小型水電站發(fā)電機(jī)組改裝問(wèn)題研究

朱雄偉

（武義縣大田水力發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江金華 321200）

1 小型水電站發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化改裝存在的問(wèn)題

1.1 改裝人員的技術(shù)素質(zhì)不足

小型水電站發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化改裝過(guò)程中，涉及層面和環(huán)節(jié)較多，大多技術(shù)改裝人員仍停留在傳統(tǒng)的手工技術(shù)階段，滿(mǎn)足不了現(xiàn)代高新自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展需求，改裝成果難以適應(yīng)實(shí)際的應(yīng)用。因此，改裝人員的技術(shù)素質(zhì)和業(yè)務(wù)水平在很大程度上影響了小型水電站發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化的改裝問(wèn)題。

1.2 改裝成本過(guò)高

改裝成本過(guò)高在很大程度上增加了小型水電站發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化的改裝效果，一些小型水電站發(fā)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)資金有限，在自動(dòng)化和智能化研究方面投入資金嚴(yán)重不足，導(dǎo)致改裝工作人員積極性不高，遇到自動(dòng)化控制方面的具體難題無(wú)法有效解決，小型水電站發(fā)電機(jī)組的改裝成本居高不下，對(duì)其自動(dòng)化進(jìn)程的發(fā)展造成很大影響。

1.3 改裝功能性不足

小型水電站發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化改裝時(shí)，一些發(fā)電機(jī)生產(chǎn)公司或水電站沒(méi)有根據(jù)其工作特點(diǎn)和實(shí)際功能需求進(jìn)行改裝，很多自動(dòng)化改裝只是為了追求片面的自動(dòng)化運(yùn)行結(jié)果，使用時(shí)難以滿(mǎn)足實(shí)際使用功能，對(duì)自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)也會(huì)產(chǎn)生一定的障礙。

1.4 改裝經(jīng)濟(jì)性不足

經(jīng)濟(jì)性作為小型水電站發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化運(yùn)行的基礎(chǔ)，改裝時(shí)應(yīng)以此為前提，一些發(fā)電機(jī)生產(chǎn)公司或水電站在進(jìn)行改裝時(shí)過(guò)度關(guān)注智能、功能和安全中一個(gè)或者幾個(gè)方面，雖然取得了一定效果，但改裝成本過(guò)高，運(yùn)行時(shí)經(jīng)濟(jì)性不滿(mǎn)足要求，給水電站的正常工作和生產(chǎn)帶來(lái)負(fù)面影響。

2 小型水電站發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化改裝的工作要點(diǎn)

2.1 提升小型水電站發(fā)電機(jī)組的功能性

小型水電站機(jī)組的自動(dòng)化改裝過(guò)程中可以選擇系統(tǒng)優(yōu)化的方法，首先進(jìn)行邏輯判據(jù)的優(yōu)化和改造，從而簡(jiǎn)化小型水電站發(fā)電機(jī)組的內(nèi)部運(yùn)行，有效處理小型發(fā)電機(jī)組的故障并及時(shí)處理，在很大程度上滿(mǎn)足小型水電站發(fā)電機(jī)組的功能性要求。在機(jī)組內(nèi)部故障保護(hù)方面，可以采取零序橫差保護(hù)和完全縱差保護(hù)的措施，這樣可以省略配置方面的很多不必要的保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)，對(duì)小型水電站發(fā)電機(jī)組改裝的功能結(jié)構(gòu)和邏輯原理進(jìn)行簡(jiǎn)化，有效提升實(shí)際操作人員的操作效率，從而對(duì)小型水電站發(fā)電機(jī)組功能性的提升有很大益處。

2.2 提升小型水電站發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性

小型水電站發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化改裝受經(jīng)濟(jì)性的影響因素較大，因此在自動(dòng)化升級(jí)改裝過(guò)程中降低微機(jī)自動(dòng)化保護(hù)裝置的整體比重有很大助益。在軟件和硬件的保護(hù)措施上，資源配置應(yīng)細(xì)致入微，芯片的選用應(yīng)盡量采用能夠處理更多集成數(shù)據(jù)的CPU，可有效降低改裝的成本升級(jí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的自動(dòng)化改裝工作。

2.3 提升小型水電站發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性

在進(jìn)行小型水電站發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化改裝時(shí)，通常選用冗余設(shè)計(jì)的基本原則進(jìn)行相關(guān)改裝和設(shè)計(jì)。冗余設(shè)計(jì)以自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)的升級(jí)為主要目標(biāo)，根據(jù)小型發(fā)電機(jī)組的功能和性質(zhì)特點(diǎn)展開(kāi)相關(guān)保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)，在單元分配上既要保證其內(nèi)部聯(lián)系又要保證外部獨(dú)立的特點(diǎn)。兩套保護(hù)單元共同形成了對(duì)發(fā)電機(jī)、后備設(shè)備等功能的保護(hù)作用。這樣一來(lái)，一旦其中的一組保護(hù)單元出現(xiàn)故障，另一組保護(hù)單元能及時(shí)運(yùn)行，從而有效提升了發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化保護(hù)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3 小型水電站機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)的改裝

3.1 機(jī)組控制系統(tǒng)的改造

小型水電站機(jī)組自動(dòng)化改裝后用PLC（西門(mén)子公司的S7-200系列PCL可編程序控制器）代替原有控制系統(tǒng)中的繼電器，在提高可靠性的同時(shí)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)接線(xiàn)、減少了檢修與維護(hù)工作量，修改控制回路時(shí)也極為簡(jiǎn)便。發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)需要局部操作和測(cè)量等工序，這時(shí)要運(yùn)用PCL控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)裝置的聯(lián)動(dòng)控制功能?？刂乒δ苤饕校孩贁?shù)據(jù)的收集和處理作用。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)接收和輸入，PCL控制系統(tǒng)能自動(dòng)處理異常狀態(tài)，出現(xiàn)事故時(shí)能有效保護(hù)發(fā)電機(jī)組和相關(guān)設(shè)備的安全。②實(shí)現(xiàn)其他控制功能。主要完成機(jī)組運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換、開(kāi)停機(jī)順控、斷路器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)、閥門(mén)的控制，以及調(diào)速器的控制等。

3.2 自動(dòng)化裝置的改裝

（1）轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置改裝。主要將轉(zhuǎn)速信號(hào)器原有傳統(tǒng)的非自動(dòng)化型改裝為數(shù)字裝束信號(hào)裝置。改裝后的裝置可用于測(cè)控發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速百分比、頻率以及轉(zhuǎn)速的參數(shù)。數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置的型號(hào)可以根據(jù)所需輸出量的多少來(lái)確定。轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置可參考轉(zhuǎn)速的百分比、頻率、輸出最大值、轉(zhuǎn)速等，具有上游控制系統(tǒng)自鎖功能和斷電保護(hù)功能。

（2）測(cè)量裝置和測(cè)溫元件。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量工具和其他測(cè)量裝置可以改裝為多功能巡測(cè)儀。根據(jù)實(shí)際需要，多功能巡測(cè)儀可以自由選擇。多功能巡測(cè)儀本身具有報(bào)警系統(tǒng)，可以用來(lái)巡檢溫度，同時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置報(bào)警閥值，到溫度達(dá)到設(shè)置的閥值時(shí)，多功能巡測(cè)儀會(huì)將信號(hào)傳達(dá)至控制系統(tǒng)，從而達(dá)到機(jī)組的自我保護(hù)。

（3）同期系統(tǒng)。通常情況下，人們把反映同期電壓和同期裝置連接關(guān)系的回路稱(chēng)為同期系統(tǒng)。當(dāng)前所用的同期操作大多是手動(dòng)操作，其缺點(diǎn)是精確度不足，誤差較大，造成并網(wǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而對(duì)機(jī)組造成較大危害。通過(guò)改裝，用自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置代替手動(dòng)同期操作，利用壓差檢查、滑差檢查和恒定導(dǎo)前時(shí)間的工作原理，通過(guò)邏輯電路和時(shí)間程序來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同期并列的工作需要，提高同期操作準(zhǔn)確度和縮短并網(wǎng)時(shí)間。

4 輔助設(shè)備的自動(dòng)化改裝

輔助設(shè)備的自動(dòng)化改裝主要是利用獨(dú)立的PLC控制器實(shí)現(xiàn)輔助設(shè)備的完整性和獨(dú)立性。改裝后的輔助自動(dòng)化設(shè)備能利用PLC控制器對(duì)環(huán)境要求低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，確保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。總體來(lái)看，改裝后的輔助設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是：①通過(guò)PLC編程2臺(tái)泵可互為主備用，實(shí)現(xiàn)了兩者之間的自動(dòng)輪流切換。②輔助設(shè)備的運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)直接傳送，減少運(yùn)行人員的巡檢，提高了工作效率。③PLC（西門(mén)子公司的S7-200系列PCL可編程序控制器）控制系統(tǒng)可根據(jù)高壓氣泵、電磁排油閥、油罐壓力、電磁空氣閥、液位信號(hào)對(duì)油泵等操作，實(shí)現(xiàn)壓力油罐自動(dòng)排氣、補(bǔ)氣、排油、補(bǔ)油的控制，確保油罐內(nèi)油氣的正常比例。

5 軟件設(shè)計(jì)

小型水電站發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的主程序的設(shè)計(jì)基于分步開(kāi)機(jī)和停機(jī)的程序而進(jìn)行的。分布開(kāi)機(jī)流程便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員的學(xué)習(xí)和掌握，具有操作簡(jiǎn)單、可讀性強(qiáng)和結(jié)構(gòu)清晰等優(yōu)點(diǎn)。在執(zhí)行分步開(kāi)機(jī)的指令時(shí)，倘若在指令發(fā)出后的特定時(shí)間內(nèi)PLC控制程序未確認(rèn)，那么機(jī)組程序會(huì)默認(rèn)出現(xiàn)開(kāi)機(jī)故障，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)結(jié)束開(kāi)機(jī)。機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)停機(jī)程序，該程序會(huì)導(dǎo)致停機(jī)同時(shí)發(fā)出報(bào)警的指令。根據(jù)顯示屏的指示，操作人員能快速對(duì)故障類(lèi)型進(jìn)行判斷，及時(shí)處理機(jī)組故障并將顯示屏復(fù)位?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員處理故障后，可對(duì)停機(jī)過(guò)程進(jìn)行手動(dòng)操作或再次操作控制的開(kāi)關(guān)，重新執(zhí)行機(jī)制的停機(jī)程序。

6 結(jié)束語(yǔ)

作為水電站和核心功能，發(fā)電機(jī)組的改裝能有效提高水電站的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行效率。相關(guān)資料顯示，很多中小型水電站逐步實(shí)施對(duì)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化、智能化改裝，提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，從而全面提高水電站的經(jīng)濟(jì)效益和安全運(yùn)行。在實(shí)際小型水電站發(fā)電機(jī)組的改裝過(guò)程中，仍存在不少問(wèn)題亟待解決，所以需不斷進(jìn)行小型水電站發(fā)電機(jī)組改裝問(wèn)題的研究和探索，不斷提升其自動(dòng)化和智能化水平。

［1］王亦寧，朱辰，楊樹(shù)濤，等.小水電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2009（8）：136-139.

［2］余建軍.小型水電站擴(kuò)容增效技改中同期點(diǎn)和同期方式選擇［J］.中國(guó)水能及電氣化，2011（10）：47-49.

［3］胡冬妮，賈劍峰.小型水電站綜合自動(dòng)化控制裝置的比較與應(yīng)用［J］.小水電，2009，148（4）：77～79.

［4］李曉軍，尚現(xiàn)軍，朱峰，等.淺析小型水電站電氣設(shè)備的電器故障與排除［J］.中國(guó)水運(yùn)(下半月)，2011（4）：105-107.

［5］伍發(fā)楣.小水電站機(jī)組調(diào)速器適用性改造［J］.小水電，2010，151（1）：62～63.