「水电站自动化技术应用」.pdf

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1、水电站自动化技术应用 水电站自动化技术概念的引入 水电站的组成部分 主机设备:水轮机、发电机、变压器 辅助设备、一次输变电设备、二次测量、监视、控制、保护设备、消防监控系统、水文自动测报系统 一、水电站自动化概述 1.水电站自动化的作用 水电站自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视,能够在无人(或少人)直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志，同时,自动化技术又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。水电站自动化的作用主要表现在以下几个方面:（1）提高工作的可靠性:水电站实现自动化后,一方面可通过各种自动装置快速、准确、及时地进行检测

2、、记录和报警，既可防止不正常工作状态发展成事故,又可使发生事故的设备免遭更严重的损坏，从而提高了供电的可靠性。另一方面，通过各种自动装置来完成水电站的各项操作和控制(如开停机操作和并列），不仅可以大大减少运行人员误操作的可能，从而也减少了发生事故的机会;而且还可大大加快操作或控制的过程，尤其在发生事故的紧急情况下,保证系统的安全运行和对用户的正常供电,具有非常重大的意义。（）提高运行的经济性：水电站实现自动化后，可根据系统分配给电站的负荷和电站的具体条件,合理地进行调度，保持高水头运行,同时合理选择开机台数，使机组在高效率区运行,以获得较好的经济效益。如何实现各电站合理最优调度,避免不必要的弃

3、水,充分利用好水力资源,对于梯级电站来说尤为重要。此外,水电站通常是水力资源综合利用的一部分，要兼顾电力系统、航运、灌溉、防洪等多项要求,经济运行条件复杂,单凭人工控制很难实现,实现自动化以后，将有助于电站经济运行任务的实现。特别是对于具有调节能力的水电站，应用电子计算机不但可对水库来水进行预报计算，还可综合水位、流量、系统负荷和各机组参数等参量,按经济运行程序进行自动控制,大大提高运行的经济性。(3）保证电能质量:我们知道,电压和频率作为衡量电能质量好坏两项基本指标。电压正常偏移不超过额定值的5，频率正常偏移不超过额定值的0.2.5 H。电压或频率的的稳定主要取决于电力系统中无功功率和有功功

4、率的平衡。因此要维持系统电压和频率在规定范围内,就必须迅速而又准确地调节有关发电机组发出的有功和无功功率。特别是在发生事故的情况下,快速的调节或控制对迅速恢复电能质量具有决定性的意义,而这个过程,单纯靠手动操作,无论在速度方面还是在精度方面都是难于实现的，只能借助于自动装置来完成。可见,提高水电站的自动化水平，是保证电力系统电能质量的重要措施之一。（4)提高劳动生产率、改善劳动条件:水电站大多地处偏僻山区，远离城镇，职工长期生活在较差的环境之中。水电站实现自动化后,很多工作都是由各种自动装置按一定的程序自动完成，用计算机监控系统来代替人工操作及定时巡回检查、记录等繁杂劳动,大大改善运行人员的工

5、作和生活环境,减轻了劳动强度,提高了运行管理水平。同时还可减少运行人员,实现无人值班(或少人值守）,提高劳动生产率,降低运行费用和电能成本。2.水电站自动化的内容 水电站自动化的内容,与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、水电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的来说，水电站自动化包括以下几个方面：）1（完成对水轮发电机组运行方式的自动控制:一方面,实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化，使得上述各项操作按设定的程序自动完成;另一方面，自动维持水轮发电机组的经济运行,根据系统要求和电站的具体条件自动选择最佳运行机组数，在机组间实现负荷的经济

6、分配，根据系统负荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此外，在工作机组发生事故或电力系统频率降低时，可自动起动并投入备用机组;系统频率过高时,则可自动切除部分机组。）2（完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视：如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等。出现不正常工作状态或发生事故时，迅速而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。)3（完成对辅助设备的自动控制：包括对各种油泵、水泵和空压机等的控制，并发生事故时自动地投入备用的辅助设备。）（完成对主要电气设备(如变压器、母线及输电线

7、路等)的控制、监视和保护。()完成对水工建筑物运行工况的控制和监视:如闸门工作状态的控制和监视,拦污栅是否堵塞的监视，上下游水位的测量监视，引水压力管的保护（指引水式电站）等。二、水电站自动化技术的发展 1、常规自动控制系统 水电站常规自动控制系统应用最普遍,是一种传统的自动控制系统，它由电磁式继电器构成自动控制回路，主要完成顺序控制，电磁式继电器还可构成水电站设备的保护。常规自动控制系统是针对特定的控制对象而构成，不同的控制对象的控制系统不相同,当控制对象的保护种类及控制顺序要改变时，则要改变自动控制回路。常规自动控制系统的弱点在于调节性能较差,难以实现对水电站设备的自动调节及巡回检测。、晶

8、体管集成电路控制系统 由于常规自动控制系统的弱点存在调节性能较差,难以实现对水电站设备的自动调节及巡回检测等问题，在 7年代随着晶体管集成电路的应用，这个问题得到了解决，利用晶体管模拟或数字电路技术，可构成水电站的各种自动调节、巡回检测或保护装置，甚至取代部分机械调节装置。比如电气液压调速器取代了机械液压调速器;无刷励磁、晶体管励磁系统取代了励磁机、双绕组电抗分流励磁等,从而实现了自动调节。局限性:1）、晶体管集成电路控制系统同常规自动控制系统一样,是属于由硬件构成的调节控制系统，当调节控制对象的调节参数要改变时须调整电路参数，若要增减功能则须修改硬件电路;2）、电路集成度不高,元件数量较多，

9、就存在元件性能的一致性、筛选、老化等问题。)、存在工作点漂移和温度漂移等问题 3 计算机数字控制系统 随着科学技术的高速发展，自 80 年代起,电子计算机在各个领域得到广泛应用,一种模块化的基于现场总线的水电站计算机监控系统出现，逐步取代了传统的以常规控制、人工操作为主的控制模式，大大提高水电站的自动化程度，实现水电站“无人值班，少人值守”。.系统构成：采用了计算机、可编程序控制器(LC）或智能/0、微机继电保护装置和专用智能测控装置，通过标准以太网、现场总线将主控机与各个现地控制站、智能装置等有机连接在一起，构成了按功能分工协作的分层分布式综合监控系统。.系统的主要特点:()开放式体系结构,

10、层次分明,具有良好的扩展性。(2)分层分布式系统，可以根据监控对象、功能进行配置,具有很好的分散性、开放性和灵活性。（3）采用冗余配置，具有很高的可靠性。(4）用中文 Wndows 操作系统和智能通信等先进技术，便于系统升级。()灵活的组态界面，人机接口能力强,界面友善，易于掌握,方便设计、调试和现场运行。.系统主要功能:(1）对电站设备实现自动监视与记录：计算机监控系统自动完成电站设备数据的采集、处理以及设备运行状况的自动监视与记录，包括开关量信息监视，模拟量信息监视,故障/事故报警、记录与显示,SOE 点记录与显示。（)对电站实现自动控制：根据上级调度要求和电站自身的具体情况,对电站设备进行操作或调节，包括机组的自动开停和并列以及运行工况的自动