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1、OA 自动化水电站自动化技术应用OA 自动化水电站自动化技术应用 水电站自动化技术应用水电站自动化技术应用 水电站自动化技术概念的引入 水电站的组成部分 主机设备:水轮机、发电机、变压器 辅助设备、一次输变电设备、二次测量、监视、控制、保护设备、消防监 控系统、水文自动测报系统 一、水电站自动化概述 1.水电站自动化的作用 水电站自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视,能够 在无人(或少人)直接参和的情况下,按预定的计划或程序自动地进行。 水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志,同时,自动化技术又 是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。 水电站自动化的作用主要表当下以下几个方面
2、: (1)提高工作的可靠性:水电站实现自动化后,一方面可通过各种自动装 置快速、准确、及时地进行检测、记录和报警,既可防止不正常工作状态 发展成事故,又可使发生事故的设备免遭更严重的损坏,从而提高了供电的 可靠性。 另一方面, 通过各种自动装置来完成水电站的各项操作和控制 (如 开停机操作和且列),不仅能够大大减少运行人员误操作的可能,从而也 减少了发生事故的机会;而且仍可大大加快操作或控制的过程,尤其在发 生事故的紧急情况下,保证系统的安全运行和对用户的正常供电,具有非 常重大的意义。 (2)提高运行的经济性:水电站实现自动化后,可根据系统分配给电站的 负荷和电站的具体条件,合理地进行调度,
3、保持高水头运行,同时合理选 择开机台数,使机组在高效率区运行,以获得较好的经济效益。如何实现 各电站合理最优调度,避免不必要的弃水,充分利用好水力资源,对于梯 级电站来说尤为重要。此外,水电站通常是水力资源综合利用的一部分, 要兼顾电力系统、航运、灌溉、防洪等多项要求,经济运行条件复杂,单 凭人工控制很难实现,实现自动化以后,将有助于电站经济运行任务的实 现。特别是对于具有调节能力的水电站,应用电子计算机不但可对水库来 水进行预报计算,仍可综合水位、流量、系统负荷和各机组参数等参量, 按经济运行程序进行自动控制,大大提高运行的经济性。 (3)保证电能质量:我们知道,电压和频率作为衡量电能质量好
4、坏俩项基 本指标。电压正常偏移不超过额定值的5%,频率正常偏移不超过额定值的 0.20.5 HZ。电压或频率的的稳定主要取决于电力系统中无功功率和有 功功率的平衡。因此要维持系统电压和频率在规定范围内,就必须迅速而 又准确地调节有关发电机组发出的有功和无功功率。特别是在发生事故的 情况下,快速的调节或控制对迅速恢复电能质量具有决定性的意义,而这 个过程,单纯靠手动操作,无论在速度方面仍是在精度方面都是难于实现 的,只能借助于自动装置来完成。可见,提高水电站的自动化水平,是保 证电力系统电能质量的重要措施之一。 (4)提高劳动生产率、改善劳动条件:水电站大多地处偏僻山区,远离城 镇,职工长期生活
5、在较差的环境之中。水电站实现自动化后,很多工作都 是由各种自动装置按一定的程序自动完成,用计算机监控系统来代替人工 操作及定时巡回检查、记录等繁杂劳动,大大改善运行人员的工作和生活 环境,减轻了劳动强度,提高了运行管理水平。同时仍可减少运行人员, 实现无人值班(或少人值守),提高劳动生产率,降低运行费用和电能成 本。 2.水电站自动化的内容 水电站自动化的内容,和水电站的规模及其在电力系统中的地位和 重要性、水电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和 布置方式等有关。总的来说,水电站自动化包括以下几个方面: (1)完成对水轮发电机组运行方式的自动控制:一方面,实现开停机和且 列、
6、发电转调相和调相转发电等的自动化,使得上述各项操作按设定的程 序自动完成;另一方面,自动维持水轮发电机组的经济运行,根据系统要 求和电站的具体条件自动选择最佳运行机组数,在机组间实现负荷的经济 分配,根据系统负荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此外,在工 作机组发生事故或电力系统频率降低时,可自动起动且投入备用机组;系 统频率过高时,则可自动切除部分机组。 (2)完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视:如对发电机定子 和转子回路各电量的监视,对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的 监视,对机组润滑和冷却系统工作的监视,对机组调速系统工作的监视等。 出现不正常工作状态或发生事故时,迅
7、速而自动地采取相应的保护措施, 如发出信号或紧急停机。 (3)完成对辅助设备的自动控制:包括对各种油泵、水泵和空压机等的控 制,且发生事故时自动地投入备用的辅助设备。 (4)完成对主要电气设备(如变压器、母线及输电线路等)的控制、监视 和保护。 (5)完成对水工建筑物运行工况的控制和监视:如闸门工作状态的控制和 监视,拦污栅是否堵塞的监视,上下游水位的测量监视,引水压力管的保 护(指引水式电站)等。 二、水电站自动化技术的发展 1、常规自动控制系统 水电站常规自动控制系统应用最普遍,是一种传统的自动控制系统,它由 电磁式继电器构成自动控制回路,主要完成顺序控制,电磁式继电器仍可 构成水电站设备
8、的保护。常规自动控制系统是针对特定的控制对象而构成, 不同的控制对象的控制系统不相同,当控制对象的保护种类及控制顺序要 改变时,则要改变自动控制回路。常规自动控制系统的弱点在于调节性能 较差,难以实现对水电站设备的自动调节及巡回检测。 2、晶体管集成电路控制系统 由于常规自动控制系统的弱点存在调节性能较差,难以实现对水电站设备 的自动调节及巡回检测等问题,在 70 年代随着晶体管集成电路的应用,这 个问题得到了解决,利用晶体管模拟或数字电路技术,可构成水电站的各 种自动调节、巡回检测或保护装置,甚至取代部分机械调节装置。比如电 气液压调速器取代了机械液压调速器;无刷励磁、晶体管励磁系统取代了
9、励磁机、双绕组电抗分流励磁等,从而实现了自动调节。 局限性: 1)、晶体管集成电路控制系统同常规自动控制系统一样,是属于由硬件构 成的调节控制系统,当调节控制对象的调节参数要改变时须调整电路参数, 若要增减功能则须修改硬件电路; 2)、电路集成度不高,元件数量较多,就存在元件性能的一致性、筛选、 老化等问题。 3)、存在工作点漂移和温度漂移等问题 3 计算机数字控制系统 随着科学技术的高速发展,自 80 年代起,电子计算机在各个领域得 到广泛应用,一种模块化的基于现场总线的水电站计算机监控系统出现, 逐步取代了传统的以常规控制、人工操作为主的控制模式,大大提高水电 站的自动化程度,实现水电站“
10、无人值班,少人值守”。 1.系统构成:采用了计算机、可编程序控制器(PLC)或智能 I/0、微机继 电保护装置和专用智能测控装置,通过标准以太网、现场总线将主控机和 各个现地控制站、智能装置等有机连接在一起,构成了按功能分工协作的 分层分布式综合监控系统。 2.系统的主要特点: (1)开放式体系结构,层次分明,具有良好的扩展性。 (2)分层分布式系统,能够根据监控对象、功能进行配置,具有很好的分 散性、开放性和灵活性。 (3)采用冗余配置,具有很高的可靠性。 (4)用中文 Windows 操作系统和智能通信等先进技术,便于系统升级。 (5)灵活的组态界面,人机接口能力强,界面友善,易于掌握,方
11、便设计、 调试和现场运行。 3.系统主要功能: (1)对电站设备实现自动监视和记录:计算机监控系统自动完成电站设备 数据的采集、处理以及设备运行状况的自动监视和记录,包括开关量信息 监视,模拟量信息监视,故障/事故报警、记录和显示,SOE 点记录和显示。 (2)对电站实现自动控制:根据上级调度要求和电站自身的具体情况,对 电站设备进行操作或调节,包括机组的自动开停和且列以及运行工况的自 动转换、机组有功和无功负荷的自动调节、自动发电控制 AGC、自动电压控 制 AVC、断路器操作等。 (3)对发电机、主变、线路等主要设备及辅助设备进行保护和监控。 (4)实现电站运行管理的自动化:实现运行报表的
12、自动生成,运行操作的 自动记录,电站设备参数或整定值的记录和保存,所有报表均可自动或召 唤打印以及运行人员仿真培训等。 (5)系统通讯:实现和上级调度、水情测报系统、办公自动化网络等计算 机系统之间通信,达到信息资源共享,充分发挥整个系统的综合效益。 4、综合自动化系统模式 这部分是综合自动化系统的核心和基础。根据计算机在水电站监控系统中 的作用及其常规监控设备的关系,一般有以下三种模式: 以常规控制设备为主,计算机为辅; 以计算机为主,常规控制设备为辅; 取消常规控制设备的全计算机监控系统。 水电站自动控制系统的划分 1、按被控制调节对象划分 1)、电网层控制系统 2)、电站层控制系统 3)
13、、机组层控制系统 4)、功能单元层控制系统 电 网 层 自 动 控 制 系 统 电 站 层 自 动 控 制 系 统 进 水 闸 门 功 能 单 元 进 水 主 阀 功 能 单 元 机组层自 动控制系 统 技 术 供 水 功 能 单 元 渗 漏 排 水 功 能 单 元 检 修 排 水 功 能 单 元 高 低 压 压 缩 空 气 功 能 单 元 消 防 供 水 功 能 单 元 消 防 监 测 功 能 单 元 频 率 调 节 功 能 单元 励磁 调节 功能 单元 机 组 温 度 巡 回 检 测 功 能 单元 机 组 技 术 供 水 功 能 单元 2、按自动化程度划分 1)全自动控制系统 2)半自动控
14、制系统 3)人工控制 3、按自动控制系统的设备构成划分 1)常规自动控制系统 2)静态集成电路控制系统 3)计算机数字控制系统 4、按控制距离划分 1)就地控制 2)远方控制 四、微机综合自动化在中小型水电站的应用 以实现电站的遥控、遥调、遥信和遥测等远动功能。从而达到电站的无人 值班或少人值守的目的。 1、计算机监控系统的配置 1) 、 电站控制层配置 电站控制层设备设在中央控制室,由主机操作员工作站、通讯工作站、主 控制台、汉字打印机、GPS 时钟同步装置、语音报警装置、UPS 电源等组成。 电站控制层负责协调和管理各现地控制层的工作;收集有关信息且作相应 处理和存储;迅速、准确、有效地完
15、成对本站被控对象的安全监视和控制。 操作员能够在主控制室通过人机接口对数据库和画面在线修改,进行人工 设定、设置监控状态、修改限值、事故处理指导和恢复操作指导等功能, 且可下传至 LCU。监控命令输出只有监控主机取得控制权的工作执行,作为 另一台工作站只作监测、数据通信而无控制输出,俩机可互相跟踪,系统 软件根据监控主机的运行和通信、硬件、软件等状态,进行跟踪判别,一 旦出现异常,系统自动给出切换信号,由另一台工作站代替主机的工作, 同时给出主机故障提示,主机修复启动后,自动监测转到主机且将数据输 入,且重新处于监控状态。 2) 、 现地控制层(LCU)配置 现地控制层分机组 LCU 和公共
16、LCU 俩部分,由人机界面终端(液晶触摸屏) 、 智能 I/O 控制器、I/O 模块、输出继电器、准同期装置、温度测量装置、转 速信号测量装置、数字式测量仪表和交直流双供电源等设备组成。 机、电气一次设备及公用设备等实时监控,通过工业以太网络实现各现地 控制层和全站控制层连接交换信息,实现现地设备的监控及数据共享。当 电站控制层因故退出运行时,现地控制层能够独立运行而不受影响。 微机保护装置、转速、温度巡检、调速器、励磁系统等设备通过现地 LCU 和以太网联接,实现相应参数的监视和控制。部分没有通讯接口的设备则 通过现地控制单元的 I/0 模块实现设备的控制和状态检测。 3) 、通讯网络及设备配置 网络结构形式采用工业以太网,网络通信介质为多模光纤和屏蔽双交电缆 线。 网络传输采用 Modbus 协议, 网络传输速率为 100Mbit/s, 节点数可达 340 个,网络上的任一节点能够实时向网络上其它节点和网络上发送信息,某 一节点故障,自动从网络上退出,不影响网络上的其它节点传输信息。 网络系统完成电站控制层各工作站之间和来自