摘要：水电厂作为一个重要的电能生产部门，其设备的可靠性对电力系统的影响十分巨大。在国内外的电力生产事故中，有很多事故都与水电厂的设备故障有关，甚至包括整个电力系统瓦解和区域性大面积停电的恶性事故。因此，探讨当前我国水电厂机电设备存在的问题，并实现其发电设备智能化设计有着巨大的现实意义。本文主要分析了水电厂发电设备智能化设计的要点。
关键词：水电厂；发电设备；智能化；设计
我国约三分之一的电能来自于水力发电设备，水力发电设备虽然在我国社会经济发展中发挥重要价值和作用，但是在运行过程中同样会存在技术落后以及设备老化等问题，主要表现在机组设备老化，故障率高，自动化水平低，泥沙淤积对机电设备的损坏越来越严重等。电力行业建设智能水电厂的呼声日益高涨，水电厂智能化设计势在必行。笔者结合实际经验，从数字化模块技术，智能化发电机、励磁变、厂用变保护，智能化励磁系统，智能化水轮发电机调速器系统，设置智能通信控制柜取代LCU柜方面，探讨了水电厂发电设备智能化设计，有不对之处，请批评指正。
1智能化水电厂设计及技术特点
（1）数字采样技术：采用电子式互感器实现电压电流信号的数字化采集。（2）数字化模块技术：采集发电机组各轴承瓦温、油温、冷却器温度、流量、压力等信号，再进行数字化处理。采集机组转速、导叶位置、制动位置、剪断销位置、技术供水等信号进行数字化处理。（3）智能传感器技术：采用智能传感器实现电气一次设备的灵活控制。（4）信息共享技术：采用基于IEC61850标准的信息交互模型实现二次设备间的信息高度共享和互操作。（5）同步技术：采用B码、秒脉冲或IEEEE1588网络对时方式实现采样或对时。（6）网络同步技术：构成网络化二次回路实现采样值及其他信息的网络传输。
2当前我国水电厂机电设备存在的问题
我国能源部门在水电厂设备改造和技术开发等方面投入了大量的资金和精力，取得了一系列卓越成效，但是在水电厂发展运行过程中，这些改造所带来的收益和成效逐渐降低，我国水电厂设备技术方面的问题越来越突出和严重，必须要重新展开相应的技术改造。当前我国水电厂机电设备存在的问题主要集中在以下几个方面。
2.1机组设备老化，故障率高
我国水电开发发展较早，很多水电机组的运行时间相当长，这些老旧设备肩负着我国大部分水力发电任务，不断加重的发电任务与发电机组的老化和发电效率下降之间逐渐出现较大的矛盾和问题。发电机组老化问题中，水轮机空蚀磨损最为严重，尤其在我国西部等地区，受到河流含沙量等因素影响，发电机组水轮机运行过程中受到水流推力作用，水中的沙粒会给水轮机叶片带来非常大磨损，降低水轮机叶片效能，进而降低发电机组主发电机功率，需要在较短的时间内大修，维修时间长，不仅增加维修费用，同时还严重降低水力发电企业的供电效率和经济效益。
2.2自动化水平低
很多水电厂投产较早，其设备自动化水平偏低情况较为普遍，目前所使用的自动化元件可靠性不是很高，缺乏足够的自动化改造空间，对水电厂精简人员产生严重影响，水电厂运行效率很难得到有效提高。另外，当前水电厂的计算机信息控制系统还存在较大的问题，很难实现对现代化电网管控系统联网控制。
2.3泥沙淤积对机电设备的损坏越来越严重
水力发电设备运行过程中一直受到泥沙淤积等问题的威胁，泥沙淤积不仅会降低水力发电设备的运行效率，甚至还会产生一系列安全问题。受到历史因素以及我国经济建设活动等影响，环境保护重视度低，水土流失情况严重，很多建设较早的水电站都面临严重的泥沙淤积现象。
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3水电厂发电设备的智能化设计
3.1数字化模块技术
（1）水电厂机组自动化元件点多、面广、种类繁多，建议采用数字化模块技术，就地化安装。（2）数字化模块分类，按用途分，主要有：智能转速传感器；智能导叶位置传感器；纯开关量输入（如剪断销位置、风闸位置）数字化处理设备（模块）；按照系统分：技术供水系统；顶盖排水；主轴密封供水；调速器压油泵控制系统。可考虑采用智能控制器，具备采集温度、压力、流量、开入、开出、电压、电流等多种信号接口及功能，具备网络化智能接口。（3）模块化设备安装选择就地化安装。测温模块箱式或柜式可考虑在发电机机身外挂、机坑内壁或机坑外壁挂安装，考虑机坑温度较高，优先选择机坑外壁挂安装。（4）模块接口技术：具备多个RS232、RJ45、光纤接口，采用IEC61850网络通信规约，与其他设备用光缆连接，大幅度减少常规电缆的使用。
3.2智能化发电机、励磁变、厂用变保护
参考国网公司智能变电站技术，在发电机出口及中性点安装多组电子式组合互感器，组柜安装。具备光纤接口，考虑与保护、励磁、调速器设备光纤连接。在保证发电机保护“四性”要求的前提下，配置双套发电机、励磁变、厂用变保护，直采直跳，测控组网。
3.3智能化励磁系统
（1）励磁调节柜采用双自动通道设计，功率测量具备与电子式互感器接口及功能。（2）可控硅触发脉冲具备光接口及功能，与励磁调节柜采用光纤连接。（3）设计起励、逆变灭磁、电制动、投/退、增减励磁等数字化接口，与其他设备采用光缆连接进行通信。（4）励磁系统状态显示与其他设备采用光缆连接进行通信。（5）灭磁开关采用电气一次二次设备融合技术，与其他设备采用光缆连接进行通信与控制。（6）开发智能型励磁电压及励磁电流组合传感器，消除谐波及励磁过电压对其他电气设备的影响，并具有光纤接口。（7）发电机励磁调节器辅助限制性能协调优化。（8）励磁软件采用模块化设计，在保证励磁控制主流程控制功能不变的前提下，设计新的通信软件与其他设备通信，采用IEC61850通信规约，具备光纤通信接口，满足水电厂智能化通信要求。（9）具备在线监测与远程诊断功能及光纤接口。
3.4智能化水轮发电机调速器系统
（1）调节柜采用双自动通道设计，功率测量具备与电子式互感器接口及功能。（2）调节柜设计具有智能型转速传感器、导叶位置传器光纤接口模块。（3）调速器机械柜旁设置智能接口装置，集成各阀门、电磁阀等自动化元件数字化光纤接口，与调节柜及其他设备光纤连接，采用IEC61850规约，具备显示与控制功能。（4）设计开停机、投/退、增减速等数字化接口，与其他设备采用光缆连接进行通信。（5）调速器系统状态显示与其他设备采用光缆连接进行通信。（6）调速器软件采用模块化设计，在保证调速器控制主流程不变的前提下，设计新的通信软件与其他设备通信，采用IEC61850通信规约，满足水电厂智能通信要求。
3.5设置智能通信控制柜取代LCU柜
（1）大型水轮发电机组LCU柜一般设置为3--5面柜，与其他二次设备的连接为常规电缆连接，电缆使用量大，维护接线工作量大。建议设置智能通信控制柜取代LCU柜，可设置1~2面柜，与其他设备采用光缆连接，接线及维护工作量大大减少。在厂站层控制系统故障或退出运行的情况下，水轮发电机组仍然能够正常运行。（2）智能通信控制柜在保证水轮发电机正常开机、停机流程；保证对发电设备正常操作、控制、显示、监视、通信、远程诊断的前提下，开发新的软件系统，使之与IEC61850通信规约兼容。
参考文献：
[1]周静,李为一.现代化高校智能化设计建议[J].科技风.2009(15)
[2]李艳.房屋建筑中智能化设计应用[J].中国新技术新产品.2014(13)
[3]龙梅.浅谈住宅智能化设计对建筑设计的影响[J].科技资讯.2010(15)
[4]徐晶.基于知识的碟簧集成智能化设计[J].机械设计与制造.2006(04)
[5]刘波.数字式温度传感器与仪表的智能化设计[J].仪表技术.2002(02)
论文作者:赵呈星1, 刘辉2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：水电厂论文; 调速器论文; 设备论文; 通信论文; 接口论文; 励磁论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第27期论文;