淺析電氣自動化在水電站中的應(yīng)用

曾云波

（梅州市梅西水庫工程管理處 廣東省梅州市 514794）

淺析電氣自動化在水電站中的應(yīng)用

曾云波

（梅州市梅西水庫工程管理處 廣東省梅州市 514794）

近年來，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的廣泛開展應(yīng)用，有效的推動了水利設(shè)施自動化的水平，水電站自動化控制技術(shù)越來越成熟，而且在當前一些新建入改擴建水電站中，電子自動化應(yīng)用十分廣泛，有效的推動了我國水電站現(xiàn)代化發(fā)展的步伐。本文分析了水電站電氣自動化的內(nèi)容，并進一步對電氣自動化在水電站水輪發(fā)電機組中的應(yīng)用進行了具體的闡述。

水電站；電氣自動化；內(nèi)容；水輪發(fā)電機組；應(yīng)用

近年來我國加快了水電站的建設(shè)工作，我國水電站生產(chǎn)的電能占總體電能的比重也呈上升的趨勢。水電站在發(fā)電過程中，主要是利用水能，不僅成本較低，而且沒有污染產(chǎn)生。水力發(fā)電中主要是利用自然界水的位能差來進行發(fā)電，利用水的壓力或是流速來帶動水輪機旋轉(zhuǎn)，水輪機再帶動發(fā)電機運行，從而將水能轉(zhuǎn)化了機械能，機械能變?yōu)殡娔堋Ｔ谡麄€過程中，水輪發(fā)電機組作為非常重要的設(shè)備，其發(fā)電功率較大。因此將電氣自動化充分的在水輪發(fā)電機組上進行應(yīng)用，有效提高提高水輪發(fā)電機組自動化元件的穩(wěn)定性和靈敏性，提高水電站自動化控制水平，為水利工程建設(shè)帶來更顯著的效果。

1 水電站電氣自動化的內(nèi)容

1.1 自動檢測

在水電站運行過程中，對電站運行設(shè)備的各項參數(shù)進行檢測作為水電站自動化的重要基礎(chǔ)，因此在具體工作中，需要對水電站機組、輔助設(shè)備、變電開關(guān)設(shè)備、電站公用設(shè)備管、水工建筑物及其操作設(shè)備等進行檢測，通過對電流、電壓、功率、電能、頻率、功率因數(shù)、溫度、轉(zhuǎn)速、波位、壓力、流量、機械振動等進行檢查、監(jiān)視和記錄，針對具體的檢測結(jié)果才能實現(xiàn)自動操作、自動控制和自動保護，可以說自動檢測作為電站安全運行的重要環(huán)節(jié)。

1.2 自動操作

（1）機組的自動操作。要求以一個脈沖自動按照預(yù)定的順序完成下列操作，即開機并并入系統(tǒng)、停機、發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相、發(fā)電轉(zhuǎn)抽水等。這個脈沖命令既可以自中央控制室發(fā)出（集中控制方式），也可以自機旁盤發(fā)出（就地控制方式），操作的對象包括機組及其附屬設(shè)備。

（2）電站公用設(shè)備的自動操作。這包括壓縮空氣系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、廣用供電系統(tǒng)等。

（3）水工建筑物設(shè)備的自動操作。這包括溢洪閘門的操作、引水式水電站首部機組取水口閘門的操作等。

（4）全廠性操作。如報警信號系統(tǒng)、遠動通訊系統(tǒng)、開關(guān)站設(shè)備的操作等。

1.3 自動控制

從自動控制原理進行分析，機組的自動操作、電站公用設(shè)備的自動操作及全廠性操作等都屬于開環(huán)控制性質(zhì)，水電站中還有部分操作屬于思維閉環(huán)性質(zhì)，如調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器等，通過對調(diào)速器整定值進行改變能夠?qū)C組的有功出力進行控制，同理，當對勵磁調(diào)節(jié)器的整定值進行改變時，也能夠?qū)C組的無功出力實現(xiàn)控制。調(diào)速器和勵磁調(diào)節(jié)器作為水電站最基本的自動控制裝置，可以將其設(shè)置成機組調(diào)節(jié)設(shè)備，這樣可以將全站機組作為一臺機組來進行調(diào)整，使其不僅能夠接受上一級自動裝置的命令，同時還能夠接受電站值班人員給定的命令。

1.4 自動保護

（1）報警。對于不立即危害機組的不正常運行情況，加發(fā)電機定于溫度超限、推力軸承或?qū)лS承溫度升高、油槽油面過高或過低、機組冷卻水源中斷等，保護就自動發(fā)出警告或同時投入備用，使運行人員嚴密監(jiān)視情況發(fā)展，并采取措施，消除產(chǎn)生不正常情況的根源，或者轉(zhuǎn)移負荷使故障機組退出運行。

（2）跳閘停機。當機組發(fā)生推力軸承、導軸承溫度過高或壓油裝置油壓過低等不允許繼續(xù)運行的事故情況時，保護就自動跳開斷路器并停機。

（3）快速關(guān)閉進水閘門（或閥）。有些事故如事故停機時遙上導水葉剪斷銷剪斷，機組過速且調(diào)速器失靈，或壓力銅管爆破等，自動保護除跳開斷路器并停機外，還要關(guān)閉機組的進水閘門（或閥）或動作事故配壓閥。

2 電氣自動化在水電站水輪發(fā)電機組中的應(yīng)用

在科學技術(shù)快速發(fā)展帶動下，水電站自動化水平也有了大幅度的提升，水輪發(fā)電機組自動化元件數(shù)量越來越多，并在水電站運行中發(fā)揮著非常重要的作用。但由于當前水輪發(fā)電機組自動化設(shè)計還存在一些不足之處，這對水電站電氣自動化控制的實現(xiàn)起到了一定的制約，因此加快推動水電站水輪發(fā)電機組中電氣自動化的應(yīng)用，重視設(shè)備選型和自動化設(shè)計，從而提高水輪發(fā)電機組自動化控制水平。

2.1 PLC在軸流槳式水輪機調(diào)速器中的應(yīng)用

中低水頭電站廣泛使用軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機。由于它的水輪機葉片隨水不同可與導葉協(xié)聯(lián)動作而使水輪機的運行水頭范圍增大。這樣可為電廠創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益。水輪發(fā)電機組制造廠家為其制造的水輪機提供了一組不同水頭下導葉開度與漿葉轉(zhuǎn)角的協(xié)聯(lián)曲線，調(diào)整器制造廠按此曲線設(shè)置了調(diào)速器內(nèi)導葉與漿葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系。但是由于實際電站運行時，水輪機水頭的變化及上下游水位的變化，與廠家提供參數(shù)相差甚遠。因此對于此類機組的調(diào)整器須采用可改變程序的PLC可編程控制器的調(diào)速器。在機組試運轉(zhuǎn)過程中和今后的運行中可先針對不同水頭及上、下游水位及手動協(xié)聯(lián)導葉、漿葉，取得最佳協(xié)聯(lián)曲線，并對原協(xié)聯(lián)曲線進行更改，保證機組處于最佳運行狀態(tài)。

2.2 PLC在調(diào)節(jié)水庫式電站調(diào)速器中的應(yīng)用

對于水庫式電站，由于其運行水頭變化范圍較大，因此對于此類電站的調(diào)速器和起動開度通常都會按水輪機的設(shè)計來對設(shè)計水頭。但在這種設(shè)計情況下，一旦水輪機處于低水頭下運行時，電液調(diào)整器無法保證機組達到額定轉(zhuǎn)速。通常情況下需要更換芯片或是在開度指示儀中串接電阻才能增加調(diào)整器的起動開度。而當電站水頭小于設(shè)計水頭時，又需要換回芯片或是對串接電阻于是行撤除才能保證機組開機不會出現(xiàn)過速的問題。針對于上述問題，可以采用PLC可編程控制器，這樣能夠根據(jù)電站水頭的變化情況來對程序進行修改從而保證起動開度的合理性和科學性。

3 結(jié)束語

當前我國一些小型水電站在運行過程中普遍存在自動化程度低的問題，這對水電站效益的發(fā)揮帶來了一定的影響，因此需要加強電氣自動化在水電站中的應(yīng)用，對水電站水輪發(fā)電機組進行自動化改造，實現(xiàn)其增容擴效，為水電站電氣自動化的實現(xiàn)奠定良好的基礎(chǔ)。

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2016-6-1