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對水電站電氣自動化應(yīng)用實踐探究
在我國,水電站產(chǎn)電能占總電能的22%左右。水電是通過水的位能來發(fā)電,故成本較低,大概是火電發(fā)電成本的幾分之一。另外,水電站清潔環(huán)保,它的能源來源于水庫中。在特定的蓄水量條件下,發(fā)電量的多少和調(diào)度的是否得當(dāng)直接相關(guān),同時還要考慮到季、年、日這些時間因素,根據(jù)長中短的時間段來調(diào)節(jié)水庫的發(fā)電量。據(jù)水庫的“收入”情況,來安排其“支出”,制定水電站不同時間段的發(fā)電計劃。但梯級水電站就與其不同,水電站的日總發(fā)電量計劃是由規(guī)定的日用水量預(yù)算而定的。設(shè)計水電站的運行方式的時候,能源的“近期庫存”情況必須在考慮的列表中,就是水電與其它發(fā)電方式在運行方式上的一個不同。
1、水電站的概念
水力發(fā)電是指利用水流的位能差而產(chǎn)生的電能。其產(chǎn)生原理為:水能轉(zhuǎn)化為機械能后再一次轉(zhuǎn)化為電能。通過在高落差的上游段或者是水庫中引水的方法以及水體本身的壓力或水流速度足以帶動水輪機運轉(zhuǎn),達到水能向機械能的轉(zhuǎn)變,再沿特制的輸水路線利用水輪機經(jīng)過的水流流至下游。發(fā)電機由水輪機帶動旋轉(zhuǎn),讓機械能再一次向電能轉(zhuǎn)換,電流再經(jīng)由升壓變壓器和配、送電線路輸送至負荷中心,降壓后可向市場供給。當(dāng)中水量和落差是構(gòu)成水能的前提要素。
2、水電站自動化的內(nèi)容
首先,水電站自動化的內(nèi)容與水電站型式、容雖、需要實現(xiàn)的功能密切相關(guān)。通常而言,它有下列幾個主要內(nèi)容:
2.1 自動化檢測
檢測整個水電站的基礎(chǔ)是電站自動化運行設(shè)備的各項參數(shù)。其中包括:機組及其輔助設(shè)備、電站的公用設(shè)備、水工建筑物與其操作設(shè)備、變電稠開關(guān)沒備等,甚至還連帶水庫的水持測報系統(tǒng)。其中非電雖有轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速、水量、溫度、壓力、波位和機械振動及轉(zhuǎn)速等,電星有電流、電壓、頻率、電能和功率及功率因數(shù)等,而檢測的內(nèi)容是:檢查、最值、監(jiān)視及記錄與顯示。記錄有定時和連續(xù)兩種。和定時兩種。檢測的結(jié)果是電站安全運行的一個重要環(huán)節(jié)和基礎(chǔ),據(jù)此可以實現(xiàn)下述的自動操作、自動控制和自動保護。
2.2 自動操作
按不同的操作對象分為此四種:
(1) 遠動通訊系統(tǒng)、報警信號系統(tǒng)、開關(guān)站設(shè)備的操作等是全廠性基本操作 (2) 引水式水電站首部機組取水口閘門的操作和溢洪閘門的操作和一陣閥門的操作等是水工建筑物設(shè)備的自動操作(3) 排水系統(tǒng)、樂縮空氣系統(tǒng)、廣用供電系統(tǒng)等為電納公用設(shè)備的自動操作(4)讓脈沖自動按照規(guī)定的程序完成不同操作是機器自動操作,即開機且發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相、進入系統(tǒng)、停機、發(fā)電轉(zhuǎn)抽水等。此脈沖指令通常從中央控制室和自機旁盤發(fā)出,分別為集中控制式和就地控制式
2.3 自動化控制
由自動控制原理的解釋來看,上述各項操作的性質(zhì)都是開環(huán)操作。除此之外也是有一些是屬于閉環(huán)性質(zhì)的控制。機組和電站的最基本的自動控制裝置,是勵磁調(diào)節(jié)器與調(diào)速器,前者為機組電壓的閉環(huán)操控系統(tǒng),后者為機組轉(zhuǎn)速的閉環(huán)操控系統(tǒng)。通過改變勵磁調(diào)節(jié)器的一些數(shù)值來控制機組的無功出力,再通過改變調(diào)速器的整定值來調(diào)整機組的有功出力。此外,還有如設(shè)置成組調(diào)節(jié)設(shè)備的方法,將全廠機組視為一臺機組來調(diào)整,這樣就形成自動調(diào)頻裝置、有功功率成組調(diào)控裝置和無功功率成組調(diào)控裝置的目的了。
2.4自動化保護
水電站的自動保護措施主要分為三個基本等級:
(1)發(fā)出警報:針對一些對機組危害不嚴重的運行情況,包括加發(fā)電機定于推力軸承或者導(dǎo)軸承升溫機組冷卻水源中斷、溫度超限、油槽油面異常等意外,這時保護就會自動做出警告或立刻投入使用,提示相關(guān)工作人員嚴格監(jiān)視,并采取及時防護措施。
(2)關(guān)閉進水閘門(或閥):在一些緊急情況下,自動保護除跳開斷路器并停機外,還要關(guān)閉機組的進水閘門(或閥)或動作事故配壓閥。如事故停機時搖上導(dǎo)水葉剪斷銷將其剪斷,機組速度過快且調(diào)速器失靈,又或者壓力銅管爆破等。
(3)跳閘停機:產(chǎn)生在導(dǎo)軸承溫度、機組發(fā)生推力軸承和壓油裝置油壓異常等影響設(shè)備常規(guī)運行的狀況下,保護裝置將自動跳開斷路器并實現(xiàn)停機。
3、設(shè)備選型及自動化設(shè)計
設(shè)備進行選型和自動化設(shè)計十分迫切和需要,當(dāng)前水電站的自動控制的安全受到主機配套的自動化機件性能不夠穩(wěn) 定、靈敏度較差、精確度較低等原因以及自動化制定上的不足等不同程度上的影響。 3.1 PLC 在軸流槳式水輪機調(diào)速器中的應(yīng)用 目前水輪發(fā)電機組制造商調(diào)速器內(nèi)導(dǎo)葉與漿葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系通過制造的水輪機所給予不同水頭下導(dǎo)葉開度和漿葉轉(zhuǎn)角的協(xié)聯(lián)曲線設(shè)置。這樣看似可為電廠帶來更多經(jīng)
濟效益。但在實際電站運行時,廠家給定的參數(shù)與水輪機水頭的區(qū)別及上下游水位的區(qū)別相差較大,如果只按協(xié)聯(lián)曲線運行時機組運行性能差不能達到最佳狀態(tài)。所以就需要使用可以改變程序的PLC 可編程控制器的調(diào)速器。在機組今后的使用操控中可針對手動協(xié)聯(lián)導(dǎo)葉,修改原協(xié)聯(lián)曲線,和不同水頭及上、漿葉、下游輸入 PLC使機組達到最優(yōu)狀態(tài)。
3.2調(diào)節(jié)水庫式電站調(diào)速器中的PLC 的使用
水庫式電站的調(diào)速器及起動開度,大多數(shù)是按水輪機設(shè)計水頭方式設(shè)計的。但其偶爾會出現(xiàn)電站水頭降低的狀況,具體表現(xiàn)為:當(dāng)水輪機處于低水頭狀態(tài)下運行時,電液調(diào)整器不能完全發(fā)揮作用,無法體現(xiàn)其全部功能,這時,機組便沒有辦法達到全自動運行狀態(tài)。此時,為增加調(diào)整器的起動開度,需更通過兩種方法實現(xiàn),一為在在開度指示儀或芯片中鏈接適當(dāng)數(shù)據(jù)的電阻,這樣可使調(diào)節(jié)器輸出正確的開度指示值與產(chǎn)生差值以開動機組;二為設(shè)計水頭比電站水頭大時,又必須撤除串接電阻或換回芯片。 PLC 可編程控制器的優(yōu)點在此時便可以顯現(xiàn)出來,這可以參照、依據(jù)發(fā)電站水位的高低,來改變程序以促成起動開度變化。
4、結(jié)語
現(xiàn)階段,小水電站大多數(shù)存在自動化程度不高、產(chǎn)能低下的狀況,其嚴重影響小水電站效益的實現(xiàn),無法達到小水電站經(jīng)營的效益最大化。要達到小水電站經(jīng)營的效益最大化,實現(xiàn)的主要途徑之一即是“水電站綜合自動化”,實現(xiàn)小水電站綜合自動化的主要內(nèi)容是全廠兩級自動化和水電站實現(xiàn)機組自動化。由此看來,歸到本質(zhì)問題,仍然是只能依靠和加強企業(yè)的技術(shù)開發(fā)能力,加強企業(yè)有有關(guān)領(lǐng)域之間的合作交流,提升水電站技術(shù)水平與管理水平以實現(xiàn)水電站經(jīng)營效益最大化,讓水利設(shè)施獲得長足發(fā)展。
參考文獻:
[1]劉忠源,水電站自動化[M]. 中國水利水電出版社,1998.
[2]許建安,水電站自動化技術(shù)[M]. 中國水利水電出版社,2005
[3]崔明,變電站與水電站綜合自動化[M].中國水利水電出版社,2005.
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