水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

摘 要 隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。當(dāng)前，水電站采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后不僅提高水電站運(yùn)行方面的經(jīng)濟(jì)性而且在工作方面也有了很大的可靠性，這些對(duì)于保證電能質(zhì)量、提高工人工作效率、改善勞動(dòng)條件，進(jìn)而提高水電站運(yùn)行的效益等方面都有很大的作用。本文對(duì)水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要的探討，希望對(duì)從事水電站方面的人員有所幫助。

關(guān)鍵詞 水電站；自動(dòng)化；應(yīng)用

中圖分類號(hào) TP17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)062-0230-02

隨著當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，水電站的綜合自動(dòng)化對(duì)于水電站的開發(fā)和發(fā)展具有極其重要的意義。其中，實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化是水電站綜合自動(dòng)化的最核心部分，是整個(gè)水電站的中樞大腦，這也就要求其必須更好的做好監(jiān)測機(jī)組和輔助設(shè)備的功能，在遇到突發(fā)情況的時(shí)候能發(fā)出指示信號(hào)，并且能夠自主獨(dú)立的解決。水電站的規(guī)模程度化很大程度上就是由水電站綜合自動(dòng)化所決定的。

水電站自動(dòng)化的含義，從字的表面看其含義就是自己能夠控制運(yùn)行的意思，用專業(yè)的話語即為水電站在生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際過程中，在遇到突發(fā)性的事件的時(shí)候，能夠不經(jīng)過人的參與來獨(dú)立自主的完成任務(wù)。自動(dòng)化技術(shù)在水電站安全運(yùn)行過程中有著十分重要的作用，它的作用不僅是可以提高水電站工作的可靠性、提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，而且對(duì)于保證電能質(zhì)量、提高工人效率等方面也有很大的作用。

1 水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介

水電站的綜合自動(dòng)化最基層的設(shè)施即為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，改系統(tǒng)對(duì)整個(gè)水電站的水文測報(bào)、工況監(jiān)視、負(fù)荷的合理分支，以及在輸電線路運(yùn)行全過程的自動(dòng)監(jiān)控都起到了很大的作用，并且能夠及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行核實(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。一般綜合自動(dòng)化包含有五個(gè)子系統(tǒng)

1）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)：這部分是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。

2）工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)：及時(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)被監(jiān)控對(duì)象的實(shí)際信息。

3）消防監(jiān)控系統(tǒng)：所有的火情信息由水電站消防計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)經(jīng)信息處理后送至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用異步通信方式實(shí)現(xiàn)通信。

4）基礎(chǔ)自動(dòng)化元件及自動(dòng)裝置：基礎(chǔ)自動(dòng)化元件對(duì)監(jiān)視水電站設(shè)備的運(yùn)行情況、判斷其工作狀況是否良好具有重要的意義。

5）水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)：通過計(jì)算機(jī)在很短的時(shí)間內(nèi)做出洪水預(yù)報(bào)。

2 水電站綜合自動(dòng)化的核心內(nèi)容

水電站的規(guī)模、水電站的型式和運(yùn)行方式、機(jī)電設(shè)備的型式以及機(jī)組的布置方式等都與水電站綜合自動(dòng)化的核心有著直接的關(guān)系。一般而言，水電站綜合自動(dòng)化核心內(nèi)容有三個(gè)方面，以下即為其具體的內(nèi)容解析。

2.1 完成對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制

首先，要實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)開停機(jī)、發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相和調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電等的自動(dòng)化，確保這些主要程序能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；其次，能夠自動(dòng)維持水輪發(fā)電機(jī)組的合理運(yùn)行，可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的具體情況合理的調(diào)節(jié)最佳運(yùn)行機(jī)組數(shù)，而且對(duì)機(jī)組間產(chǎn)生的負(fù)荷進(jìn)行合理分配。此外，當(dāng)電力機(jī)組發(fā)生故障或系統(tǒng)程序反應(yīng)慢的時(shí)候，能進(jìn)行合理的起動(dòng)備用組或者關(guān)閉已開組。

2.2 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

這些檢測主要包括對(duì)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子回路各電量的監(jiān)視，當(dāng)定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生一些變化的時(shí)候能及時(shí)的自動(dòng)停止。對(duì)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)工作的監(jiān)視，當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)速度發(fā)生變化的時(shí)候，能夠通過改變一些程序來更好的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

2.3 完成對(duì)輔助設(shè)備的自動(dòng)控制

這種控制包括完成對(duì)各種油泵、水泵和空壓機(jī)等的控制，但發(fā)生故障的時(shí)候能自動(dòng)的合理配置；完成對(duì)主要電氣設(shè)備的控制、監(jiān)視和保護(hù)；完成對(duì)水工建筑物運(yùn)行工況的控制和監(jiān)視，當(dāng)突發(fā)事件來臨時(shí)（如跳閘事件），能自動(dòng)的調(diào)節(jié)以確保工作狀態(tài)的穩(wěn)定；也要完成對(duì)機(jī)組水輪的監(jiān)視，確保其無堵塞現(xiàn)象發(fā)生；也要完成對(duì)上下游水位的測量監(jiān)視，對(duì)壓力管自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保安全性等。

3 水電站綜合自動(dòng)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)際運(yùn)用

當(dāng)今社會(huì)，隨著綜合水電站自動(dòng)化水平的不斷提高，水輪發(fā)電機(jī)組所需的部件也越來越多，技術(shù)要求也越來越高。但由于當(dāng)前技術(shù)性問題，很多主機(jī)部件自動(dòng)化元件在性能方面存在有不穩(wěn)定、反應(yīng)度差等制約性因素。而且在自動(dòng)化設(shè)計(jì)方面的不完整性也容易使水電站的自動(dòng)控制不同程度的受到影響，這就要求我們對(duì)水電站綜合自動(dòng)化進(jìn)行不斷的創(chuàng)新。

3.1 水電站自動(dòng)化在混流式水輪發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用

混流式水輪機(jī)由美國工程師弗朗西斯于1849年發(fā)明的，所以也稱弗朗西斯水輪機(jī)，是目前世界上使用最廣泛的一種水輪機(jī)。與軸流轉(zhuǎn)槳式相比，這類水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡單，效率更加高效。

混流式水輪機(jī)的工作原理，是由水流直接進(jìn)入到導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，然后軸向流出轉(zhuǎn)輪；混流式的轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一般用是由低碳鋼和合金鑄造而成，有的也用焊接結(jié)構(gòu)。有的水電站為了提高其防腐蝕性往往外層會(huì)出現(xiàn)鍍層或者直接不銹鋼，更有甚的水電站會(huì)出現(xiàn)整個(gè)轉(zhuǎn)輪采用不銹鋼。在這些方法中常常會(huì)采用鑄焊結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)往往能節(jié)約資本，流動(dòng)也能更加準(zhǔn)確化，對(duì)于水輪機(jī)本身效率的提高有很大的幫助，往往也會(huì)用不同的材料制造葉片、上冠和下環(huán)。

混流式水輪機(jī)在中低水電站應(yīng)用很為廣泛。這是由于水輪機(jī)上葉片自覺性根據(jù)水量的大小來調(diào)節(jié)使用水輪機(jī)的動(dòng)行水頭范圍。轉(zhuǎn)輪是混流式水輪機(jī)將水流能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的核心部件。水流通過導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪?；炝魇剿啓C(jī)適用水頭范圍極廣。在實(shí)際情況中水頭和流量的不同往往是不同的，所以轉(zhuǎn)輪形狀是不相同的。通過自動(dòng)化的調(diào)節(jié)，水頭愈高轉(zhuǎn)輪葉片高度減小，能夠自動(dòng)的使長度增加，水流在轉(zhuǎn)輪中也能更趨于幅向。隨著工作水頭降低，轉(zhuǎn)輪葉片變短，也能自動(dòng)化的高度增加，水流愈趨于軸流方向。

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

水庫式水電站的調(diào)速器和開度的大小一般會(huì)根據(jù)水輪機(jī)本身來設(shè)計(jì)水頭變化范圍。當(dāng)水電站水頭降低的時(shí)候，此時(shí)水輪機(jī)中的電液調(diào)整器往往不能使機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，這種情況往往使調(diào)整器的起動(dòng)開度增大，這時(shí)候也就需更換芯片或在開度指示儀中的串接電阻，通過這樣的調(diào)節(jié)來使調(diào)節(jié)器輸出值與開度指示產(chǎn)生差值開機(jī)組。當(dāng)電站水頭更小的時(shí)候（甚至小于設(shè)計(jì)水頭時(shí)），這種情況下PLC能很好的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器輸出值與開度指示產(chǎn)生差值來使機(jī)組開機(jī)不致過速，也可以省去換回芯片或撤除串接電阻帶來的麻煩，這種PLC可編程控制器，通過修改程序即可完成。

3.3 水電站綜合自動(dòng)化對(duì)線路失壓的應(yīng)用

由于現(xiàn)場工作人員對(duì)熔斷器熔斷的故障處理操作不當(dāng)，會(huì)引發(fā)全站失壓事故，對(duì)于很多保護(hù)設(shè)施要進(jìn)行全方位的修正。例如安裝檢測線路有壓，母線無壓功能的保護(hù)裝置，還有對(duì)設(shè)備進(jìn)行不斷的升級(jí)等方法，通過增加這樣的新設(shè)施來對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)化的保護(hù)，以便更有效提高供電可靠性。

當(dāng)母線因?yàn)槟覆畋Ｗo(hù)動(dòng)作而失壓時(shí)，按下列方法處理：

1）自動(dòng)化設(shè)備能迅速隔離故障點(diǎn)，并拉開母聯(lián)斷路器及兩側(cè)隔離開關(guān)及故障母線電壓互感器二次小開關(guān)，直接將開關(guān)斷開。

2）與調(diào)度聯(lián)系，將跳閘的分路斷路器恢復(fù)到非故障母線上運(yùn)行。

4 總結(jié)

總而言之，在當(dāng)今我國水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與發(fā)達(dá)國家還存在著一定的差距，我們也就需要吸取國內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身實(shí)際，因地制宜，力求實(shí)用，以提高水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。值得高興的是近年來隨著我國電力科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)監(jiān)控水平的不斷提高，許多新建水電站都設(shè)計(jì)了以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為主的高性能的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，在這些水電站中實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的應(yīng)用，并都取得了很好的效果。這也對(duì)我們提出了更高的要求，一定要充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，為水電站綜合自動(dòng)化貢獻(xiàn)一份自己的理論。

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