电气自动化在水电站中的应用

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1、电气自动化在水电站中的应用电气自动化在水电站中的应用摘要：电气自动化在水电站中的应用主要体现在水电站的自动化方面，本文在此基础上阐述了水电站自动化的作用和内容，并进一步分析了设备选型及自动化设计。 关键词：电气自动化 水电站 应用 一、引言 随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展，电气自动化在水电站中也得到了广泛应用，这又主要体现在水电站的自动化方面。水电站的自动化是实现水轮发电机组自动化的关键部分，是利用计算对整个水电生产过程监控的“耳目” “手脚” ，它担负自动监测机组和辅助设备的状态，发出拟定的报警信号、执行自动操作任务。水电站自动化的程度取决于电站的规模，电站的型式及主要机电设备的性能。

2、 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)直接参与的情况下，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。水电站自动化具有提高工作的可靠性、提高运行的经济性、保证电能质量、提高劳动生产率、改善劳动条件等作用。 二、水电站自动化的内容 水电站自动化的内容，与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，水电站自动化包括完成对水轮发电机组运行方式的自动控制、完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监

3、视、完成对辅助设备的自动控制、完成对主要电气设备的控制、完成对水工建筑物运行工况的控制和监视几个方面。(一)完成对水轮发电机组运行方式的自动控制 一方面，实现开停机和并列、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，可自动起动并投入备用机组；系统频率过高时，则可自动切除部分机组。 (二)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

4、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。迅速而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。(三)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，并发生事故时自动地投入备用的辅助设备。 (四)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。 (五)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。三、设备选型及自动化设计 随着水电站自动化水平的提高，

5、水轮发电机组所需自动化元件愈来愈多，其作用就愈重要。但由于目前主机配套的自动化元件的性能不够稳定、灵敏度差、精度低等因素以及自动化设计上的不足使水电站的自动控制的安全受到不同程度的影响，这就需要对设备进行选型和自动化设计。 (一)PLC 在轴流桨式水轮机调速器中的应用 轴流转浆式水轮机被广泛使用于中低水头电站。由于它的水轮机叶片随水不同可与导叶协联动作而使用水轮机的动行水头范围增大。这样可为电厂创造更多经济效益。水轮发电机组制造厂家为其制造的水轮机提供了一组不同水头下导叶开度与浆叶转角的协联曲线，调整器制造厂按此曲线设置了调速器内导叶与浆叶的协联关系。但是由于实际电站运行时，水轮机水头的变化及

6、上下游水位的变化，与厂家提供参数相差甚运，故按协联曲线运行时机组运行性能差不能达到最佳状态。因此对于此类机组的调整器须采用可改变程序的PLC 可编程控制器的调速器。在机组试运转过程中和今后的运行中可先针对不同水头及上、下游水位及手动协联导叶、浆叶，取得最佳协联曲线而后修改原协联曲线输入 PLC 而使机组处实际最佳状态。(二)PLC 在调节水库式电站调速器中的应用 水库式电站的运行水头变化范围大：此类电站的调速器和起动开度一般按水轮机设计水头设计，但当电站水头降低，水轮机处于低水头下运行时，电液调整器往往不能使机组达到额定转速(自动状态)为使调整器的起动开度增大，往往需更换芯片或在开度指示仪中串

7、接电阻而使调节器输出值与开度指示产生差值开机组。当电站水头更小于设计水头时，为使机组开机不致过速，而又必须换回芯片或撤除串接电阻，若采用 PLC 可编程控制器，则可根据电站水头高低，修改其程序来改变起动开度即可。 四、结语 随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展，原有的电力传动(电子拖动)控制的概念已经不能充分概抓现代生产自动化系流中承担第一线任务的全部控制设备。综上所述，水电站采用综合自动化系统后不仅提高水电站运行的经济性和工作的可靠性、保证电能质量；而且提高劳动生产率、改善劳动条件和减少运行人员，从而提高电站运行的效益，例如利用计算机系统监控水库来水和中长期预报在内的优化运行，曲线绘制及科学

8、调度，多发峰电等，每年可增加发电量 2左右；同时采用计算机监控电站各种参量及运行工况后，及时发现并排除事故隐患，事故后能及时处理事故，避免事故扩大，尽快恢复供电使系统事故率下降，处理事故时间减少，如此每年增加发电量 1左右；另外采用计算机监控在减少人员的同时也减少了相应的生活办公设备和工资支出，因而能产生巨大的经济效益。可见，水电站综合自动化系统与水电站的生产、效益密切相关，随着国家能源结构的调整，水资源开发利用程度的加大，水电站综合自动化系统在越来越多的水利枢纽工程中得到更广泛的应用，发挥更大的作用。 参考文献： 1楼承仁，黄声先，李植鑫.水电站自动化.中国水利水电出版社，1995，10，1

9、 2刘忠源.水电站自动化.水利水电出版社，1998，5，1(第二版) 3崔明.变电站与水电站综合自动化.中国水利水电出版社，2005，5.1 转贴于 中国论文下载中心 http:/论小水电站运行中发电机并网运行的几种状态【摘 要】我国南方水力资源丰富，随着经济的发展，小水电站的兴建犹如雨后春笋般多起来，笔者通过自身的实践，阐述了小水电站发电机并网运行中四种状态的判断和处理方法，使运行工作人员能更好、更安全、更经济的做好小水电站的运行工作。 【关键词】小水电站 并网 运行状态处理 步入 2008 年之后，国际油价不断创新高，能源紧缺和涨价成为人们生活中常谈的话题。目前，电力资源作为人们生活中最常

10、接触的能源，也已经非常紧张，随着夏季的即将到来，很多地方出现了拉闸限电的情况，电力能源的紧缺已经成了制约我国经济发展的一个重要因素，怎样才能缓解电力紧张的局面，如何更好的开发电力资源，成为我们必须面对的问题。中国地大物博，水利资源作为可再生的资源特别丰富。笔者认为，应当尽先开发水电，在开发大、中型水电的同时，应当努力开发小型水电。小水电可以适应农村分散的、可靠性要求不高的农业用电的要求，具有见效快，不用燃料，有的可以同农田水利灌溉相结合的优点，是我国廉价能源之一。小水电在大电网达不到的地方，可以解决大电网所不能解决的问题。在这些地方小水电具有绝对的优势，应该大力发展，这样就可以做到大、中、小相

11、结合，大电网和小水电密切配合，经济、合理的解决我国农村电气化问题，解决日益紧张的电力供应紧张问题。 随着水电事业的发展，绝大多数水电站都与大电网并网运行，解决了过去电站孤立运行时带来的一系列问题，如供电可靠性差、电能质量差、带负载能力差等。由于小水电站，单机容量大多在5000kw 以下，其保护设施差，在运行中出现不正常运行时如不及时处理可能造成发电机乃至系统的严重故障。因此了解和掌握发电机并网运行的几种状态，不仅具有很强的技术实用性，而且对保证并网发电记得安全、经济运行都有实际意义。 一、发电机运行状态 发电机并网后，就可向电网输送电能，由于电能的发、供、用是在同一瞬间完成，因此必须保持系统功

12、率的平衡，且有功的不平衡会影响电网的频率，无功的不平衡会影响电网的电压。发电机正常运行时，由于系统负荷发生变化，因此运行人员应按照给定的负荷曲线或调度命令，及时对发电机的有功和无功进行调整。 水电站的发电机多为凸极式同步发电机，发电机并网后，有功负荷的调整，是由电气值班员担任的，借助调速器调速电动机转动，通过减速装置和机械液压系统，改变水轮机的导叶开度，来改变进入水轮机的动力矩而实现有功负荷的调整的。发电机无功的调整，是利用改变励磁电流来实现的，小水电站一般由同轴的调速直流励机供给励磁时，通过改变励磁机磁场变阻器阻值来调整无功。发电机都设计和运行在过励状态，即发电机向电网输送有功的同时，并向电

13、网输送感性无功功率。正常情况下，功率因数为 0.8（滞后）这时发电机每发出 100kw 有功，同时发出 700-750kVar 无功。以保证系统对有功、无功的需求。在运行期，电站可按调度的要求，或根据实际情况发送有、无功，让水流丰富的电站多发有功。但多发有功的发电机要注意定子电流不得超过其允许值，同时为了运行的稳定性，功率因数一般不得超过 0.95（滞后）运行。 二、调相运行状态 所谓调相运行就是发电机不向电网输送有功，只向电网输送无功。为了平衡系统的无功，一般电力系统都有专门的调相机，以补偿系统无功的需要。在农村电网，也可采用水轮发电机作调相运行，如一些径流式电站或枯水期水源不足的电站，便可

14、用来作调相机。机组由发电机转为调相运行时，一般先将有功负荷减到零时，然后导水叶全关，但机组不与系统解列，由电网带动机组旋转，转子继续励磁，从而向系统发送无功功率。发电机要维持运转，必需消耗一定的有功，可向电网吸收有功维持运转，通过调节励磁，输出无功。发电机在作调相运行时，一般是吸收 1kw 有功发出 6-8kVar 无功。三、进相运行状态 当发电机励磁系统由于故障，或认为降低发电机的励磁电流过多，使发电机由感性无功功率变为吸收系统感性无功功率，定子电流由滞后于极端电压变为超前于机端电压运行，这就是发电机的进相运行。进相运行也是现场经常提到的欠励运行。此时，由于转子主磁通降低，引发发电机的励磁电

15、势降低，使发电机无法向系统送出无功功率，进相程度取决于励磁电流降低的程度。发电机发生了进相运行要根据不同情况处理：（1）如果由于设备原因引起进相运行，只要发电机尚未出现振荡或失步，可适当降低发电机的有功负荷，同时提高励磁电流，使发电机脱离进相状态，然后查明励磁电流降低的原因。 （2）由于设备原因不能使发电机恢复正常运行时，应及早解列。 （3）制造厂允许或经过专门试验确定能进相运行的发电机，如系统需要，在不影响电网稳定运行的前提下，可将功率因数提高到 1 或在允许的进相状态下运行。 四、失磁运行状态 同步发电机失去直流励磁，称为失磁。发电机在并网运行中，若励磁开关误跳或励磁回路断线，导致励磁消失

16、，这时发电机转子受到制动电磁力矩将趋近于 0，而输入的机械力矩 M 不变，这将使转子转速高于同步速。由于发电机与电网并列运行，其定子旋转磁场的同步速不变，则与转子间产生了转差。即定子磁场将以转差速度切割转子，在转子线圈和转子表面感应出交变电势与电流，其定子磁场与感应电流相互作用，根据电磁力定律又会产生一个制动力矩，称为异步力矩，这与三相异步电动机在转子上产生的电磁力矩相似，只不过异步机中产生的是驱动电磁力矩。发电机输入的外力矩在克服异步力矩的过程中作功，这两个力矩又将处于新的平衡。失磁后，经过同步振荡进入异步运行状态，发电机在异步运行状态下，以低滑差 s 与电网并列运行，从系统吸取无功功率建立磁场，向系统输送一定的有功功率，是一种特殊的运行方式。另外，发电机失磁运行时还会使转子产生局部高温，定子中也将出现脉动电流，使发电机产生振动。由于很多小水电站都未安装失磁保护，在并网运行中，若发生失磁，运行人员可根据以下一些现象判断：如励磁电流为 0；定子电流指示升高，指针摆动；功率表指示降低，指针摆动；功率因数表由滞后变为超前。当判明故障后，应迅速关闭