhuǎn)速(n<30%ne),P、Q降至最小后,跳機端斷路器,機組進入空載狀態(tài)。

3.當n<30%ne,投入制動電磁閥,判斷制動閘頂起、有壓,然后延時90秒使ne<5%,復歸制動電磁閥。

4.當n<5%ne,關冷卻水電磁閥,直至冷卻水全關,機組關機完成。

(五)事故停機操作程序

水機事故停機和緊急停機操作程序都是在水輪發(fā)電機組出現(xiàn)故障時操作的,與正常停機控制流程不同,要求最快時間停機。

事故停機包括水機事故停機和緊急停機兩種。水機事故停機時調(diào)速器發(fā)急停令,導葉關至空載位置,延時20秒后直接跳開出口斷路器和滅磁開關,延時4秒后斷路器跳開,停機完成。而緊急停機時除了調(diào)速器發(fā)急停令外,還要同時關蝶閥,如果延時2分鐘蝶閥沒有全關,關閉快速閥門并報警。

(六)勵磁事故操作程序

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中占有極為重要的地位。當電力系統(tǒng)在正常運行時,發(fā)電機勵磁電流的變化主要影響電網(wǎng)電壓水平和并聯(lián)運行機組間無功功率的分配。在某些故障情況下,發(fā)電機端電壓降低將導致電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平的下降,嚴重影響供電質(zhì)量。如果在系統(tǒng)發(fā)生故障時發(fā)電機能夠迅速增大勵磁電流,則可以維持電網(wǎng)電壓水平及穩(wěn)定性。同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)在保證電能質(zhì)量,無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運行的可靠性方面都起著十分重要的作用。

水電站中勵磁事故影響巨大,具體的勵磁事故程序控制流程如圖1所示:

(七)機組過速操作程序

機組過速對機組和電站都會造成不良后果,在進行監(jiān)控系統(tǒng)設計時必須考慮,具體的機組過速程序控制流程圖如圖2所示:

水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速由調(diào)速器進行調(diào)節(jié),當機組轉(zhuǎn)速持續(xù)上升而調(diào)速器調(diào)速失靈時,轉(zhuǎn)速信號裝置將發(fā)出機組過速信號,操作事故配壓閥關閉機組導水機構(gòu),使機組停機。但若此時轉(zhuǎn)速信號裝置無法發(fā)出過速信號或電廠直流電源故障,無法操作事故配壓閥油閥的先導電磁閥,則機組的轉(zhuǎn)速會繼續(xù)升高,直至機械液壓過速保護裝置的擺錘動作,觸發(fā)換向電磁閥動作,直接操作事故配壓閥停機回路,關閉機組導水機構(gòu),使機組停機。

三、結(jié)語

根據(jù)水電站機組的實際情況,對主要順序控制程序進行了設計,包括開機、正常停機、事故停機、緊急停機、勵磁事故、機組過速等,實現(xiàn)了水電站機組自動控制的主要功能。

參考文獻

[1]李延頻,陳德新,陳貴生.小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計與設備選擇[J]水力發(fā)電,2007,33(3).

[2]劉忠源,徐睦書.水電站自動化[M]. 北京:中國水利水電出版社,1998.

[3]杜晨輝.重慶彭水水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]. 水電廠自動化,2006,9(4).

[4]劉江嘯,白重峰. 水電站計算機自動控制與調(diào)節(jié)的研究[J]. 華中電力,2007,20(5).