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水利設(shè)施中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用論文
水利設(shè)施中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用論文
【摘要】水利設(shè)施的電氣自動(dòng)化是一門(mén)涉及多方面理論和最新技術(shù)進(jìn)展的綜合性科學(xué)技術(shù)，近年來(lái)，由于電子數(shù)字和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的顯著提高，使電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用于水電站控制的技術(shù)條件日趨成熟.有不少水電站和新建的水電站都相繼開(kāi)始了應(yīng)用計(jì)算機(jī)的規(guī)劃和技術(shù)準(zhǔn)備工作，和使用成套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的嘗試.這是我國(guó)電力工業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的一個(gè)重要進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】水利設(shè)施;電氣自動(dòng)化;應(yīng)用
目前全世界生產(chǎn)的電能中大約有五分之一是由水電站生產(chǎn)的，我國(guó)的水電站生產(chǎn)的電能約占總電能的22%.水電站發(fā)電不需要燃燒煤或石油，而是利用自然界水的位能，因而成本低.，通常只有火電站成本的幾分之一.另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是不產(chǎn)生污染.水電站的能源全部?jī)?chǔ)存在水庫(kù)中，水庫(kù)中的水多可以多發(fā)電，水少只能少發(fā)電.
在一定蓄水和來(lái)水量時(shí)，調(diào)度得好可以少用水多發(fā)電，調(diào)度不善則會(huì)多用水少發(fā)電.具有季或年調(diào)節(jié)水庫(kù)的水電站要按照中、長(zhǎng)期水庫(kù)調(diào)度計(jì)劃決定發(fā)電方式:具有日或周調(diào)節(jié)水庫(kù)的水電站，則要根據(jù)水庫(kù)來(lái)水的“收入”情況，來(lái)決定其水量“支出”的安排，確定水電站的日發(fā)電計(jì)劃。
對(duì)于梯級(jí)水電站，則完全由給定的日用水量計(jì)劃決定電廠的日總發(fā)電量計(jì)劃。
在確定水電站運(yùn)行方式時(shí)，必須考慮能源的“近期庫(kù)存”情況，這是水電站運(yùn)行方式上與火電廠和核電廠大不相同的一個(gè)特點(diǎn)。
1水電站簡(jiǎn)介
水力發(fā)電是利用江河水流在高處與低處存在的位能差進(jìn)行發(fā)電的。
它的基本生產(chǎn)過(guò)程是：從河流較高處或水庫(kù)內(nèi)引水，利用水的壓力或流速?zèng)_動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，把水能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，通過(guò)水輪機(jī)的水流沿特設(shè)的輸水道流到河流下游。
水輪機(jī)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，把機(jī)械能變成電能，然后經(jīng)升壓變壓器和送、配電線路將電流送到負(fù)荷中心，降壓后供給工農(nóng)業(yè)和居民用電。
構(gòu)成水能的基本條件是水流的流量和落差。
流量和落差越大，水力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率越大。
2水電站自動(dòng)化的內(nèi)容
水電站自動(dòng)化包括的內(nèi)容隨著水電站型式、容雖、需要實(shí)現(xiàn)的功能等的不同而不同. 一般來(lái)說(shuō)，它包括下列主要內(nèi)容：
2.1自動(dòng)檢測(cè)
檢測(cè)電站運(yùn)行設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)是整個(gè)水電站自動(dòng)化的基礎(chǔ).要檢測(cè)的屯站運(yùn)行設(shè)備包括機(jī)組及其輔助設(shè)備、變電稠開(kāi)關(guān)沒(méi)備、電站的公用設(shè)備、水工建筑物及其操作設(shè)備等，甚至還可包括水庫(kù)的水持測(cè)報(bào)系統(tǒng).參數(shù)既可以是電員，也可以是非電雖.電星有電流、電壓、功率、電能、頻率、功率因數(shù)等.非電雖有溫度、轉(zhuǎn)速、波位、壓力、流量、液流、機(jī)械振動(dòng)、轉(zhuǎn)角等。
檢測(cè)包括測(cè)最、檢查、監(jiān)視、顯示和記錄，記錄既可以是連續(xù)的，也可以是間斷(定時(shí))的.根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)下述的自動(dòng)操作、自動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)，因而它是電站安全運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)和基礎(chǔ).
2.2自動(dòng)操作
根據(jù)操作的對(duì)象又可分;
(1)機(jī)組的自動(dòng)操作.要求以一個(gè)脈沖自動(dòng)按照預(yù)定的順序完成下列操作，即開(kāi)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(gè)脈沖命令既可以自巾央控制室發(fā)出(集中控制方式)，也可以自機(jī)旁盤(pán)發(fā)出(就地控制方式).這種自動(dòng)操作有時(shí)稱(chēng)作順序控制.這種操作的對(duì)象包括機(jī)組及其附屬設(shè)備.’
(2)電納公用設(shè)備的自動(dòng)操作.這包括樂(lè)縮空氣系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、苗電她的充電、廣用供電系統(tǒng)等.
(3)水工建筑物設(shè)備的自動(dòng)操作.這包括溢洪閘門(mén)的操作、引水式水電站首部機(jī)組取水口閘門(mén)的操作：、一陣閥門(mén)的操作等.
(4)全廠性操作.如報(bào)警信號(hào)系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)通訊系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)站設(shè)備的操作等.
2.3.自動(dòng)控制
上述各項(xiàng)操作從自動(dòng)控制原理的觀點(diǎn)來(lái)看是屬于開(kāi)環(huán)控制性質(zhì)的.電站還有許多控制屬于閉環(huán)性質(zhì)的.調(diào)速器屬于機(jī)組轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制系統(tǒng)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)節(jié)器屆屬于機(jī)組電壓的閉環(huán)控制系統(tǒng).改變調(diào)速器的整定值可以控制機(jī)組的有功出力，同樣，改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的整定值可以控制機(jī)組的無(wú)功出力.這兩個(gè)調(diào)節(jié)器是機(jī)組也是電站的最基本的自動(dòng)控制裝置.還可以設(shè)置成組調(diào)節(jié)設(shè)備，以便把全廠機(jī)組作為一臺(tái)機(jī)組來(lái)調(diào)整，使之既可接受來(lái)自上一級(jí)自動(dòng)裝置的命令，也可以接受電站值班入員給定的命令.這樣就出現(xiàn)了有功功率成組調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)調(diào)頻裝置，以及無(wú)功功率成組調(diào)節(jié)裝置.
2.4.自動(dòng)保護(hù)
這里涉及的自動(dòng)保護(hù)動(dòng)作一般有如下三個(gè)等級(jí)
(1)動(dòng)作于報(bào)警.對(duì)于不立即危害機(jī)組的不正常運(yùn)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(guò)高或過(guò)低、機(jī)組冷卻水源中斷等，保護(hù)就自動(dòng)發(fā)出警告或同時(shí)投入備用，使運(yùn)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(yùn)行.
(2)動(dòng)作于跳閘停機(jī).當(dāng)機(jī)組發(fā)生推力軸承、導(dǎo)軸承溫度過(guò)高或壓油裝置油壓過(guò)低等不允許繼續(xù)運(yùn)行的事故情況時(shí)，保護(hù)就自動(dòng)跳開(kāi)斷路器并停機(jī).
(3)動(dòng)作于快速關(guān)閉進(jìn)水閘門(mén)(或閥).有些事故如事故停機(jī)時(shí)遙上導(dǎo)水葉剪斷銷(xiāo)剪斷，機(jī)組過(guò)速且調(diào)速器失靈，或壓力銅管爆破等，自動(dòng)保護(hù)除跳開(kāi)斷路器并停機(jī)外，還要關(guān)閉機(jī)組的進(jìn)水閘門(mén)(或閥)或動(dòng)作事故配壓閥.
3設(shè)備選型及自動(dòng)化設(shè)計(jì)
隨著水電站自動(dòng)化水平的提高，水輪發(fā)電機(jī)組所需自動(dòng)化元件愈來(lái)愈多，其作用就愈重要。
但由于目前主機(jī)配套的自動(dòng)化元件的性能不夠穩(wěn)定、靈敏度差、精度低等因素以及自動(dòng)化設(shè)計(jì)上的不足使水電站的自動(dòng)控制的安全受到不同程度的影響，這就需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型和自動(dòng)化設(shè)計(jì)。
3.1PLC在軸流槳式水輪機(jī)調(diào)速器中的應(yīng)用
軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)被廣泛使用于中低水頭電站。
由于它的水輪機(jī)葉片隨水不同可與導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)動(dòng)作而使用水輪機(jī)的動(dòng)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(kāi)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(shí)際電站運(yùn)行時(shí)，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)相差甚運(yùn)，故按協(xié)聯(lián)曲線運(yùn)行時(shí)機(jī)組運(yùn)行性能差不能達(dá)到最佳狀態(tài)。
因此對(duì)于此類(lèi)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(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中和今后的運(yùn)行中可先針對(duì)不同水頭及上、下游水位及手動(dòng)協(xié)聯(lián)導(dǎo)葉、漿葉，取得最佳協(xié)聯(lián)曲線而后修改原協(xié)聯(lián)曲線輸入PLC而使機(jī)組處實(shí)際最佳狀態(tài)。
3.2PLC在調(diào)節(jié)水庫(kù)式電站調(diào)速器中的應(yīng)用
水庫(kù)式電站的運(yùn)行水頭變化范圍大：此類(lèi)電站的調(diào)速器和起動(dòng)開(kāi)度一般按水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭設(shè)計(jì)，但當(dāng)電站水頭降低，水輪機(jī)處于低水頭下運(yùn)行時(shí)，電液調(diào)整器往往不能使機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速(自動(dòng)狀態(tài))為使調(diào)整器的起動(dòng)開(kāi)度增大，往往需更換芯片或在開(kāi)度指示儀中串接電阻而使調(diào)節(jié)器輸出值與開(kāi)度指示產(chǎn)生差值開(kāi)機(jī)組。
當(dāng)電站水頭更小于設(shè)計(jì)水頭時(shí)，為使機(jī)組開(kāi)機(jī)不致過(guò)速，而又必須換回芯片或撤除串接電阻，若采用PLC可編程控制器，則可根據(jù)電站水頭高低，修改其程序來(lái)改變起動(dòng)開(kāi)度即可。
【結(jié)束語(yǔ)】
目前我國(guó)小水電站普遍存在產(chǎn)能低、自動(dòng)化程度低的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了小水電站的效益發(fā)揮。
由于水電站生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化的時(shí)候，不僅要實(shí)現(xiàn)機(jī)組一級(jí)的自動(dòng)化，還要實(shí)現(xiàn)電廠一級(jí)的自動(dòng)化.水電站實(shí)現(xiàn)機(jī)組和全廠兩級(jí)自動(dòng)化，就是人們通常說(shuō)的“水電站綜合自動(dòng)化”。
有鑒于此我國(guó)水電站電氣自動(dòng)化要發(fā)展，只能依靠加強(qiáng)企業(yè)的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力，“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合，自力更生，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)企業(yè)之間的協(xié)作，不斷提高技術(shù)研發(fā)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【參考文獻(xiàn)】
【1】劉忠源.水電站自動(dòng)化. 1998.
【2】崔明.變電站與水電站綜合自動(dòng)化.中國(guó)水利水電出版社，2005
【3】許建安.水電站自動(dòng)化.技術(shù).2005.
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