微電腦控制器在水輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中應(yīng)用

[摘要]原水輪發(fā)電機(jī)組與外網(wǎng)同期并網(wǎng)、與外網(wǎng)解裂停機(jī)都是在由人工操作完成的。加裝微電腦控制器后水輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)微電腦控制器檢測(cè)即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)又起到解裂保護(hù)功能。

[關(guān)鍵詞]水輪發(fā)電機(jī)組；同期；自動(dòng)并網(wǎng)；解裂保護(hù)

1、概述

我司現(xiàn)有三個(gè)小水電站，三水電合計(jì)裝機(jī)容量1365KW，有7臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組。改造前，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電通過(guò)升壓變壓器與省網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，操作人員必須通過(guò)觀察并網(wǎng)同步指示燈、電壓表、頻率表等進(jìn)行人工合閘并網(wǎng)。當(dāng)省網(wǎng)與水電解列時(shí)，操作人員往往來(lái)不及“停車”造成水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生高速運(yùn)轉(zhuǎn)，造成“飛車”所產(chǎn)生的高頻率和高電壓致使電網(wǎng)中的其它設(shè)備燒毀及自身發(fā)電機(jī)組的損壞。后在水輪發(fā)電機(jī)組原有控制系統(tǒng)上加裝一套微電腦控制裝置，以實(shí)現(xiàn)水電發(fā)電機(jī)組自動(dòng)并網(wǎng)、解裂時(shí)通過(guò)調(diào)速電機(jī)迅速將水輪機(jī)組關(guān)閉至空載狀態(tài)起到自身發(fā)電機(jī)組的保護(hù)作用。

2、自動(dòng)并網(wǎng)功能（微電腦電氣控制原理如圖）

準(zhǔn)同期操作較難掌握的是頻率差和相位角差，這兩個(gè)要素對(duì)等待時(shí)間和沖擊電流影響又最大。其自動(dòng)并網(wǎng)過(guò)程是將微電腦控制器面板上的【功能設(shè)定】旋鈕轉(zhuǎn)在【同期】檔，微電腦接通（1-3或1-5）且發(fā)出“開(kāi)大”或“關(guān)小”信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)（KM1）或反轉(zhuǎn)（KM2），快速調(diào)整水輪機(jī)轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率相等。當(dāng)微電腦捕捉到發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率之差進(jìn)入±0.25Hz，相角差由大及小進(jìn)入20°時(shí)，微電腦（9、10）常開(kāi)點(diǎn)接通原來(lái)PGL控制柜的ME-630斷路器人工合閘常開(kāi)按鈕發(fā)出合閘命令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)功能。

2.1操作簡(jiǎn)單

1）自勵(lì)建壓后，調(diào)整電壓與外網(wǎng)基本一致。2）撥上微電腦電源，微電腦將自動(dòng)控制“開(kāi)大”“關(guān)小”使頻率接近至50HZ，同時(shí)調(diào)節(jié)勵(lì)磁使發(fā)電機(jī)組電壓與外網(wǎng)電壓基本一致。3）將微電腦開(kāi)關(guān)將【常態(tài)】轉(zhuǎn)向【同期】，微電腦控制器通過(guò)（13、16）外網(wǎng)、（18、20）發(fā)電機(jī)端電壓信號(hào)，檢測(cè)自動(dòng)調(diào)節(jié)至各參數(shù)（電壓、頻率、相位）同步時(shí)發(fā)出并網(wǎng)信號(hào)“HHHH”，此時(shí)ME-630斷路器將自動(dòng)合閘。4）將【同期】轉(zhuǎn)回【常態(tài)】，然后通過(guò)“開(kāi)大”按鈕點(diǎn)動(dòng)逐步加大發(fā)電功率。

2.2自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)調(diào)速的效果

一是避免因人工合閘并網(wǎng)時(shí)，在不同步誤操作的情況下造成發(fā)電機(jī)燒毀和開(kāi)關(guān)損壞。二是減輕了操作人員腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)。我司大部分小電站，機(jī)組與控制屏不在同一處，通常要由一個(gè)人在機(jī)組旁邊調(diào)整轉(zhuǎn)速，另一個(gè)人在控制屏進(jìn)行同期操作，這樣才不會(huì)一個(gè)人來(lái)回的跑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)同步并網(wǎng)，技改后只需一人在控制屏處操作就可實(shí)現(xiàn)同步并網(wǎng)了，并可騰出一人固定在前池“撈草”可有效提高發(fā)電效率。同時(shí)并網(wǎng)過(guò)程中減少?zèng)_擊電流對(duì)保護(hù)機(jī)組、延長(zhǎng)空氣開(kāi)關(guān)壽命也起重要作用。

3、解裂保護(hù)

如因某種原因當(dāng)省網(wǎng)與水電解裂時(shí)，操作人員往往來(lái)不及關(guān)機(jī)造成水輪發(fā)電機(jī)組“飛車”現(xiàn)象。由于高速運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的高頻率和高電壓，或是斷路器未能時(shí)關(guān)斷將造成發(fā)電機(jī)組沖擊電網(wǎng)中的其它電氣設(shè)備及自身發(fā)電機(jī)組的損壞。

3.1解裂保護(hù)工作過(guò)程

聯(lián)網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組安裝了微電腦控制器時(shí)當(dāng)：【運(yùn)行方式】旋至【大網(wǎng)】檔時(shí)，在外網(wǎng)頻率出現(xiàn)異常的瞬間（即變電所開(kāi)關(guān)跳閘后的第一時(shí)間）電腦就檢測(cè)到，若符合下列情況：①頻率≥50.5Hz同時(shí)電壓≥456V；②頻率≥51.0Hz同時(shí)電壓≥437V；③電壓<418V但頻率≥52.0Hz；④頻率<49.5Hz但是電壓≥456V（延時(shí)0.5秒）；電腦立即發(fā)出分閘信號(hào)：微電腦（6、7）常開(kāi)點(diǎn)接通原來(lái)PGL控制柜的ME-630斷路器人工分閘常開(kāi)按鈕發(fā)出分閘命令，同時(shí)接通微電腦（1-3）利用本發(fā)電機(jī)組所發(fā)電源，迅速發(fā)出“關(guān)小”信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)（KM2），快速調(diào)整水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率相等（空載狀態(tài)）。實(shí)現(xiàn)解裂保護(hù)功能。

4、提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性和效益。

從我司水電站技改前后的運(yùn)行情況表明，在各方面都有改善，主要表現(xiàn)為：技改前，人為操作，盡可能地增大發(fā)電量，提高水輪機(jī)轉(zhuǎn)速，致使電網(wǎng)電壓過(guò)高，影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。采用微電腦技改后，排除了人為因素的影響，使機(jī)組在正常周波和電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，確保了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。由于手動(dòng)操作，在機(jī)組發(fā)生故障或電網(wǎng)突然跳閘甩負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行值班人員來(lái)不及操作，容易引起飛車事故的發(fā)生，造成機(jī)電設(shè)備的損壞和人員的傷害。如2012年8月，因雷雨天氣引起外網(wǎng)跳閘由于沒(méi)能及時(shí)同時(shí)關(guān)閉三臺(tái)水輪機(jī)組造成3號(hào)機(jī)組（SFW160）160KW發(fā)電機(jī)定子繞組燒毀、勵(lì)磁發(fā)電機(jī)損壞，造成2.05萬(wàn)元的直接經(jīng)濟(jì)損失，更主要是影響了發(fā)電高峰期（汛期）的發(fā)電效益其間接經(jīng)濟(jì)損失160Kw*24h/天*30天*0.56元/kw.h=6.45萬(wàn)元。技改后，當(dāng)與外網(wǎng)解裂后可立即自動(dòng)發(fā)出過(guò)速信號(hào)，發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)分閘、調(diào)速電機(jī)立即關(guān)機(jī)控制水輪機(jī)運(yùn)行在空載狀態(tài)，可以確保機(jī)電設(shè)備和人員的安全，設(shè)備完好率有了較大的提高。由于設(shè)備完好率提高，停機(jī)次數(shù)少，恢復(fù)發(fā)電時(shí)間短，其發(fā)電效益得到了正常的發(fā)揮。本套裝置采用微電腦裝置與原來(lái)手工合閘、分閘合為一體，互為轉(zhuǎn)換備用，轉(zhuǎn)換操作簡(jiǎn)便。采用微電腦裝置時(shí)，利用原電氣裝置與微電腦相配合，達(dá)到自動(dòng)并網(wǎng)與解裂保護(hù)的目的。當(dāng)微電腦裝置出現(xiàn)故障時(shí)，只需撥動(dòng)鈕子轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、關(guān)閉微電腦電源即可轉(zhuǎn)換為手動(dòng)操作（同步燈）繼續(xù)發(fā)電。

5、結(jié)語(yǔ)

采用微電腦對(duì)小水電站進(jìn)行技術(shù)改造，不僅能確保電能質(zhì)量的穩(wěn)定，提高機(jī)組運(yùn)行的安全度和設(shè)備完好率，增加發(fā)電效益及降低運(yùn)行費(fèi)用，是一種投資少、見(jiàn)效快的技改辦法。還可利用微電腦的控制功能，增設(shè)在前池上配置水位自動(dòng)臨測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)按水位自動(dòng)調(diào)節(jié)出力的功能、遠(yuǎn)程控制功能等等，為今后的進(jìn)一步技術(shù)革新打下良好基礎(chǔ)。

作者簡(jiǎn)介

顏宏遠(yuǎn)，機(jī)電高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)電技術(shù)工作。