淺談柳城水電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用

吳秀蘭

（河源市富源水電有限公司，廣東 河源517554）

1 工程概況及系統(tǒng)簡介

廣東省東源縣柳城水電站工程位于東江楓樹壩—河源河段，樞紐工程位于廣東省東源縣柳城鎮(zhèn)下壩村，上距柳城鎮(zhèn)約2．4km，至龍川縣城約20km，下距河源市區(qū)約58．3km，壩址控制集水面積8 153km2。本工程的任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧航運。水庫正常蓄水位為60．0m，相應(yīng)水庫庫容為1 540m3，裝設(shè)3臺7．35MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機組。

柳城水電站自動化系統(tǒng)采用分層分布開放式結(jié)構(gòu)，利用光纖以太網(wǎng)連接，由中央控制室廠級計算機層和現(xiàn)地控制單元層組成，廠級計算機層包括主機、操作員工作站、工程師工作站、通訊管理機、以太網(wǎng)交換機、打印機，現(xiàn)地控制級有4臺LCU（3臺機組LCU，1臺公用LCU），分別對3臺機組、開關(guān)站和公用設(shè)備等進行實時監(jiān)控。

2 柳城水電站自動化系統(tǒng)的功能

柳城水電站自動化系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)等功能，能實現(xiàn)安全監(jiān)視與控制、電能統(tǒng)計、實時報警、事件順序記錄、事故追憶、制表打印等。具體如下：（1）完成機組自動開機。機組在啟動前應(yīng)滿足開機準備條件，即機組溫度正常、調(diào)速器無故障、剪斷銷未剪斷、調(diào)速器無事故低油位、緊急停機按鈕已復歸、接力器鎖定投入、機組出口斷路器已分閘、事故停機繼電器K1未動作、緊急停機繼電器K2未動作、勵磁裝置無故障、調(diào)節(jié)器無故障。滿足這些條件后，說明機組處于熱備用狀態(tài)，由運行人員在計算機監(jiān)控臺發(fā)出開機令。開機令發(fā)出后，根據(jù)預定流程，鎖定拔出后自投入機組潤滑油泵，技術(shù)供水閥全開、主軸密封供水全開且水量壓力正常，開啟機組潤滑高位油箱軸承主供油電動閥，空冷風機投入、高頂投入且壓力正常，制動閘復歸，檢修密封空氣圍帶排氣并無壓。以上操作完成1min后，給調(diào)速器發(fā)開機令，打開導葉。當機組轉(zhuǎn)速達到95%額定轉(zhuǎn)速時，退出機組高壓頂起油泵，合上滅磁開關(guān)，給勵磁啟勵令，機端電壓達到80%額定電壓，復歸調(diào)速器、勵磁開機令，投入自動準同期裝置，同期條件滿足后，自動合上發(fā)電機斷路器，機組帶負荷運行。（2）完成機組正常停機。運行人員發(fā)出停機令后，根據(jù)自動化系統(tǒng)給定值，PLC自動把有功負荷和無功負荷分別減至300kW、300kvar以下。導葉關(guān)到空載，跳發(fā)電機出口斷路器，給勵磁停機令；電壓降至5%Ue，給調(diào)速器停機令；當轉(zhuǎn)速小于95%額定轉(zhuǎn)速時，自動投入機組高壓頂起油泵；導葉全關(guān)后，機組轉(zhuǎn)速下降至35%額定轉(zhuǎn)速時，投入機械制動閘。停機過程完成后，延時停止和復歸機組輔助設(shè)備，停機完成。（3）完成對水輪發(fā)電機組及其輔助設(shè)備運行工況的監(jiān)視。如對發(fā)電機定子繞組和鐵芯以及各部軸承溫度的監(jiān)視，對機組風機、冷卻水系統(tǒng)工作的監(jiān)視，對機組調(diào)速系統(tǒng)工作的監(jiān)視等。當出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)或發(fā)生事故時，迅速而自動地采取相應(yīng)的保護措施，如發(fā)出信號或緊急停機。（4）完成對輔助設(shè)備如調(diào)速器壓力油泵、漏油泵、軸承供油潤滑油泵、技術(shù)供水泵、滲漏排水泵及中／低壓氣系統(tǒng)的空壓機等的自動控制。（5）完成對主要一次電氣設(shè)備如主變壓器、廠用變壓器、斷路器、隔離刀閘的控制、監(jiān)視和保護，對電力電纜及輸電線路的保護。（6）完成對水工建筑物運行工況的控制和監(jiān)視，如閘門工作狀態(tài)的控制和監(jiān)視、上下游水位的測量監(jiān)視等。

總的來說，水電站自動化系統(tǒng)包括如下功能：機組自動開、停機，自動調(diào)節(jié)機組負荷分配，機組輔助設(shè)備自動控制，監(jiān)視、控制、保護電氣設(shè)備，測量、監(jiān)視水位及流量等。

3 柳城水電站自動化系統(tǒng)存在的問題

水電站自動化系統(tǒng)的廣泛運用及自動化元件的日益多元化，各廠家設(shè)備技術(shù)的創(chuàng)新，使得對水輪發(fā)電機所需配套的輔助設(shè)備、電氣設(shè)備、自動化元件的要求越來越高，而水電站的自動化水平很大程度上取決于配套設(shè)施性能的好壞。當前，柳城水電站自動化系統(tǒng)在這方面還存在以下問題：（1）由于當時選用的低壓氣機排氣量較大，2臺低壓空氣壓縮機基本處于備用狀態(tài)。氣水分離是通過壓縮機啟動運行后達到一定溫度來實現(xiàn)的，而實際工作中由于低壓氣機啟動時長短，經(jīng)常出現(xiàn)過濾器堵塞現(xiàn)象。處理方法：選用1臺適合電站低壓氣使用情況的排量小的空氣壓縮機。（2）軸承供油的齒輪流量計由于計數(shù)不直觀及安裝不夠規(guī)范而損壞的現(xiàn)象較多。處理方法：使用直觀的玻璃轉(zhuǎn)子流量計能達到準確控制軸承流量的要求，更能防止軸瓦燒瓦現(xiàn)象。（3）JQK2－10型集成制動裝置容易出現(xiàn)漏氣及不能自動復歸或制動現(xiàn)象，由于是集成模塊，維護存在一定困難。

4 PCC調(diào)速器及雙微機控制靜止整流勵磁裝置的運用

（1）ZFST系列數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器是將諸多功能集成于可編程計算機控制器內(nèi)，配以數(shù)字閥隨動系統(tǒng)構(gòu)成的高可靠性的大型水輪機（雙調(diào)節(jié)型）調(diào)速器。它集成了可編程邏輯控制器（PLC）的標準控制功能和工業(yè)計算機的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)功能，能方便地處理開關(guān)量、模擬量，進行回路調(diào)節(jié)，并能用高級語言編程，具備大型機的分析運算能力。其硬件具有獨特新穎的插拔式模塊結(jié)構(gòu)，可使系統(tǒng)得到靈活多樣的擴展和組合。軟件也具備模塊結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴展時只需在原有基礎(chǔ)上疊加運用軟件模塊。CPU運行效率高，用戶存儲器容量大。在電液轉(zhuǎn)換方面，采用數(shù)字閥替代傳統(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換器和主配壓閥，降低了對油質(zhì)的要求，從根本上避免了電液轉(zhuǎn)換器發(fā)卡的弊病。由于數(shù)字閥技術(shù)是采用德國的高速電磁閥為先導閥，以插裝閥為主閥，而且插裝閥的密封形式為錐閥，因此數(shù)字閥又具有液壓鎖的功能。正常運行時，根據(jù)水輪發(fā)電機廠家提供的幾組不同水頭下的協(xié)聯(lián)曲線值通過觸摸屏輸入PCC內(nèi)，運行人員只需在界面設(shè)置水頭就能改變協(xié)聯(lián)曲線的選擇，以調(diào)節(jié)適合的槳葉開度，達到機組運行最佳工況。另當調(diào)速器異常時，PCC調(diào)速器能自動偵測故障信息，在觸摸屏上顯示“故障診斷畫面”，方便運行人員及時針對不同的故障進行分析和處理。（2）雙微機同步發(fā)電機可控硅勵磁裝置包含2套數(shù)字勵磁調(diào)節(jié)器、1套高集成模擬勵磁調(diào)節(jié)器、1套開關(guān)電源、2個主板、2套人機界面（觸摸屏）和1套雙機切換控制器。2套數(shù)字勵磁調(diào)節(jié)器分別為A機、B機，兩機可以在線手動投入切換，也可以自動切換。當A機主用（運行）時，B機熱備用（跟蹤），主用調(diào)節(jié)器丟脈沖或CPU故障時，熱備用調(diào)節(jié)器接管控制權(quán)自動轉(zhuǎn)換為主用調(diào)節(jié)器。數(shù)字勵磁調(diào)節(jié)器包含了1套電壓調(diào)節(jié)器AVR、1套電流調(diào)節(jié)器MCR和1套恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)器APFR，三者可以在線手動相互切換使用，當AVR運行，PT斷相時CPU可自動切換到MCR運行，提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

綜上所述，柳城水電站采用自動化系統(tǒng)后可隨時發(fā)現(xiàn)與處理事故，減少停電時間，合理調(diào)配負荷，實現(xiàn)優(yōu)化運行，有效節(jié)約電能，從而為能源管理提供了必要條件，提高了工作效率，中控主機還能對現(xiàn)場設(shè)備進行控制和調(diào)節(jié)，操作簡單可靠，大大提高了水電站的管理水平。從柳城水電站4年來的運行情況來看，自動化系統(tǒng)總體上運行穩(wěn)定，具有良好的可擴充性和可維護性，功能強大，人機界面友好，未發(fā)生影響機組運行的故障或事故。

［1］謝云敏．水電站計算機監(jiān)控技術(shù)．中國水利水電出版社，2006

［2］天津科音自控設(shè)備有限公司．PCC數(shù)字式水輪機調(diào)速器說明書

［3］何朝霞．電氣自動化在水電站中的應(yīng)用．現(xiàn)代經(jīng)濟信息，2009（8）

［4］中國水科院天津水利電力機電研究所．SFPL－20型雙微機同步發(fā)電機可控硅勵磁裝置