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水利設施中電氣自動化的應用論文
水利設施中電氣自動化的應用論文
【摘要】水利設施的電氣自動化是一門涉及多方面理論和最新技術進展的綜合性科學技術，近年來，由于電子數(shù)字和計算機應用技術的迅速發(fā)展和計算機性能的顯著提高，使電子計算機應用于水電站控制的技術條件日趨成熟.有不少水電站和新建的水電站都相繼開始了應用計算機的規(guī)劃和技術準備工作，和使用成套計算機監(jiān)控系統(tǒng)的嘗試.這是我國電力工業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化的一個重要進步。
【關鍵詞】水利設施;電氣自動化;應用
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.另一個重要的優(yōu)點是不產(chǎn)生污染.水電站的能源全部儲存在水庫中，水庫中的水多可以多發(fā)電，水少只能少發(fā)電.
在一定蓄水和來水量時，調(diào)度得好可以少用水多發(fā)電，調(diào)度不善則會多用水少發(fā)電.具有季或年調(diào)節(jié)水庫的水電站要按照中、長期水庫調(diào)度計劃決定發(fā)電方式:具有日或周調(diào)節(jié)水庫的水電站，則要根據(jù)水庫來水的“收入”情況，來決定其水量“支出”的安排，確定水電站的日發(fā)電計劃。
對于梯級水電站，則完全由給定的日用水量計劃決定電廠的日總發(fā)電量計劃。
在確定水電站運行方式時，必須考慮能源的“近期庫存”情況，這是水電站運行方式上與火電廠和核電廠大不相同的一個特點。
1水電站簡介
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行發(fā)電的。
它的基本生產(chǎn)過程是：從河流較高處或水庫內(nèi)引水，利用水的壓力或流速沖動水輪機旋轉(zhuǎn)，把水能轉(zhuǎn)變成機械能，通過水輪機的水流沿特設的輸水道流到河流下游。
水輪機再帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，把機械能變成電能，然后經(jīng)升壓變壓器和送、配電線路將電流送到負荷中心，降壓后供給工農(nóng)業(yè)和居民用電。
構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)電機組的發(fā)電功率越大。
2水電站自動化的內(nèi)容
水電站自動化包括的內(nèi)容隨著水電站型式、容雖、需要實現(xiàn)的功能等的不同而不同. 一般來說，它包括下列主要內(nèi)容：
2.1自動檢測
檢測電站運行設備的各項參數(shù)是整個水電站自動化的基礎.要檢測的屯站運行設備包括機組及其輔助設備、變電稠開關沒備、電站的公用設備、水工建筑物及其操作設備等，甚至還可包括水庫的水持測報系統(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、機械振動、轉(zhuǎn)角等。
檢測包括測最、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)的.根據(jù)檢測的結果可以實現(xiàn)下述的自動操作、自動控制和自動保護，因而它是電站安全運行的一個重要環(huán)節(jié)和基礎.
2.2自動操作
根據(jù)操作的對象又可分;
(1)機組的自動操作.要求以一個脈沖自動按照預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巾央控制室發(fā)出(集中控制方式)，也可以自機旁盤發(fā)出(就地控制方式).這種自動操作有時稱作順序控制.這種操作的對象包括機組及其附屬設備.’
(2)電納公用設備的自動操作.這包括樂縮空氣系統(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：、一陣閥門的操作等.
(4)全廠性操作.如報警信號系統(tǒng)、遠動通訊系統(tǒng)、開關站設備的操作等.
2.3.自動控制
上述各項操作從自動控制原理的觀點來看是屬于開環(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)速器屬于機組轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制系統(tǒng)，勵磁調(diào)節(jié)節(jié)器屆屬于機組電壓的閉環(huán)控制系統(tǒng).改變調(diào)速器的整定值可以控制機組的有功出力，同樣，改變勵磁調(diào)節(jié)器的整定值可以控制機組的無功出力.這兩個調(diào)節(jié)器是機組也是電站的最基本的自動控制裝置.還可以設置成組調(diào)節(jié)設備，以便把全廠機組作為一臺機組來調(diào)整，使之既可接受來自上一級自動裝置的命令，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)裝置和自動調(diào)頻裝置，以及無功功率成組調(diào)節(jié)裝置.
2.4.自動保護
這里涉及的自動保護動作一般有如下三個等級
(1)動作于報警.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)動作于跳閘停機.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)動作于快速關閉進水閘門(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，還要關閉機組的進水閘門(或閥)或動作事故配壓閥.
3設備選型及自動化設計
隨著水電站自動化水平的提高，水輪發(fā)電機組所需自動化元件愈來愈多，其作用就愈重要。
但由于目前主機配套的自動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化設計上的不足使水電站的自動控制的安全受到不同程度的影響，這就需要對設備進行選型和自動化設計。
3.1PLC在軸流槳式水輪機調(diào)速器中的應用
軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機被廣泛使用于中低水頭電站。
由于它的水輪機葉片隨水不同可與導葉協(xié)聯(lián)動作而使用水輪機的動行水頭范圍增大。
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置了調(diào)速器內(nèi)導葉與漿葉的協(xié)聯(lián)關系。
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)相差甚運，故按協(xié)聯(lián)曲線運行時機組運行性能差不能達到最佳狀態(tài)。
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)曲線而后修改原協(xié)聯(lián)曲線輸入PLC而使機組處實際最佳狀態(tài)。
3.2PLC在調(diào)節(jié)水庫式電站調(diào)速器中的應用
水庫式電站的運行水頭變化范圍大：此類電站的調(diào)速器和起動開度一般按水輪機設計水頭設計，但當電站水頭降低，水輪機處于低水頭下運行時，電液調(diào)整器往往不能使機組達到額定轉(zhuǎn)速(自動狀態(tài))為使調(diào)整器的起動開度增大，往往需更換芯片或在開度指示儀中串接電阻而使調(diào)節(jié)器輸出值與開度指示產(chǎn)生差值開機組。
當電站水頭更小于設計水頭時，為使機組開機不致過速，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，修改其程序來改變起動開度即可。
【結束語】
目前我國小水電站普遍存在產(chǎn)能低、自動化程度低的現(xiàn)象，嚴重制約了小水電站的效益發(fā)揮。
由于水電站生產(chǎn)過程的特點，在實現(xiàn)水電站自動化的時候，不僅要實現(xiàn)機組一級的自動化，還要實現(xiàn)電廠一級的自動化.水電站實現(xiàn)機組和全廠兩級自動化，就是人們通常說的“水電站綜合自動化”。
有鑒于此我國水電站電氣自動化要發(fā)展，只能依靠加強企業(yè)的技術開發(fā)能力，“產(chǎn)、學、研”相結合，自力更生，實現(xiàn)國內(nèi)企業(yè)之間的協(xié)作，不斷提高技術研發(fā)能力和市場競爭力。
【參考文獻】
【1】劉忠源.水電站自動化. 1998.
【2】崔明.變電站與水電站綜合自動化.中國水利水電出版社，2005
【3】許建安.水電站自動化.技術.2005.
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