水電站技術(shù)供水自動(dòng)控制技術(shù)研究

張建容

（中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司南京分公司，江蘇 南京 211800）

水電行業(yè)在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，占據(jù)著主導(dǎo)地位，我國在最近幾年的發(fā)展中，對水電站自動(dòng)化建設(shè)、水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控、水輪機(jī)調(diào)速還有水電站水力過渡的過程進(jìn)行了大量研究，通過研究可以了解到，水電站技術(shù)供水的研究并不完善，相關(guān)性的研究也很不充分。水電的輔助設(shè)備屬于水電站的技術(shù)供水，主要的作用是為水力發(fā)電機(jī)組提供冷卻還有潤滑水，通過這種方式，可以讓水電在安全方面有很大的保障，這種方式在水電生產(chǎn)中起到的作用也至關(guān)重要。本文選擇的控制方案屬于聯(lián)合控制，主要是刀和變頻器的結(jié)合，這種控制器屬于微型控制器，微型控制器里面帶有儲(chǔ)存空間的儲(chǔ)存器和刀通道，主要負(fù)責(zé)的任務(wù)就是對信號進(jìn)行來回切換和模擬，按照操作的命令具體執(zhí)行操作步驟，然后在通過操作步驟完成需要的結(jié)果，最后通過制動(dòng)器的輸出來達(dá)到對信號的控制。控制系統(tǒng)包含了控制器和制動(dòng)器，制動(dòng)器的作用是對控制對象展開連接，然后執(zhí)行命令，執(zhí)行命令時(shí)，通過控制器把信號傳送出去。在這個(gè)方案執(zhí)行的過程中，逆變器用作制動(dòng)器，主要負(fù)責(zé)的是傳輸電流信號，然后在通過電動(dòng)機(jī)把信號發(fā)出，控制電機(jī)的速度主要負(fù)責(zé)的是供應(yīng)的技術(shù)水量，確保供應(yīng)的技術(shù)水量在可控范圍內(nèi)。

1 技術(shù)供水對象和結(jié)構(gòu)

1.1 技術(shù)供水

不同運(yùn)行的機(jī)電設(shè)備構(gòu)建成水電站技術(shù)供水，主要是通過水冷變壓器和水冷空氣壓縮機(jī)構(gòu)成，在這里冷卻設(shè)備的操作在技術(shù)供水中至關(guān)重要。

1.2 技術(shù)供水結(jié)構(gòu)

1.2.1 發(fā)電機(jī)空氣冷卻器

水電發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)一般情況下都是以空氣為主，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生熱量的過程中，空氣就會(huì)發(fā)揮作用，把熱量帶走，并且通風(fēng)的方式也是運(yùn)用空氣產(chǎn)生流動(dòng)。中等機(jī)型在我國大多數(shù)采用的通風(fēng)方式都是以閉式為主，低功率的發(fā)電機(jī)采用的和中等機(jī)型有明顯差別，這種情況下就表示發(fā)電機(jī)的空間已經(jīng)處于閉合的狀態(tài)。發(fā)電機(jī)的線圈還有鐵芯的熱量都是結(jié)合通風(fēng)口的位置來完成吸收，把熱量吸收到熱空氣中，這種情況下熱空氣在冷卻器的帶動(dòng)下，就會(huì)出現(xiàn)冷卻的現(xiàn)象，然后在傳送到發(fā)電機(jī)的位置?？諝饫鋮s器的組裝是通過大量的黃銅水管構(gòu)成的熱交換器，主要是為了讓吸熱效果達(dá)到規(guī)定要求，這種情況下，可以在黃銅片上添加規(guī)定數(shù)量的銅片，空氣冷卻器的冷卻效果和發(fā)電機(jī)功率有特殊聯(lián)系，發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率越穩(wěn)定，空氣冷卻器的冷卻效果就越好。

1.2.2 發(fā)電機(jī)推力軸承冷卻器

軸承一旦進(jìn)入到渦輪機(jī)油當(dāng)中時(shí)，熱量的傳遞會(huì)通過軸承傳遞到油當(dāng)中，這部分的熱量如果沒有及時(shí)排出，就會(huì)對軸承的使用年限還有運(yùn)行產(chǎn)生重要影響，嚴(yán)重的情況下，還會(huì)加速汽輪機(jī)油的惡化。一般有兩種方式可以把發(fā)電機(jī)的油進(jìn)行冷卻，分別是內(nèi)部冷卻和外部冷卻，內(nèi)部冷卻是通過把冷卻器放入到油箱當(dāng)中，冷卻完成以后，成為潤滑油，這樣才能讓軸承保持在最佳狀態(tài)。外部冷卻是結(jié)合潤滑油完成操作，潤滑油通過油泵傳送到冷卻器中，以此達(dá)到冷卻狀態(tài)。

1.2.3 水冷式空氣壓縮機(jī)的冷卻

空氣被壓縮以后，溫度會(huì)發(fā)生變化，會(huì)隨著空氣壓縮而不斷上升，這種情況下，必須要通過冷卻空氣壓縮機(jī)的氣缸把壓縮空氣的溫度降到最低范圍，最大程度的避免潤滑劑達(dá)到碳化溫度，就不會(huì)出現(xiàn)碳沉積還有潤滑劑分解的情況，可以有效保障工作任務(wù)的完成，還可以增加工作效率?？諝鈮嚎s機(jī)的冷卻方式分2種情況，分別是水冷式和空冷式。

2 變頻恒壓技術(shù)供水的理論分析

2.1 一般供水的基本特性

在供水管道開度恒定的前提下，流量與泵頭在一定速度下的流量關(guān)系是供水系統(tǒng)的基本特征和工作的升力特性。在相同的泵速和閥門下，用戶使用的水量會(huì)影響流速,開口處供水管的水頭還有閥門產(chǎn)生的流量關(guān)系屬于管道阻力特性。管道阻力的曲線主要是為了解決泵系統(tǒng)在水位中的壓力差還有在管道中液體的流動(dòng)阻力差，在相同的閥門開口處，頭部越大，流動(dòng)越大。閥門開度產(chǎn)生變化時(shí)，系統(tǒng)對用戶的供水能力在一定程度上也會(huì)出現(xiàn)差異，在這里管道阻力的曲線主要體現(xiàn)出了水頭和供水之間的關(guān)系。

2.2 PCL的工作過程

雖然PCL具有許多微電腦功能，但其工作模式與微電腦的工作模式有很大不同，PCL的掃描過程實(shí)際上就是程序的執(zhí)行，一次掃描輸入圖像寄存器的全部輸入過程和外部的輸入信號都處于寫入狀態(tài)。在特定時(shí)間范圍內(nèi)，對輸入圖像寄存器進(jìn)行刷新，在刷新的過程中對程序命令完成執(zhí)行，然后在進(jìn)行采樣，采樣完成以后，進(jìn)入到圖像寄存器的內(nèi)容并不會(huì)發(fā)生任何的變化，但是唯一存在差異的就是輸入信號，等到下一個(gè)掃描周期才能恢復(fù)正常。程序在執(zhí)行的過程中，程序的每個(gè)步驟都會(huì)被執(zhí)行，掃描也必須按照步驟和指令操作完成，具體是按照上、下、下、左還有右的順序進(jìn)行，在圖像寄存器中讀取輸入狀態(tài)，找到需要的內(nèi)容，在組件寄存器讀取設(shè)備所需要的狀態(tài)，對讀取還有執(zhí)行的結(jié)果采取寫入形式，主要寫入的位置是在組件圖像寄存器中，用戶在全部程序操作完成后，這時(shí)組件寄存器中的組件輸出就會(huì)完成傳送，傳送的位置是鎖存器，然后在把輸出的模塊的功率進(jìn)行放大，完成隔離的操作指令，這樣被驅(qū)動(dòng)的用戶輸出設(shè)備就會(huì)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成受控設(shè)備，這樣接收到的信號還有電壓就會(huì)完成驅(qū)動(dòng)的流程。

2.3 變頻器的構(gòu)成

變頻器分為2種形式：單手支付和單手操作。AC-AC轉(zhuǎn)換器可以直接將工頻AC轉(zhuǎn)換為可由頻率和電壓控制的AC，也稱為直接逆變器，在AC的情況下，AC驅(qū)動(dòng)器首先通過整流器將工頻AC轉(zhuǎn)換為DC，然后將DC轉(zhuǎn)換為可由頻率和電壓控制的AC。轉(zhuǎn)換器電網(wǎng)二端的側(cè)轉(zhuǎn)換器非常重要，是用于整流三相和單相AC到DC之間的整流器，逆變器負(fù)載側(cè)位置的變流器屬于逆變器，屬于半導(dǎo)體主開關(guān)器件的三相橋式逆變器電路結(jié)構(gòu)中最普遍的結(jié)構(gòu)。

中間直流鏈路都屬于感性負(fù)載，這是因?yàn)槟孀兤鞯呢?fù)載采用的電機(jī)形式是異步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)不管在任何情況下，處于電動(dòng)狀態(tài)還是制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)，功率都不會(huì)保持不變，都會(huì)出現(xiàn)變化，這種情況下中間DC鏈路和電動(dòng)機(jī)之間的關(guān)系都是無功率之間的轉(zhuǎn)換。這種能量是通過中間位置的DC鏈路的元件電容器和電抗器完成緩沖，所以中間DC鏈路屬于能量存儲(chǔ)的重要內(nèi)容。高能逆變器主要是通過微型計(jì)算機(jī)對全數(shù)字?jǐn)?shù)控進(jìn)行控制，在結(jié)合簡便操作的硬件電路，通過軟件完成不同的操作目標(biāo)和任務(wù)，最后通過模擬控制的功能模塊，完成軟件靈活性和數(shù)字控制。

3 技術(shù)供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)供水控制系統(tǒng)功能特點(diǎn)

水電站技術(shù)供水的最終目標(biāo)就是對發(fā)電機(jī)組的主要設(shè)備完成冷卻，在此期間，供水不能夠有任何的間斷，還有明確的規(guī)定，對供水的溫度、供水的流量還有供水的壓力都有嚴(yán)格要求，一旦有波及到水溫問題時(shí)，就必須要重視起來，冷卻的效果也會(huì)隨著水溫的變化產(chǎn)生影響，冷卻器的進(jìn)口溫度對解決技術(shù)供水需求量有很大的幫助。對技術(shù)供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中，必須要考慮的因素就是水電站技術(shù)供水的主要特點(diǎn)。第一技術(shù)供水的連續(xù)性必須要有所了解，一旦因?yàn)橥饨缫蛩卦斐杉夹g(shù)供水出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，這種情況下發(fā)電機(jī)組的發(fā)出電力就會(huì)受到影響，該系統(tǒng)必須要考慮和具備安全保護(hù)功能，在第一時(shí)間起到對水電站的保護(hù)，對水電站今后的發(fā)展有很大的幫助。

3.2 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與選擇

現(xiàn)階段在市場上，該系統(tǒng)的功能十分豐富，單片機(jī)和變頻器可以在第一時(shí)間完成通訊、報(bào)警、數(shù)據(jù)處理還有實(shí)時(shí)控制等功能，而且還會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。水電站技術(shù)供電控制系統(tǒng)對于市場的需求還有設(shè)計(jì)的要求都有明確規(guī)定，供水基板的變頻泵裝置的流量傳感器和溫度傳感器的結(jié)構(gòu)非常簡單，主要是在變頻器供水板的位置上進(jìn)行操作，集中了調(diào)節(jié)器還有可編程控制器等其他硬件，最后在通過設(shè)置功能傳送命令，真正達(dá)到電子控制系統(tǒng)的目的。這種結(jié)構(gòu)的雖然減小了電路結(jié)構(gòu)，在成本上也有了降低，但是還是存在很多不便，主要體現(xiàn)在設(shè)定顯示不足還有流動(dòng)溫度上面。進(jìn)水溫度不能達(dá)到要求時(shí)，流量必須要進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到不同的數(shù)值之間，但是對于參數(shù)的調(diào)整，很難做到統(tǒng)一處理，調(diào)整的范圍減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能還有動(dòng)態(tài)性能也就沒有辦法得到基本保障，這種情況下，輸出接口可擴(kuò)展性也很差，會(huì)造成數(shù)據(jù)通信困難和負(fù)載內(nèi)存過量等嚴(yán)重后果，必須要采用內(nèi)存低的輸出接口完成任務(wù)。通用變頻器單片機(jī)也有不足之處，就是開發(fā)周期時(shí)間長、逆變器功率過高還有干擾性很強(qiáng)，必須要采用相對應(yīng)的干擾措施，只有這樣才能讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性更高。通常在硬件設(shè)計(jì)過程中，需要考慮的因素就是硬件配置和外部接線的確定，但是具備的優(yōu)勢也比較多，抗干擾能力達(dá)標(biāo)、可靠性能穩(wěn)定還有系統(tǒng)的穩(wěn)定性能高，這種情況下，不管是供水單元的尺寸處于任何情況，相對應(yīng)的解決方案都可以用于不同所需的供水場合。

3.3 變頻恒壓技術(shù)供水系統(tǒng)的組成

結(jié)合水電站技術(shù)供水的特點(diǎn)，可以通過泵、電機(jī)、工頻還有變頻來完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，耗水量小的情況下，可以打開一個(gè)泵完成運(yùn)行，甚至還可以通過逆變器帶動(dòng)多個(gè)電機(jī)完成運(yùn)行。對壓力傳感器的選擇不會(huì)優(yōu)先考慮，優(yōu)先選擇的系統(tǒng)是流量傳感器，選擇該系統(tǒng)的重要原因是官網(wǎng)壓力計(jì)算，避免造成嚴(yán)重落差，在這種情況下，還應(yīng)該考慮的因素是管道的直徑和管道阻力，避免造成損失，管網(wǎng)流量保持不變時(shí)，壓力也不會(huì)發(fā)生改變。

3.4 控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備及選擇

系統(tǒng)所需要的硬件有相關(guān)擴(kuò)展模塊，變頻器、水泵機(jī)組，軟啟動(dòng)器或自禍變壓器，流量傳感器、溫度傳感器，使用隔離變壓器，低壓電器和控制柜。溫度傳感器和電子電路主要集成的位置是在小型硅芯片上，通過集成形成ASIC小型芯片，這種傳感器的優(yōu)勢很多，有體積小、響應(yīng)速度達(dá)標(biāo)、成本控制低還有線性度增加等，對零度以下的溫度還可以展開精準(zhǔn)測量，穩(wěn)定性也比較好。該系統(tǒng)使用的主要是查壓流量傳感器，通過對管道的節(jié)流裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換，把節(jié)流裝置的流體的流量轉(zhuǎn)換成節(jié)流裝置前后的差壓，差壓流量傳染器的研究時(shí)間非常早，此項(xiàng)研究的技術(shù)也比較成熟，裝置之間的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)都非常完善。

4 結(jié)語

本文對水電站技術(shù)供水的特點(diǎn)還有傳統(tǒng)技術(shù)供水的問題進(jìn)行了研究，同時(shí)對現(xiàn)階段自動(dòng)化領(lǐng)域取得的進(jìn)步有了一定考慮，通過研究分析，最終明確指出水電站技術(shù)供水和變頻器結(jié)合起來的自動(dòng)控制方式，講述了水電站的發(fā)電效果、水電站設(shè)備使用年限的增加、人力財(cái)力的節(jié)約還有能源的節(jié)省，這些都給水電站技術(shù)供水帶來了重要發(fā)展。在對技術(shù)供水系統(tǒng)現(xiàn)場的實(shí)際運(yùn)作情況進(jìn)行了監(jiān)查，以最快速度做出反應(yīng),這對水電站技術(shù)供水控制系統(tǒng)的在發(fā)電組管理中有重要作用，對于新功能的控制還有優(yōu)化對我們在今后的發(fā)展中有重要的參考性價(jià)值，為后面的研究提供了幫助，水電站技術(shù)供水在今后的發(fā)現(xiàn)過程中，一定會(huì)有所突破。