1、水电站中电气自动化的应用场合
1.1水轮发电机组的自动控制
应用过程:机组监控设备将监测数据传送至控制室计算机,计算机启动预先设定的运行程序并判断机组运行状况,然后再依照相关逻辑规则发出控制(或调整)指令。应用内容:⑴实现机组开、关,调相转发电,发电转调相等项目的智能化控制。⑵实时计算最佳运行机组数并自动控制,在机组间智能分配负荷(包括自主调节有功和无功),从而维系水轮发电机的低成本运行。⑶当机组出现意外或者外部系统发生事故而导致频率降低,预设程序通过启动备用机组来维持系统稳定;反之,汛期来临频率过高时,预设程序会关闭一些机组。
1.2主要辅助设备运行状态的监控
在水电站中,围绕发电机组有一些主要的辅助设备,这些设备的运行工况同样影响着电站的稳定生产。电气自动化在这里有了广泛的应用。应用过程:通过“监测设备——控制设备——控制节点”的方式,将辅助设备运行数据发送至计算机,计算机通过数据库和预设规则比对,判断辅助设备的健康状态并相应控制设备的电气参数。应用内容:⑴检测定子和转子回路是否正常;⑵检测定子绕组的铁芯温度是否正常;⑶检查机组润滑度及变速系统、制冷系统等是否正常;⑷以上无论哪部分出现问题,电气自动化系统都会迅速启动应急程序和保护措施,同时将故障信息上传警报。
1.3主要电气设备的监控和保护
水力发电的输出离不开变压器、母线、开关柜、输电线路等主要电气设备。对这些设备的监控和保护成了水电站电气自动化应用的必然内容。应用过程:通过PT、CT等设备采集到的电气量,判断设备是否有故障,并视故障情况作出反应。应用表现:⑴对不立即危害发电机组的异常情况(如机组冷却水源中断、机组温度超限、油槽油面异常、推力轴承或者导轴承温度升高等),只发警告以引起运行人员的注意;⑵对于超过保护整定限值的故障情况(如机组过速且调速器失灵、导水叶剪断、铜管爆破等),电气自动化系统不但跳开断路器和,还同时关闭机组进水闸门。
1.4机组外辅助设备的监控
完整的水电站拥有数量众多的水泵、空压机、油泵等机组外电气设备,以及浩大的水工建筑物。电气自动化在这一块的应用为:⑴控制水泵等设备的运行状态,故障时及时投入备用设备;⑵检测大坝闸门是否可正常启动,检测拦污栅是否堵塞,当水位过高过低时引发自动报警。
2、PLC技术应用展开
PLC即可编程控制器。在水电站电气自动化中,可应用PLC来控制几乎所有设备的生产过程。⑴在轴流桨式水轮机调速器中的应用。轴流浆式水轮机厂家一般会提供所谓“协联曲线”(即描述不同水头下浆叶转角与导叶开度的关系的曲线),以指导电站生产。但实际运行时,上下游水位及水轮机水头处于不断变化之中,某些情况下会远离厂家参数,因此按协联曲线运行不一定能达到最佳状态。采用PLC技术后,可先针对不同上、下游水位及水头情况,手动协联浆叶和导叶,在获得最佳协联曲线后修改原厂家曲线并输人至PLC控制器,从而使机组能时时处在最佳状态。⑵在水库式电站调速器中的应用。水库式电站的运行水头波动范围较大,其调速器与启动开度一般按水轮机设计水头确定。但当水头降低或水头远高于设计标准时,为保证机组额定转速,往往需要更换调速器控制芯片,改变开度指示仪电阻(串接或移除),工作量较大。在采用PLC技术后,则可依据水头高低设计出相应程序,依照程序来自动改变启动开度。
3、电气自动化瓶颈
虽然电气自动化给水电站自动运行带来了方便,但其自身发展存在一定瓶颈,主要体现在:因电气自动化的基础是实现对设备的全面监测,因此整个自动化系统的监控模块非常之多,这样就导致通信网络较为复杂且通信速度、通信质量面临挑战。随着新技术(如光纤通信技术)的推进,相信电气自动化瓶颈能够得到解决。
4、结语
水电站实施电气自动化,一方面可提高工作效率、减少人力投入,另一方面也能保证上网电能的质量,是新时期水电发展的必然趋势。虽然电气自动化在应用中存在一定的技术瓶颈,但随着智能电网技术、信息化技术的日新月异,所有问题将得到有效解决。
作者：马振强 单位：大唐甘肃祁连水电有限公司
