摘要：近年来，能源短缺矛盾日益突出，新能源的研发和使用是现代社会急需解决的重大问题。水电作为一种清洁型能源，逐渐在人们的生产和生活中广泛应用，对于推进节约型社会的建设和发展具有极大的意义。随着水轮发电机自动系统的研究与应用，减少了人员看守与维护的工作量。PLC技术在水轮发电机自动控制系统中的应用，实现了水轮发电机智能化的改造，真正实现了无人值班状态下系统的自动化运行，大大提高了工作效率，也降低了人工运营成本，极大地促进了我国水电事业的发展。
关键词：PLC；水轮发电机；自动控制系统
引言：
通过把水的动能向机械能转化，最后再将机械能变换为电能的过程便是水轮发电机组的主要工作原理。其中，由于水力发电具有优越的环保性，所以水力发电工程在我国呈现快速增多的趋势。然而，对于传统水力发电工程管理模式而言，其已经无法满足现阶段的发电生产需求，并且极大的增加相关人员的工作强度以及发电企业的财力投入。所以为了提升大型水电站的管理与发电效率，通过水轮发电机自动控制系统的研究，并结合PLC技术，对水轮发电机开机、停机及各类事故能够迅速做出判断和反应，实现了我国水电站自动化运行。
一、PLC 自动化控制系统优势
目前，作为一类数字运算操作为一体的电子装置，PLC在工业领域中有着广泛的使用。其中，可编制程序的存储器是PLC当中的核心部件，通过它可以将工业生产过程中所需要的相关运算指令以模拟式或数字式的状态进行输入与输出，从而实现对各类生产流程以及机械设备的控制任务。与此同时，PLC以及与其有关的辅助设备的设计应遵循易于扩展功能以及易于与工业控制系统形成一个有机整体的原则来进行。
1、降低能耗
为了提升水电站的发电效率，加强各类电气设备之间的协作性就显得尤其重要。对于传统发电工艺而言，其需要将发电过程划分成彼此独立的环节，并且无法协调与共享彼此之间的信息。然而，随着自动化控制系统的应用，其可以在上述设备中充分的发挥其协调能力强的特点，从而通过计算机来获取彼此之间的信息并加以共享，进而对整个发电过程起到积极有效的协调作用。
2、参数修正与优化
对于传统发电生产而言，电站内的工作人员为了完成相关电气设备的调试工作，通常需要消耗较多的人力与物力方可实现。与此同时，随着自动化控制系统在电站的应用，相关人员只需要通过计算机便可以在线完成系统的参数优化工作，并且方便工作人员随时对设备进行调整与控制。
3、确保数据可靠
通过应用现场总线技术，使得自动化控制的通信电缆的敷设费用大为降低，并且有助于提升自动化控制系统的可靠性与稳定，有效的提升了自动化控制系统的抗干扰能力以及测量精度，确保控制性能满足电站生产工艺的要求。
二、PLC在水轮发电机自动控制系统中的实现
1、机组自动控制功能
计算机监控系统是水轮发电机组自动控制系统的核心，并且配备其它常规设备来加以辅助，从而确保实现对全厂电气设备的监控与控制，并且当上位机不在线时，仍可以通过相关措施来控制与调整全部机组的启停与负荷，这便是水轮发电机组自动控制系统的核心设计原则。因此，为了确保机组PLC在独立控制过程中有良好的人机界面，除了可在操作员站计算机完成相关机组整体工作状态的现实与操作流程外，同时还需要将控制流程的模拟显示和操作面板安装在PLC控制柜当中，并且分别和PLC的输入、输出模块进行连接。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中，对于水轮发电机组中PLC的主要控制功能来讲，其主要对水轮发电机组中的启停流程与紧急事故下的启停流程进行控制。控制优先级应为事故停机流程永远优先于正常停机流程。如果发出停机指令，目前正在执行的非停机流程应立即退出，同时各个非停机流程之间的关系为并列关系，不可以一同进行。
2、开机流程
PLC所接收到的开机命令可通过相关人员在操作员站中的操作面板中发出或者在现地盘柜上发出。当PLC接收到开机指令之后，便会对开机条件进行判断，即：判断进水口闸门是否全开、机组制动系统是否正常、接力器锁锭和检修空气围带是否退出、机组是否安全无事故、发电机出口断路器和励磁开关是否均处于断开状态，并判断调速器油压系统是否正常以保证开机后机组不失控，判断冷却水系统的状态是否正常以保证良好的冷却和润滑。待条件全部确认满足之后开机流程方可进行执行，开机流程图中会依次亮起当前执行流程，从而显示系统已经接受开机命令，正在执行相应的开机流程。开机流程依次为：启动水导外循环泵、启动推力外循环泵、启动机组高压顶起泵，之后将调速器调整至开启状态，转速升到额定转速的95%即进入空转态，随后退出高压顶起泵，对励磁装置进行操作，合灭磁开关，然后投入机组励磁，自动准同期装置可以在机端电压升至额定电压的90%之后投入，随后机组通过自动准同期装置来向电网进行并入操作，待发电机出口断路器合闸信号由PLC接收到后，则表示整个开机流程结束，机组进入发电状态，随后便可根据负荷要求执行发电任务，同时发电指示灯亮起。在开机过程中，当PLC发出每个操作指令过后，自动化控制系统会对每个指令对象的响应情况进行判断，如果响应无问题，则可以继续完成控制流程，反之则会立即停止流程，同时发出报文信息。
3、正常停机流程
在无紧急停机指令时，机组的停机流程便为正常停机。操作员站可将正常停机指令通过操作面板发出。当正常停机指令由PLC接收到后，相应的停机流程便会开启。具体停机流程为：对机组当中的负荷情况进行判断，并将所有负荷调整至空载状态，如有功功率低于10MW、无功功率低于10MVA，然后跳出口断路器，将励磁停机令传递给励磁装置，待灭磁任务完成，机端电压低于额定电压的5%之后投入机组高压顶起泵，调速器便会接收到停机指令，在转速降低至额定转速的20%时，PLC便将机械制动闸投入。待机组转速低于额定转速的5%之后，退出水导外循环泵、推力外循环泵、高压顶起泵和技术供水，完成机械制动闸的复位，从而结束整个停机流程，停机指示灯便会在操作面板中亮起。
4、事故停机流程
机组事故信号包括一般机械事故停机信号、电气事故停机信号、机械事故停机信号和紧急事故停机信号，当PLC接收到不同的事故信号时调用不同的事故停机流程。一旦机组主轴密封块的温度或者轴承温度在机组运行时处于过高状态，则一般机械事故停机流程便会在水轮发电机中启动，在退出当前的机组控制流程后，直接调用机组发电状态下的停机流程停机。若发电机A套或者B套保护动作停机则启动电气事故停机流程，终止当前控制流程后，跳出口断路器和灭磁开关，再调用机组空转状态下的停机流程。在机组运行时若按下控制柜紧急停机按钮或者现地发出事故低油压信号，就会启动机械事故停机流程，退出机组当前控制流程后，会在启动调速器急停阀后停机。在机械过速158%动作、电气过速155%动作、按下现地紧急关闸门按钮或者机械事故停机过程中剪断销剪断时，则启动紧急事故停机流程，退出机组当前控制流程，在关闭进水口闸门、启动调速器急停阀后停机。
结语：
随着社会对于电力能源需求量不断的增加以及我国对于环境保护方面工作力度的加大，从而为水力发电工程的发展打下坚实的基础。此外，由于传统水电站运行方式已经难以满足今后的发展需要，所以有必要对PLC在水轮发电机组控制系统的应用进行积极的研究，使之更好的服务于我国水利发电工程行业，将PLC技术应用其中，减少人力投入，简化操作流程，真正的实现无人值班模式，促进水轮机组安全、高效运行，推动我国水电事业可持续健康发展。
参考文献：
[1] 王珺. 电气设备自动控制系统中PLC的设计与应用探究[J].中小企业管理与科技（中旬刊）. 2015（12）
[2] 李伟.水轮发电机组技术改造与运行方式探讨[J]. 低碳世界. 2017（34）
论文作者:杜青青
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/6
标签：机组论文; 流程论文; 水轮发电机论文; 事故论文; 调速器论文; 指令论文; 顶起论文; 《电力设备》2018年第2期论文;