機(jī)電一體化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用分析

【摘要】水電作為清潔的可再生能源，世界各國都在大力發(fā)展，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，為水電站的“無人值守，少人值勤”的規(guī)劃提供了可靠的長途操控的技術(shù)條件。利用機(jī)電一體化技術(shù)能夠長途測(cè)控設(shè)備的能力，對(duì)影響機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的水力條件、有功功率、頻率以及機(jī)組其他部位的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行跟蹤和判斷，并根據(jù)測(cè)控?cái)?shù)值對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，為廣大用戶提供安全可靠的電力供應(yīng)服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化技術(shù)；水電站；應(yīng)用

1、機(jī)電一體化概要

機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)得主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。只是，機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制自動(dòng)診斷與保護(hù)等。即機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

2、機(jī)電一體化核心技術(shù)

2.1 機(jī)械技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)是對(duì)機(jī)械生產(chǎn)的變革和創(chuàng)新，所以機(jī)械技術(shù)是核心要素，電子技術(shù)和信息技術(shù)都是外部控制技術(shù)，而機(jī)械技術(shù)才是真正應(yīng)用于生產(chǎn)操作的實(shí)體。為了更好的配合機(jī)電一體化，要對(duì)機(jī)械技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提高機(jī)械自身的加工精度，改善自身性能，從而在與電子技術(shù)以及信息技術(shù)相結(jié)合時(shí)，才能夠最大限度的發(fā)揮出機(jī)電一體化的優(yōu)勢(shì)。

2.2 信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)中主要是信息交換、信息存取、信息運(yùn)算和最終決策等，信息處理技術(shù)主要是依托計(jì)算機(jī)技術(shù)來完成的，在計(jì)算機(jī)中編制工藝生產(chǎn)信息，然后將信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換和傳送，控制機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行。為了提高機(jī)電一體化技術(shù)的工作效率，需要保證順暢的信息處理通道，所以要提高信息處理設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，提高設(shè)備的運(yùn)行能力，并且降低信息處理過程中的各種干擾，從而提高機(jī)電一體化技術(shù)水平。

2.3 自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要技術(shù)，只有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，才算是將機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)的完美結(jié)合。自動(dòng)控制主要是指機(jī)械設(shè)備能夠按照設(shè)定好的工藝流程運(yùn)行，這是一項(xiàng)將理論與實(shí)踐完美結(jié)合的產(chǎn)物。在設(shè)計(jì)自動(dòng)控制技術(shù)時(shí)，因?yàn)楸豢貙?duì)象與理論的控制量存在一定的差距，所以要想達(dá)到精確的控制，就需要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和修改，從而達(dá)到最佳的控制效率。自動(dòng)控制技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中的核心要素，也是將信息技術(shù)、電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)進(jìn)行結(jié)合的重要體現(xiàn)。

3、水電站機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用部位

3.1 水電站的測(cè)控系統(tǒng)

3.1.1 水電站水力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水電站中的水力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首要由上下游水位監(jiān)測(cè)、技術(shù)供排水系統(tǒng)水力監(jiān)測(cè)和消防監(jiān)測(cè)三部分構(gòu)成。水位監(jiān)測(cè)在水電站的上下游安裝投入式液位計(jì)測(cè)量上下游水位，通過液位變送器傳至中控室；運(yùn)用壓差變送器，將安裝在機(jī)組蝸殼進(jìn)口和尾水出口的壓力測(cè)量管道連通，測(cè)出上下游水位的凈高差，并通過壓差變送器傳輸至中控室。技術(shù)供排水系統(tǒng)水力監(jiān)測(cè)由機(jī)組工作的供排水系統(tǒng)和全廠滲漏排水系統(tǒng)構(gòu)成。機(jī)組工作的供排水系統(tǒng)壓力測(cè)控，通過安裝在供水管道上的電接點(diǎn)壓力表和壓力傳感器操控，流量通過安裝在管道上的管道式流量測(cè)控儀測(cè)量，將2種測(cè)量設(shè)備測(cè)得的數(shù)據(jù)通過變送裝置傳至中控室，中控室值班人員通過測(cè)控?cái)?shù)據(jù)區(qū)分用于機(jī)組運(yùn)行的水力系統(tǒng)是不是工作正常。全廠滲漏排水測(cè)控系統(tǒng)主要由安裝在集水井的液位測(cè)控裝置和水泵自動(dòng)起停控制系統(tǒng)構(gòu)成。集水井液位控制系統(tǒng)量測(cè)設(shè)備選用多接點(diǎn)浮球水位測(cè)量儀和投入式液位變送器，當(dāng)浮球在不同位置時(shí)將有不一樣信號(hào)發(fā)送至水泵啟?？刂葡到y(tǒng)，由系統(tǒng)區(qū)分并做出是不是啟、停水泵或啟、停幾臺(tái)水泵。水電站消防系統(tǒng)主要包含氣體消防系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)，通過感溫、感煙設(shè)備，啟停相應(yīng)的消防設(shè)備。

3.1.2 機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)控主要包含機(jī)組各部的軸承溫度、冷卻油溫、冷卻油槽油位、機(jī)組轉(zhuǎn)速等。機(jī)組各部軸承及油溫經(jīng)過鉑熱電阻測(cè)得實(shí)時(shí)溫度，自控體系對(duì)實(shí)時(shí)溫度與整定溫度進(jìn)行比照分析，若到達(dá)整定報(bào)警溫度就顯示故障報(bào)警提醒值班人員，若到達(dá)停機(jī)溫度就直接啟動(dòng)停機(jī)指令進(jìn)行停機(jī)。冷卻油槽油位經(jīng)過機(jī)械的油位計(jì)或磁翻轉(zhuǎn)油位計(jì)對(duì)冷卻油位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)過油位計(jì)上的電子接點(diǎn)檢測(cè)油位是不是在正常范圍以內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)油位偏離正常整定位置，主動(dòng)監(jiān)測(cè)體系就顯示油位反常的警告，提醒運(yùn)轉(zhuǎn)值班人員檢查油位。機(jī)組轉(zhuǎn)速經(jīng)過安裝在機(jī)組上的旋轉(zhuǎn)編碼轉(zhuǎn)速測(cè)量儀來監(jiān)測(cè)機(jī)組的轉(zhuǎn)速，當(dāng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速上升使PLC微機(jī)調(diào)速器不能及時(shí)調(diào)整到額定轉(zhuǎn)速且到達(dá)轉(zhuǎn)速報(bào)警點(diǎn)時(shí)，PLC微機(jī)調(diào)速器調(diào)速控制指令直接發(fā)布停機(jī)令使機(jī)組停機(jī)，維護(hù)機(jī)組的運(yùn)行安全。

3.2 PLC微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)控制

PLC微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是水電站主動(dòng)操控的核心體系，也是機(jī)電一體化技術(shù)在水電站的典型應(yīng)用之一，該系統(tǒng)會(huì)集使用了機(jī)械、機(jī)械液壓原理、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程操控技術(shù)等；因?yàn)樗Πl(fā)電廠其啟動(dòng)、停機(jī)時(shí)間短、效率高及功率調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點(diǎn)常被作為電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻機(jī)組使用，因此PLC微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)具有靈敏性、可靠性、調(diào)速連續(xù)性等要求。PLC微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在水電廠中經(jīng)過收集發(fā)電機(jī)頻率及電網(wǎng)功率調(diào)整水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速及有功功率，收集到的發(fā)電機(jī)頻率經(jīng)轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系公式n=60f/p（n為轉(zhuǎn)速，f為頻率，p為轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)）轉(zhuǎn)換為機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速，實(shí)際轉(zhuǎn)速與機(jī)組額定轉(zhuǎn)速相比較，若發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速不符，調(diào)速系統(tǒng)將依據(jù)轉(zhuǎn)速發(fā)布調(diào)速命令使其調(diào)速液壓體系開/關(guān)水輪機(jī)導(dǎo)水組織調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)速。PLC微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在得到電網(wǎng)需求調(diào)整有功功率指令時(shí)在確保機(jī)組額定轉(zhuǎn)速的前提下，經(jīng)過調(diào)整水輪機(jī)導(dǎo)葉的開度來調(diào)整機(jī)組的有功功率。

3.3 壓縮空氣系統(tǒng)自動(dòng)控制

水電站的空氣系統(tǒng)主要給機(jī)組的制動(dòng)、密封及檢修提供壓縮空氣，機(jī)組正常運(yùn)行中壓縮空氣需要一個(gè)穩(wěn)定的壓力來保證正常的生產(chǎn)用氣，電廠安裝有空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐及配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在儲(chǔ)氣罐上安裝有壓力變送器以及電接點(diǎn)壓力表等，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)壓力變送器及電接點(diǎn)壓力表測(cè)得的實(shí)時(shí)壓力值與整定的啟動(dòng)與停止空氣壓縮機(jī)的壓力值進(jìn)行比較，若實(shí)時(shí)壓力低于啟動(dòng)壓縮機(jī)壓力就自動(dòng)啟動(dòng)壓縮機(jī)，當(dāng)壓力達(dá)到停機(jī)壓力時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)停止壓縮機(jī)。

4、水電站機(jī)電一體化集成

水電站的機(jī)電一體化技術(shù)主要運(yùn)用在上述的系統(tǒng)中，這些自動(dòng)控制系統(tǒng)通過集成構(gòu)成了水電站安全監(jiān)測(cè)與運(yùn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過水電站的中央控制室的控制，使得分散的獨(dú)立運(yùn)行的互不相關(guān)的系統(tǒng)成為一個(gè)整體，這些監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)不僅可以獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)還必須相互綜合利用才能充分發(fā)揮出機(jī)電一體化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。各個(gè)系統(tǒng)通過中央控制室的集成，不管哪一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障都將會(huì)影響整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，其為電廠的安全平穩(wěn)運(yùn)行提供了有力的監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制保障。

5、結(jié)論

機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。這說明機(jī)電一體化技術(shù)也進(jìn)入了高科技、高智能化的時(shí)代。機(jī)電一體化技術(shù)是科學(xué)發(fā)展的結(jié)晶，是生產(chǎn)力發(fā)展的必然結(jié)果。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展、不斷更新的條件下，機(jī)電一體化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用也會(huì)越來越寬廣，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也會(huì)越來越迅速。

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