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摘要：随着我国水电站的迅速发展,电气自动化在水电站中得到了广泛的运用,并且发挥着越来越重要的作用。据此,简单地介绍水电站自动化的具体内容、电气自动化应用于水电站的重要意义以及水电站采用电气自动化的目的,提出电气水电站电气自动化的系统设计。
关键词：水电站；电气自动化；应用
1 水电站的概念
水力发电是指利用水流的位能差而产生的电能。其产生原理为:水能转化为机械能后再一次转化为电能。通过在高落差的上游段或者是水库中引水的方法以及水体本身的压力或水流速度足以带动水轮机运转,达到水能向机械能的转变,再沿特制的输水路线利用水轮机经过的水流流至下游。发电机由水轮机带动旋转,让机械能再一次向电能转换,电流再经由升压变压器和配、送电线路输送至负荷中心,降压后可向市场供给。当中水量和落差是构成水能的前提要素。
2 水电站自动化的内容
2.1 自动化检测
检测整个水电站的基础是电站自动化运行设备的各项参数。其中包括:机组及其辅助设备、电站的公用设备、水工建筑物与其操作设备、变电稠开关没备等,甚至还连带水库的水持测报系统。其中非电虽有转角转速、水量、温度、压力、波位和机械振动及转速等,电星有电流、电压、频率、电能和功率及功率因数等,而检测的内容是:检查、最值、监视及记录与显示。记录有定时和连续两种。和定时两种。检测的结果是电站安全运行的一个重要环节和基础,据此可以实现下述的自动操作、自动控制和自动保护。
2.2 自动操作
按不同的操作对象分为此四种:
(1)远动通讯系统、报警信号系统、开关站设备的操作等是全厂性基本操作
(2)引水式水电站首部机组取水口闸门的操作和溢洪闸门的操作和一阵阀门的操作等是水工建筑物设备的自动操作
(3)排水系统、乐缩空气系统、广用供电系统等为电纳公用设备的自动操作
(4)让脉冲自动按照规定的程序完成不同操作是机器自动操作,即开机且发电转调相、进入系统、停机、发电转抽水等。此脉冲指令通常从中央控制室和自机旁盘发出,分别为集中控制式和就地控制式
2.3 自动化控制
由自动控制原理的解释来看,上述各项操作的性质都是开环操作。除此之外也是有一些是属于闭环性质的控制。机组和电站的最基本的自动控制装置,是励磁调节器与调速器,前者为机组电压的闭环操控系统,后者为机组转速的闭环操控系统。通过改变励磁调节器的一些数值来控制机组的无功出力,再通过改变调速器的整定值来调整机组的有功出力。此外,还有如设置成组调节设备的方法,将全厂机组视为一台机组来调整,这样就形成自动调频装置、有功功率成组调控装置和无功功率成组调控装置的目的了。
2.4自动化保护
水电站的自动保护措施主要分为三个基本等级:
(1)发出警报:针对一些对机组危害不严重的运行情况,包括加发电机定于推力轴承或者导轴承升温机组冷却水源中断、温度超限、油槽油面异常等意外,这时保护就会自动做出警告或立刻投入使用,提示相关工作人员严格监视,并采取及时防护措施。
(2)关闭进水闸门(或阀):在一些紧急情况下,自动保护除跳开断路器并停机外,还要关闭机组的进水闸门(或阀)或动作事故配压阀。如事故停机时摇上导水叶剪断销将其剪断,机组速度过快且调速器失灵,又或者压力铜管爆破等。
(3)跳闸停机:产生在导轴承温度、机组发生推力轴承和压油装置油压异常等影响设备常规运行的状况下,保护装置将自动跳开断路器并实现停机。
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3 水电站电气自动化应用的重要意义
3.1提升水电站运行的可靠性
发电站运行的根本任务是发电，在有效应用电气自动化技术和设备的条件下，水电站对各个系统的检测工作可以通过自动控制系统精确、快速、及时的实现。同时各个系统的运行数据还能够被自动控制系统准确记录，对于异常数据该装置可进行自动报警，进而保证水电站运行故障的迅速排除。所以水电站电气自动化应用不仅能够形成对发电机组故障的有效预防，还可以防止水电站因发电机组故障而产生了运行事故，实现了水电站发电机组运行可靠性的有效提升。与此同时，在自动装置控制、操作水电站发电机组和辅助设备的情况下误操作能够大幅降低，改变了过去由于工作人员误操作产生运行事故的情况。
3.2保证电能质量
衡量电能质量的主要指标是电压和工频，电网系统中有功功率的平衡会决定了工频，而电网系统中的无功功率则会对电压产生决定性的影响。电网系统的运行状况事实发生改变，只有在电气自动装置的控制和作用下发电机组工作状态才能实现及时、准确调节，进而在规定的范围内维持发电机组所发电能的电压和工频。
3.3提高水电站运行是的经济性
只有水轮发电机的运行处于最佳状态时，水电站才能提升运行的经济性。当水电站具有多个机组时，要提升运行经济性还要依据电网系统分配给水电站负荷大小和水电站的具体情况确定机组最佳运行状态，通过最佳运行机组数量的确定实现发电效率的最大限度提升。对水电站经济运行造成影响的因素较多，综合性的利用水力资源是水电站运行的特点，在人为控制的情况下水电站经济运行要求很难得到满足。只有应用电气自动化的条件下，才能够通过水电站自动控制装置的充分利用提升水电站运行的经济性。
3.4提高水电站劳动生产率
通过电气自动化的应用，水电站日常运行中的工作量大幅降低，只需要较少的工作人员就能实现水电站的正常运行，同时工作人员的劳动强度也得到降低，劳动环境得到有效改善。这种条件下的水电站运行、管理水平也获得了大幅提升。与此同时，少量工作人员通过电脑对自动化设备进行控制和操作，不需要过多人员的参与，这样水电站的电能生产成本和运行成本就得到降低，最终实现水电站劳动生产率的提升。
4 设备选型及自动化设计
4.1 PLC 在轴流桨式水轮机调速器中的应用
目前水轮发电机组制造商调速器内导叶与浆叶的协联关系通过制造的水轮机所给予不同水头下导叶开度和浆叶转角的协联曲线设置。这样看似可为电厂带来更多经济效益。但在实际电站运行时,厂家给定的参数与水轮机水头的区别及上下游水位的区别相差较大,如果只按协联曲线运行时机组运行性能差不能达到最佳状态。所以就需要使用可以改变程序的PLC 可编程控制器的调速器。在机组今后的使用操控中可针对手动协联导叶,修改原协联曲线,和不同水头及上、浆叶、下游输入 PLC使机组达到最优状态。
4.2调节水库式电站调速器中的PLC 的使用
式电站的调速器及起动开度,大多数是按水轮机设计水头方式设计的。但其偶尔会出现电站水头降低的状况,具体表现为:当水轮机处于低水头状态下运行时,电液调整器不能完全发挥作用,无法体现其全部功能,这时,机组便没有办法达到全自动运行状态。此时,为增加调整器的起动开度,需更通过两种方法实现,一为在在开度指示仪或芯片中链接适当数据的电阻,这样可使调节器输出正确的开度指示值与产生差值以开动机组;二为设计水头比电站水头大时,又必须撤除串接电阻或换回芯片。 PLC 可编程控制器的优点在此时便可以显现出来,这可以参照、依据发电站水位的高低,来改变程序以促成起动开度变化。
结语
现阶段,小水电站大多数存在自动化程度不高、产能低下的状况,其严重影响小水电站效益的实现,无法达到小水电站经营的效益最大化。要达到小水电站经营的效益最大化,实现的主要途径之一即是“水电站综合自动化”,实现小水电站综合自动化的主要内容是全厂两级自动化和水电站实现机组自动化。由此看来,归到本质问题,仍然是只能依靠和加强企业的技术开发能力,加强企业有有关领域之间的合作交流,提升水电站技术水平与管理水平以实现水电站经营效益最大化,让水利设施获得长足发展。
参考文献
[1]覃祚平. 关于水电站电气自动化应用问题的探讨[J]. 科技风, 2018(11):125-126.
[2]苑清敏, 张强. 水电站电气自动化应用问题的探讨[J]. 科学技术创新, 2017(27):33-33.
论文作者:李相宏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/10/9
标签：水电站论文; 机组论文; 电站论文; 操作论文; 水轮机论文; 调速器论文; 水头论文; 《建筑学研究前沿》2019年13期论文;