WPET8000低壓機組化綜合控制系統(tǒng)在三河閘水電站的應(yīng)用

【摘要】介紹了WPET8000低壓機組化綜合控制系統(tǒng)的構(gòu)成和功能，以及在三河閘水電站自動化改造中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】三河閘水電站；綜合控制系統(tǒng)；勵磁調(diào)節(jié)；發(fā)電機保護；調(diào)速器；自動準(zhǔn)同期

1 引言

我國是水能資源十分豐富的國家，可開發(fā)水能資源居世界第一位，在所有建成的水電站中，小水電站占據(jù)了很大的比例。對小水電供電質(zhì)量、穩(wěn)定性、可靠性提出了新的要求，小水電采用自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)無人值班或少人值班是技術(shù)發(fā)展趨勢，正是基于這種趨勢，三河閘水電站對機組進行了改造，選用了極高性價比的WPET8000低壓機組化綜合控制系統(tǒng)。

2 工程概況

三河閘是淮河下游入江水道的控制口門，是淮河流域性骨干工程。它是建國初期我國自行設(shè)計自行施工的大型水閘。三河閘工程的建成，極大地減輕了淮河下游的防洪壓力，保證里下河地區(qū)不再受到淮河洪水災(zāi)害之苦。

三河閘水電站興建于1972年，利用左、右岸墻空箱各安裝一臺小型水輪發(fā)電機組，分別于2013年、2015年對機組進行了升級改造，目前每臺裝機容量為200kw，水輪機型號ZDT03-LM-120，為發(fā)電機型號為SF200-20/990，控制系統(tǒng)為WPET8000低壓機組化綜合控制系統(tǒng)。

3 WPET8000低壓機組化綜合控制系統(tǒng)的構(gòu)成

目前小水電站低壓機組的自動化設(shè)備大約可劃為三類。第一類配置較高，基本采用高壓機組的配置模式。第二類配置最簡單，此裝置具有簡單的調(diào)頻功能、甩負荷自動關(guān)機功能、按水位調(diào)節(jié)有功的功能、半自動同期功能等。但是由于不能調(diào)節(jié)勵磁，不能控制無功，并且不能進行編程和順序控制。第三類配置，采用8位或16普通單片機，以功能儀表的方式組合，只能做到微機保護的部分功能，如自同期數(shù)字儀表，勵磁調(diào)節(jié)數(shù)字儀表、調(diào)功數(shù)字儀表等組成。

WPET8000低壓機組化綜合控制系統(tǒng)可歸納為：高壓機組的配置，低壓機組的價格，技術(shù)含量高，集成度高，含微機自動準(zhǔn)同期功能、勵磁調(diào)節(jié)功能、微機保護功能、調(diào)速功能、調(diào)有功/無功功能（AVQC）、測溫制動等。系統(tǒng)采用完全新的設(shè)計理念，建立DSP設(shè)計平臺，2*32位的DSP處理器，19〞的標(biāo)準(zhǔn)機箱，5U高，插板式結(jié)構(gòu)。一個屏柜包含了整個系統(tǒng)，上部有勵磁部件，中部是19〞的標(biāo)準(zhǔn)機箱和大屏幕點陣液晶160*128屏，下部是交直流電源等系統(tǒng)的引線端。屏柜前后開門，整個結(jié)構(gòu)緊湊、合理、維護方便。機箱有12個插槽：電源單元1個、DSP處理單元2個、勵磁控制（PWM）單元1個、交流采樣單元1個、直流采樣單元1個、開關(guān)量輸出單元2個和開關(guān)量輸入單元4個。

4 WPET8000低壓機組化綜合控制系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

4.1勵磁調(diào)節(jié)功能

要使發(fā)電機穩(wěn)定的運行，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的性能是關(guān)鍵。在系統(tǒng)中，勵磁調(diào)節(jié)有專用的32位DSP處理器承擔(dān)控制與運算任務(wù)。信號采樣為交流采樣，提高了信號測量的準(zhǔn)確性和有效性，通過控制算法能實時有效地對發(fā)電機的參數(shù)進行動態(tài)調(diào)節(jié)。同時，對勵磁的接地保護等功能。為實現(xiàn)機組自動控制，要求勵磁調(diào)節(jié)至少具有以下功能：自動起勵、電壓調(diào)節(jié)帶有遠動增減，帶有增、減按鈕、帶有勵磁開關(guān)。

系統(tǒng)采用可控硅自并激勵磁方式。它具有調(diào)節(jié)范圍寬、電壓和無功調(diào)整方便、反應(yīng)速度快等特點，將取代老式的勵磁機、三次諧波、電抗分流、相復(fù)勵等勵磁方式，特別對于需要上網(wǎng)的小型發(fā)電機組尤為迫切，因為可控硅勵磁可以克服老式勵磁的上網(wǎng)困難、無功發(fā)不足所造成的經(jīng)濟損失問題，對提高電站經(jīng)濟效益有明顯的作用，因此也吸引著老電站的更新改造。

調(diào)差功能是為了并列運行機組的合理分配無功而設(shè)置的。起勵采用殘壓起勵和它勵起勵。殘壓起勵不需要外設(shè)輔助電源，它是通過起勵開關(guān)投入，利用機組殘壓（約1.5%）直接經(jīng)半波整流加入轉(zhuǎn)子。它勵起勵為當(dāng)機組失磁時可通過它勵起勵充磁并起勵。利用外部廠用電源AC220V經(jīng)半波整流后加入轉(zhuǎn)子，使裝置起勵。

機組需要停機時的使轉(zhuǎn)子能量盡快釋放所采取的措施稱為滅磁。滅磁方式很多，根據(jù)目前先進的滅磁方式，系統(tǒng)設(shè)計采用的最佳方式為逆變滅磁或線性電阻，通過調(diào)節(jié)可控硅使轉(zhuǎn)子能量較塊地消失。滅磁時間短而安全可靠。

發(fā)電機并網(wǎng)后，勵磁調(diào)整主要是調(diào)整無功功率，一般不希望功率因數(shù)太低（調(diào)相運行除外）和勵磁電流超過額定值。

4.2發(fā)電機保護功能

發(fā)電機的保護也是系統(tǒng)的重要組成部分，使用32位DSP處理器作為控制核心。保護可通過網(wǎng)絡(luò)或485通訊接口與其他設(shè)備連接。具有記憶最新8套故障波形，記錄故障前2個周波，故障后4個周波，可在裝置上查看、顯示故障波數(shù)據(jù)，進行故障分析，也可上傳當(dāng)?shù)乇O(jiān)控或調(diào)度和“四遙”功能。中文漢化液晶顯示，人機界面友善，操作方便。 保護可通過液晶屏設(shè)定需要保護的各種參數(shù)值，包括時間、頻率、電流等等，靈活性和可靠性于一體。其數(shù)據(jù)通過通訊接口上傳到上位機或中控室。

4.3調(diào)速器電氣控制功能

水輪機的調(diào)速，可根據(jù)機組頻率和網(wǎng)頻的情況，控制導(dǎo)水機構(gòu)的開度。主要功能是測量機組和電網(wǎng)的頻率，按PID規(guī)律對頻差進行運算，產(chǎn)生具有PID規(guī)律的調(diào)節(jié)信號，實現(xiàn)頻率、開度和功率多種調(diào)節(jié)模式，實現(xiàn)開停機操作和電氣開限等功能。

1）液壓隨動系統(tǒng)：其功能是將DSP的輸出電氣信號，通過數(shù)字閥及油缸成比例地轉(zhuǎn)換機械位移信號；推動水輪機導(dǎo)水葉機構(gòu)運動，控制進入水輪機水量，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速和負載的調(diào)節(jié)，是調(diào)速器的執(zhí)行機構(gòu)。

2）壓力油源：它由油泵、電機、皮囊式蓄能器組成。是調(diào)速器的壓力油源，與常規(guī)調(diào)速器的油壓裝置不同，不僅油壓高，而且油與氣分離的。

4.4自動準(zhǔn)同期功能

發(fā)電機組并網(wǎng)需對機組、電網(wǎng)的頻率、電壓、相位進行交流的測量，在達到一定的條件時才能進行，否則，會造成沖擊電流過大，并列點的電網(wǎng)電壓瞬間下降可造成機組的損壞。系統(tǒng)對電網(wǎng)和機組的頻率、電壓、相位進行交流采樣測量，根據(jù)偏差的情況進行調(diào)節(jié)，控制合閘時間。

5 WPET8000低壓機組化綜合控制系統(tǒng)的實施效果

WPET8000低壓機組化綜合控制系統(tǒng)在三河閘水電站投入運行以來，該系統(tǒng)一直運行，在創(chuàng)造可觀經(jīng)濟效益的同時，該系統(tǒng)減少了值班人員的數(shù)量，減輕了值班和管理人員的工作強度。值班人員由以前的每班5人減少到每班3人，而且不需要手動操作，實現(xiàn)一鍵開機、停機，結(jié)束了原先手動調(diào)節(jié)調(diào)速器及手動并網(wǎng)時間長的歷史。

6 結(jié)語

WPET8000低壓機組自動化綜合控制系統(tǒng)，涉及小水電站的機斷電壓在400V，功率小于等于800KW的水輪機、發(fā)電機的自動化控制。綜合了調(diào)速器的控制、勵磁調(diào)節(jié)與控制、發(fā)電機的保護、自動準(zhǔn)同期的并網(wǎng)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊等，對整個小水電設(shè)備進行自動化控制。系統(tǒng)設(shè)計完成順控、測量、操作、調(diào)整等主要任務(wù)和有功和無功的自動調(diào)節(jié)，提供交、直流二種操作電源供用戶自由選擇。由于從根本上解決了低壓機組水電站數(shù)據(jù)采集和操作控制的重復(fù)現(xiàn)象發(fā)生，使設(shè)備可靠性的提高和成本的降低成為可能。三河閘水電站改造成功的經(jīng)驗，對其他類似小水電站的改造具有借鑒作用，在新建電站中也可廣泛采用。

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