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(jī)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(dāng)前一些新建入改擴(kuò)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(jìn)一步對電氣自動化在水電站水輪發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用進(jìn)行了具體的闡述。

水電站；電氣自動化；內(nèi)容；水輪發(fā)電機(jī)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(jìn)行發(fā)電，利用水的壓力或是流速來帶動水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)再帶動發(fā)電機(jī)運行，從而將水能轉(zhuǎn)化了機(jī)械能，機(jī)械能變?yōu)殡娔?。在整個過程中，水輪發(fā)電機(jī)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(jī)組上進(jìn)行應(yīng)用，有效提高提高水輪發(fā)電機(jī)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(jī)械振動等進(jìn)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(hù)，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(jī)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(jī)并并入系統(tǒng)、停機(jī)、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(jī)旁盤發(fā)出（就地控制方式），操作的對象包括機(jī)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(jī)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(yuǎn)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(jìn)行分析，機(jī)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(jìn)行改變能夠?qū)C(jī)組的有功出力進(jìn)行控制，同理，當(dāng)對勵磁調(diào)節(jié)器的整定值進(jìn)行改變時，也能夠?qū)C(jī)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(jī)組調(diào)節(jié)設(shè)備，這樣可以將全站機(jī)組作為一臺機(jī)組來進(jìn)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(hù)

（1）報警。對于不立即危害機(jī)組的不正常運行情況，加發(fā)電機(jī)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(jī)組冷卻水源中斷等，保護(hù)就自動發(fā)出警告或同時投入備用，使運行人員嚴(yán)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(fù)荷使故障機(jī)組退出運行。

（2）跳閘停機(jī)。當(dāng)機(jī)組發(fā)生推力軸承、導(dǎo)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(hù)就自動跳開斷路器并停機(jī)。

（3）快速關(guān)閉進(jìn)水閘門（或閥）。有些事故如事故停機(jī)時遙上導(dǎo)水葉剪斷銷剪斷，機(jī)組過速且調(diào)速器失靈，或壓力銅管爆破等，自動保護(hù)除跳開斷路器并停機(jī)外，還要關(guān)閉機(jī)組的進(jìn)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(jī)組中的應(yīng)用

在科學(xué)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(jī)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(dāng)前水輪發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)組自動化控制水平。

2.1 PLC在軸流槳式水輪機(jī)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(jī)。由于它的水輪機(jī)葉片隨水不同可與導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)動作而使水輪機(jī)的運行水頭范圍增大。這樣可為電廠創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。水輪發(fā)電機(jī)組制造廠家為其制造的水輪機(jī)提供了一組不同水頭下導(dǎo)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(dǎo)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(jī)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(yuǎn)。因此對于此類機(jī)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(jī)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(dǎo)葉、漿葉，取得最佳協(xié)聯(lián)曲線，并對原協(xié)聯(lián)曲線進(jìn)行更改，保證機(jī)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(jī)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(jī)處于低水頭下運行時，電液調(diào)整器無法保證機(jī)組達(dá)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(dāng)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(jī)組開機(jī)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(jìn)行修改從而保證起動開度的合理性和科學(xué)性。

3 結(jié)束語

當(dāng)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(qiáng)電氣自動化在水電站中的應(yīng)用，對水電站水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行自動化改造，實現(xiàn)其增容擴(kuò)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