1.2浙江省金华市婺城区苏孟水电管理处；3浙江省金华市金兰水库管理处
摘要：本文从社会发展的趋势说明了水轮机自动化的必要性。描述了中小型水轮发电机组综合自动化设计与改造中所存在的问题。详细阐述了怎样从水轮机硬件的配置以及软件的设计等方面实现水轮机的自动化设计与改造。最后总结了实现水轮机自动化的重要意义。
关键词：水电站自动化；自动化系统系统设计；水轮发电机组
引言
伴随着科学技术的不断发展，越来越多的相关技术行业人士开始了中小型水电站综合自动化的研究。中小型水电机的综合自动化经过多年的研究和实践，它们的可靠性、灵活性、快速性已得到一致的认可。我国的中小型水电厂大多分布在山区，容量小，设备简单，所以对它实现自动化已成为必然的要求。
1 现阶段我国中小型水电站自动化主要存在下面这几大问题
（1）中小型水电站的设计模式几乎完全模仿大水电站，并且由于建造时间往往很早，当时的计算机未曾普及，所以成本高昂，且控制程序极为复杂。人员的技术要求高。
（2）大部分的设施和构造元件仅具有较低的自动化程度。很大一部分的中小型水电站采用的设施和科学技术都是比较常规和人工的。因此造成了水电站自动化程度低，设施构造复
杂庞大、操作的人工技术要求高，技术人员不足，所有方面的成本都大大提高。
员不足，所有方面的成本都大大提高。
（3）由于建设得较早，我国当时的科学技术仍旧比较落后，所以中小型水电站的基础建设也相对落后，很多设施无法与参与自动化的计算机连接形成一体，如要将其改造，又是一大笔的改造费用。且改造时间较长，影响生产效率。
（4）如果能够完成中小型水电站的自动化改造，那么能够操作这种新型自动化生产技术的人员将被广泛需要。技术人才的空缺也是必须要考虑的问题。因为即便是设施足够自动化、足够先进，没有好的技术人员操作和好的管理体系控制，这种自动化改造仍然是十分薄弱的。中小型水电站的技术改造，必须要严格遵守以下几点原则：先进，经济，合理，特殊。而采用的自动化技术则要成本较低，且易于操作，并且牢靠稳定，实用性强，必须考虑这些技术所应用的地点，要根据不同的地方实现不同的自动化技术，技术的实现可以帮助提高城乡经济效益的目的。而在中小型水电站技术的自动化改造过程中，最值得重视的就是中小型水电站水轮发电机组的自动化改造。
2 水轮发电机组的调控系统的自动化改造
用PLC取代水轮发电机组原有控制系统中的继电器，完成主要的控制功能和保护功能。PLC，即可编程逻辑控制器，是一种由数字运算操作的电子系统。它含有某种可以编程的存储器，将程序储存在内部，执行逻辑运算顺序控制，从而对下游发送指令。与继电器相比，PLC更加牢靠稳定，不易出错，从而减少了检查修理以及维护的工作成本，并且在出错时，修理的目的明确，过程简单，针对性强。由于PLC的数字性及储存编程后的自动下达指令的优势，PLC控制系统顺序控制下游的各种自动装置，实现控制系统的自动化。这其中主要括以下两点：一是利用可编程的存储器收集来自各处的输入信号数据并对数据进行统计处理，在发生异常时终端对机组实现保护功能；二是完成对下游各自动装置的调控功能。
2.1 PLC下游自动装置的改造
（1）转速信号装置。转速信号器由原来的非自动化信号器换为数字转速信号装置。数字转速信号装置用于测控发电机组的转速、转速百分比以及频率等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆可根据所需输出的量选择数字转速信号装置的型号。转速信号装置一般可直接设置和查看机组的转速、转速百分比、频率、最大值和输出参数值，并且可以设置参数值，具有断电保护和上游控制系统自锁功能。
（2）测温元件和测量装置。可将原始的温度测量工具以及其他各类测量装置改为多功能巡测仪。多功能巡测仪有多种品名，可根据实际需要自主选择。它可用来巡检温度，由于其本身还具有报警系统，可以设置报警阈值，并将信号传至上游plc控制系统。当温度达到报警阈值时，可即时将信号传达给控制系统而实现机组自我保护功能。
（3）同期系统。在发电厂和变电站中，通常把反映同期装置和同期电压连接关系的回路称为同期系统。同期操作是将同期发电机投入到电力系统参加同期并列运行的操作。目前所使用的多为手动操作，因此往往出现不能精确同步，从而出现较大的误差，导致并网的时间加长，对机组的损害较大。将手动同期操作改换为自动准同期装置。自动准同期装置是利用滑差检查、压差检查及恒定导前时间的原理，通过时间程序与逻辑电路，按照一定的控制策略进行综合而成的，能够圆满的完成准同期并列的基本要求。从而减短并网时间，提高同期操作的准确度。
3 辅助设备的自动化改造
水轮发电机组的控制系统为PLC控制系统。而数轮发电机组的辅助设备也有其各自的PLC控制系统，这样既可以保证每一个PLC与其下游的各设备组合成一个完整的个体，又同时保证了它们的独立性。由于PLC极其稳定，不易受到周围恶劣环境的影响，拥有强大的抗干扰能力，因此，经过改造后的辅助设备往往具有如下的几大特征：
1）可通过开关不同的PLC控制系统，实现不同设备间的转换，在短时间内实现功能的转换；
2）PLC控制系统收集各种不同辅助设备的信号并将此信号输送给主操纵室，可以不需要人工现场检查就能掌握各个设备的运行状况；、
3）PLC由于具有可编程的存储器，可以将对于各种不同辅助设备的要求转化成数字逻辑进行操纵，既准确不易出错又操作简便；
4）可使各个设备的所有程序有序可靠地进行。对辅助设备进行自动化改造，是为了实现整个系统无需人工操作，减免维护修理过程，达到工序简便易行的目的。
4 软件设计
这里的软件设计即为上文中提到的具有可编程的存储器的PLC控制系统中的软件程序。此软件程序大致可分为开机和停机两大主要步骤。水轮发电机组自动开机过程的程序可分为几个步骤，即开机指令是分步进行的：相邻两个设备的前一个设备受到开机指令并完成了该开机指令，后一个设备才会接收到开机指令，而这其中前一设备的开机指令是否完成则是由其输送给PLC控制系统的信号来表达确认的。PLC控制系统所操作的开机顺序简单清晰，便于识别。在这个开机流程中，如果接收到开机指令后在特定时限内并没有完成，此信号由PLC控制系统确认后会认为出现了开机故障，则此控制系统会自动结束开机过程。而停机过程与开机过程相一致，也是分步进行的。当停机过程中出现故障时，PLC控制系统会自动中断停机操作，之后通过特定方式通知相关人员进行修理等。
5 结论
中小型水电站水轮发电机组的自动化改造已经是迫在眉睫的事情。如今我国的科学技术正在迅猛发展，许多曾经实现不了的改造过程现在均可以完成。在条件允许的情况下，实现水轮发电机组的自动化改造，对于降低成本，提高能源利用率，满足城乡人民对于电能日益增长的需要都有很重要的意义。
参考文献：
[1] 全卫国.全国发电信息化技术研讨会2004论文集，水电厂自动化系统开发应用与发展[C].2004.
[2] 郭键.佛子岭水电站水轮发电机组的自动化改造[J].水电厂自动化，2008.
[3] 吴保金，闫红丽.莲花水电厂水轮发电机组自动化元器件改造[J].黑龙江电力，2009.
论文作者:王羊子1,余张云2,季根喜3
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/15
标签：控制系统论文; 机组论文; 水电站论文; 水轮论文; 同期论文; 信号论文; 转速论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;