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电站自动化培训教程武汉四创自动控制技术有限责任公司目 录第一篇 水电站监控系统3第二篇 水电站继电保护9第三篇 水电站辅机控制系统13第四篇 水电站闸门、船闸控制系统17第五篇 水电站自动化元件23第一篇 水电站监控系统水电厂计算机监控系统通常分成两大部分，一是用于全厂范围设备控制的部分，称为厂级监控系统（也称为上位机系统），另一部分是水轮发电机层的控制部分，称为现地控制系统（也称为下位机控制系统）。水力发电厂的电厂级监控系统的目的是要实现集中控制或远方控制。对于前者来说，是要将检测到的数据集中起来进行分析处理，然后再由中控室控制台发出相应的控制命令。而后者主要是将数据发给调度所(梯调或地区调度所)，并接收和执行调度所的命令。电厂级的监控设备一般布置在水电厂的中央控制室和计算机机房，为了完成上述功能，按照常规的配置方式，电厂级监控层的设备有控制台、模拟屏、光字牌、音响信号器及远动设备等。在采用计算机监控系统后，其总体配置则由操作员工作站、通信工作站、厂级工作站、工程师工作站以及语音处理机、通道切换装置、打印机等构成，各种工作站的作用如下。 (1)操作员工作站了操作员工作站常被称为控制台，是全厂集中监视和控制的中心和人机接1：3，用来实现水电厂的实时图形显示、各种事件的发布、各种报表显示、报警和复归的显示、系统自诊断信息的显示、操作员操作权限的登录及其管理、设备的控制操作、系统配置等各种操作处理。操作员工作站的显示器、标准键盘和功能键盘一般布置在电厂中控室的控制台上，而主机放置在计算机房。 (2)通信工作站。通信工作站主要是用来与外部系统进行通信。如在大范围内可用于与网调、省调、梯调进行通信，在小范围内也可用来与水情测报系统、航运过坝系统、闸门启闭系统以及电厂管理信息系统等进行通信。在该水电厂与外部联系较少时，可与其他工作站合并来完成通信功能，而不单独设置通信工作站。 (3)工程师工作站。工程师工作站除具有程序开发、调试以及培训仿真等功能外，并兼有操作员工作站全部功能，是水电厂进行设备维护、程序改进的重要工具。 (4)厂级工作站。厂级工作站主要用来完成一些后台工作，或计笋量较大的工作，如自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)、历史数据库、数据统计处理、人工智能、专家系统等有关功能等。有时可替代通信工作站来完成与外部系统的通信功能以及打印制表等。 此外，也可根据实际情况单独设置培训工作站、历史数据站、打印作站等。上述这些工作站各构成一个节点，常由符合IEEE8023规约的以太网连接，传输介质可选用同轴电缆或光缆。上位机的冗余方式也有其特点，一般采用全冗余的方式，如图5-1中厂级计算机、操作员工作站、通信服务器等都是采用全冗余的方式。另外有些水电厂的操作员工作站还有采用三重冗余方式的，如加拿大CAE公司为古里水电厂提供的监控系统，甚至还采用了操作员工作站和监视员工作站冗余的方式，但新系统中应用极少，国内研制的计算机监控系统一般只采用双重冗余方式。 上位机系统采用网络通信也是一种常用的方式，其中采用总线方式的为多，也有一些采用环形网络和星形网络的。其频率为l0Mbps或l00Mbps的以太网用得较普遍，1000Mbps的网络目前已有个别电站试用过。采用冗余以太网时，按现在的工作方法，两个网络不分主用网络与备用网络，而是处于同等地位并行工作的，也就是说对于通过网络发送的数据可以由1号网络传输，也可以由2号网络传输。但具体对每一个发送请求使用哪个网络，则由客户进程根据网络的健康状况和忙闲程度自动选择其中的一个网络将数据发送出去。这样可以充分发挥网络的通信能力。 为了提高系统性能，上位机有时选用服务器的配置方式，如在福建水口和湖北葛洲坝水电厂，其电厂级计算机、历史数据站、通信站、Web站点等都采用服务器来实现。采用服务器的目的是提高系统可靠性，增大系统容量。由于服务器的综合处理能力强，整个系统吞吐量也大。服务器的高可靠性主要是由于采用了磁盘陈列技术而得到的。采用磁盘陈列后能实现自动容错功能，还能实现磁盘陈列数据的检验和恢复。所谓集群(C1uster)是指包含2台以上的有共享数据存储空间的服务器，当一台服务器发生故障时，它所运行的应用程序将由其他服务器自动接管。提高了系统的可靠性、可扩充性和抗灾难性能，并允许商用数据库公司如Oracle等在此基础上实现完善的冗余软件开发，实现真正意义上的热备用。此外磁盘陈列还能实现热插拔，有利于快速维修和设备恢复。采用服务器的主要问题是价格高，是使用工作站价格的若干倍。少数水电厂的事件顺序记录由于某些原因采用全厂集中布置的方式，从系统布置的合理性来看不宜作为推荐方式，本书将不在上位机有关章节用予以讨论。 下位机控制系统的主要组成部分就是现地控制单元LCU(Local Control Unit)，在以前曾采用过与电网调度远程终端RTUU(Remote Terminal Unit)相同的称呼，考虑到LCU的含义更为确切，因此自1991年在武汉召开的“现地控制单元学术会议”之后，现地控制单元的名称基本上统一称之为LCU。 LCU主要是就地对机组运行实现监视和控制，一般布置在发电机附近，是计算机监控系统较底层的控制部分。原始数据在此进行采集，各种控制调节命令都最后在此发出，因此可以说是整个监控系统很重要的、对可靠性要求很高的“二线”控制设备。现地控制单元可用来选择远方现地控制方式，可就地进行手动控制或自动控制，实现数据采集、处理和设备运行监视，通过局域网与监控系统其他设备进行通信，以及完成自诊断功能等。由于LCU直接与电厂的生产过程接口，对发电机生产过程进行监控，实时性要求很高，以便完成调速、调压、调频以及事故处理等快速控制的任务。在上位机系统出现故障或退出运行时，LCU应仍能正常运行和实现对水轮发电机组发电的基本控制。因此可以说LCU是水电厂计算机监控系统中最具面向对象分布特征的设备。 现地控制单元的控制对象包括以下几部分： (1)电厂发电设备，主要有主机、辅机、变压器等。 (2)开关站，主要有母线、断路器及隔离并关。 (3)公用设备，主要有厂用电系统、风水油系统、蓄电池直流系统等。 (4)闸门设备，主要有球阀和泄洪闸门等。 LCU的设备一般根据监控对象及其地理位置而划分为机组LCU、公用LCU、开关站LCU和闸门LCU等(闸门LCU可根据需要纳入水库调度系统)，以实现对各个对象的监视和控制。按对象配置LCU的优点是，可就近采集各种数据，节省电缆，各台LCU之间是相对独立的，某个LCU发生故障时不会影响到其他LCU的正常运行，并且与厂级计算机系统也是相对独立的，厂级计算机系统故障时，各LCU还能独立地工作维持监控对象的安全运行，反之亦然。LCU的分类 LCU按监控对象和地理位置可分为机组LCU、公用LCU、开关站LCU等。如果按照LCU的结构和配置来分，可以分为单板机总线型结构的LCU、以可编程控制器为基础的LCU、智能IO模件配工业实时网而构成的LCU等三种，结构和配置会直接影响到LCU的性能，下面分别进行介绍。一、单板机-总线型结构LCU采用单板机总线型结构的LCU在国内外较为普遍，例如南瑞自控公司自行开发的MB模件系列。采用的模件种类有监控板、存储器板、开入开出板、AD或DA转换板、面板接口板、串行或并行接口板、总线背板及IO总线扩充板、端配板、电源及其监视板等总计近60种；其基本特点是由引进或国产的芯片设计成各种功能的单板，并配以控制面板、输入输出匹配电路、电源等，构成现地监控装置；采用PLM等语言编程，可用来实现数据检测及闭环控制。采用这种结构可以设计功能性能都很理想的LCU。已在不少水电厂成功地投入使用，但由于当时我国制造水平的限制，这种LCU的工艺水平不高，接插和焊点容易出现问题。给调试和维持带来困难，这也可以说是第二种LCU出现的原因。二、以可缩程控制器为基础的LCU (一)可编程控制器LCU的优点 我国将可编程控制器用于水电站发电设备监控的例子不少。究其原因是，可编程控制器一般均按工业环境使用标准设计，可靠性高，抗振等性能好，为系统集成商省去了机械设计、加工、装配、焊接等技术和工艺要求等的工作，并且接插性能好，整机可靠性高。目前用于配置LCU的可编程控制器的种类有：美国GE公司的90系列，如90-70或90-30；美国AB公司的PLC一5、PLC一2和SLC系列；美国Modicon公司的Quantum系列；德国Siemens公司的S7系列； (二)可编程控制器LCU的不足 由于PLC并非为水电厂监控而专门设计，不可避免地也会出现一些问题，其主要的问题列举如下。 1、 PLC以“扫描”方式工作，不能满足事件分辨率与系统时钟同步的要求。水电厂计算机监控系统设备基本技术规范的规定，水电站计算机监控系统的事件分辨率应小于5.20ms，而水电站计算机监控系统是一个多机系统，为了保证事件分辨率，除了单元监控装置本身应具有一定的事件响应能力和精度比较高的时钟外，还要求整个系统内各部分之间的时钟也必须保证有一定精度的同步，其综合精度必须限制在毫秒级以内。而通用型PLC是以扫描方式来工作的，在一个扫描周期内包括了“内务处理”、“开放通信窗口99”、“用户逻辑处理”、“IO服务等环节”，这种工作方式会造成如下问题。 1)单元监控装置的内部时钟精度不能满足要求。PLC提供给用户的定时器为软件定时器，虽定时器的最小计数时基数为10ms，但PLC机只有在扫描周期内的“内务处理，环节才进行一次时钟更新，而一个扫描周期所需的时间，对于一台具有数据采集、顺序控制、功率调节等全部功能的以PLC为基础的机组单元监控装置来讲，其扫描周期约为5070ms，也即内部时钟实际上需要每5070ms才能更新一次。因此，在某一个单元监控装置所监视的范围内，对于在同一扫描周期内先后发生的事件只能按同一时间登录；而相邻两个扫描周期先后发生的事件，即使实际事件发生的时间间隔很小，也只能按相关5070ms时间登录。 2)计算机监控系统内部设备之间时钟同步的精度不能满足要求。计算机监控系统内部时钟同步的精度，除了必须依赖于每个组成部分内部的时钟精度外，还涉及时钟同步方式。一般，系统时钟同步是采用由一个时钟源通过通信口向各部分发送时钟信号(称为“软同步方式”)或直接向各部分发同步脉冲(称为“硬同步方式”)的方式。但不论是采用哪一种方式，都必须要各部分能快速响应。通用型PLC由于不具备GPS时钟同步功能，对于以PLC为基础的现地监控装置来讲，就难以实现与系统时钟的同步，这就必然造成各现地监控装置之间，及现地监控装置与中央级计算机之间的时钟有较大的相对误差。3)特殊功能模块支持的缺乏；如调速器上的测频模块等 综上所述，以PLC为基础的现地监控装置及包含有这种现地监控装置的水电站计算机监控系统，如果不采取特殊措施，就无法保证事件分辨率及系统时钟同步的要求。 2、PLC在自诊断功能方面不能完全满足我国电力生产安全可靠方面的要求。通用型PLC起源于主要针对机械加工业，以后逐步扩展到各行各业。几个主要的PLC生产厂都有一套比较先进的生产工艺流程和严格的质量保证体制。因此，不论从适应性方面，还是从产品质量方面都得到好评，这是无可非议的。 但是，正由于PLC是通用型的，所以有个别的指标只能在技术经济综合考虑的基础上根据一般需要予以平衡，不可能专门考虑到个别用量相对较小的行业的特殊需要，其中，自诊断功能指标就是一个比较突出的例子。 通常PLC虽具有较强的自诊断功能，但对输入、输出部分，它只自检到IO模件级，而对于模件内的各个IO通道则无法自检。这样的设计思想，仅能保证CPU至IO总线的工作正确。而实际对于输出通道要求自检到输出继电器线圈，以保证控制命令与输出的完全正确一致。对于我国电力工业这样强调“安全第一”的具体行业来讲，这是应当予以充分重视的问题，必须采取特殊措施加以防范。 3、PLC的中断开入不能满足水电站的需要。通常PLC可向用户提供16或32点中断开关量输入模件。据了解，有些型号PLC可提供的中断开入可能更多些，但也有相当多的并不提供中断开入功能。 为了提高事件记录分辨率，对水电站计算机监控系统来讲，中断开入功能是必须的。一般对用于机组的现地监控装置来讲，16-32点中断开入基本上可以满足要求了，但对于开关站的现地监控装置来讲，这一数量的中断开入就无法满足要求了，如丹江口水电厂的开关站单元监控装置，用户提出的中断开入(包括脉冲开入)数量多达200余点。为了适应水电站的这一需要，就必须采取特殊措施。 4、PLC的浪涌抑制能力不满足水电站的需求。通用型PLC一般都具有一定的浪涌抑制能力，基本上可以满足大部分行业的要求。但对水电站计算机监控系统来讲，在水电站计算机监控系统设备基本技术规范中规定要求具有三级浪涌抑制能力。而通用型PC的浪涌抑制能力仅能达到水电站计算机监控系统设备基本技术规范所要求的1级(最低级)水平。如果要想达到更高的水平，必须采取特殊的措施。三、LCU的结构冗余特点上位机系统的冗余方式基本上是采用同构型冗余，如二台完全相同的操作员工作站构成操作站冗余系统等，按主备方式工作。而网络的冗余方式为设备上冗余，而功能上有所分工。按主从方式工作，只有当某一网故障停运时，才由另一网承担全部的通信任务，而LCU则不同，一般而言，LCU的冗余结构有三种，即异构型冗余、同构型冗余和交叉型冗余，以下分别介绍。 1异构型冗余 异构型冗余结构是指由两个性能、型号、功能、原理等不尽相同的设备构成的冗余系统，其中一台处于运行状态，另一台处于备用状态，且不要求其逆状态。一般冗余系统中常处运行状态的设备性能较好，功能较全，而常作备用的设备往往只具备部分功能，如顺控功能等，因此这种冗余结构又称为不完全冗余，如图152所示。 2同构型冗余 同构型冗余结构是指两台性能、型号、原理、功能均相同的设备且能以任意组合的方式构成主、备关系，即这种主、备关系完全是可逆的，应该说是这一种完全的冗余结构，可以实现理想的冗余效果，这种冗余的实质是以双倍的投资换取高的可靠性，如图15-3所示。 3交叉型冗余 交叉型冗余结构是指两个相邻LCU(或控制子系统)之间实现冗余，此时构成冗余系统的两设备的性能、原理、功能等均完全。与非冗余结构相比，某些部分，如测点数据库的容量此时要加倍，但与全冗余结构双倍的投资相比，这却是一种节省的方案。在现代冗余理论的研究中，曾有人提出m:n的备用方案，作为交叉冗余的特例是全厂公用的1-2个备用设备，但这仅在输入输出信号量很少时才适用，如备用励磁系统。这种12台公用备用设备的特例，在监控系统中不常用，如图：15-4所示。 4冗余方式的选择 以上讨论了三种最基本的LCU冗余方式，在实际工程中还有许多变化，如在LCU中的双一体化工控机冗余；LCU中的双PLC冗余(此时类似异构型冗余，不同之处在于双PLC是同型的)，或者PLC内的双CPU冗余等。 从目前LCU的工艺水平和可利用率来看，已经达到了一个较高的水平，如非冗余结构的LCU的可利用率已达995左右。因此在许多情况下，使用单系统是可行的。如要采用冗余结构，一般有两种情况：一是电网对机组发电的可利用率要求非常高，尤其是容量大，在电网中地位很主要的机组；另一种是在计算机监控系统的设计指标要求非常高的LCU。这时采用冗余结构也是合理的。冗余结构的LCU实际是用几乎双倍的投资来换取并非增长很多的可利用率，因此应充分论证，合理选择方案。目前我国应用异构型冗余LCU的情况较多，但在非常重要的情况下如三峡工程才考虑选用同构型冗余的必要性，采用冗余结构的LCU的可利用率可达998以上。第二篇 水电站继电保护一、继电保护的作用 电力系统由发电机、变压器、母线、输配电线路及用电设备组成。各电气元件及系统整体通常处于正常运行状态，但也可能出现故障或异常运行状态。在三相交流系统中；最常见同时也是最危险的故障是相与相或相与地(或中线)之间的非正常连接，即短路。直接连接(不考虑过渡电阻)的短路一般称为金属性短路。电力系统的正常工作遭到破坏，但未形成故障，则称为异常工作状态。与其它电气元件比较，输电线路所处的条件决定了它是电力系统中最容易发生故障的一环。在输电线路上，还可能发生一相或两相断线及几种故障同时发生的复杂故障。变压器和各种旋转电机所特有的一种故障形式是同一相绕组上的匝间短路。短路总要产生很大的短路电流，同时使系统中电压大大降低。短路枣的电流及短路电流的热效应和机械效应会直接损坏电气设备。电压下降影响用户的正常工作，影响产品质量。短路更严重的后果是因电压下降可能导致了电力系统发电厂之间并列运行的稳定性遭受破坏，引起系统振荡，直至使整个系统瓦解。最常见的异常运行状态是电气元件的电流超过其额定值，即过负荷状态。长时间的过负荷会使电气元件的载流部分和绝缘材料的温度过高，从而加速设备的绝缘老化，或损坏设备，甚至发展成事故。此外，由于电力系统出现功率缺额而引起的频率降低，水轮发电机组突然甩负荷引起的过电压，以及电力系统振荡等，都属于异常运行状态。故障和异常运行状态都可能发展成系统中的事故。所谓事故，是指整个系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，以致造成对用户少送电、停止送电或电能质量降低到不能容许的地步，甚至造成设备损坏和人身伤亡。在电力系统中，为了提高供电可靠性，防止造成上述严重后果，一是要对电气设备进行正确的设计、制造、安装、维护和检修，力求减少发生故障的可能性；二是对异常运行状态必须及时发现，并采取措施予以消除；三是一旦发生故障，必须迅速并有选择性地切除故障元件。电力系统各元件之间是通过电或磁联系在一起，任一元件发生故障时，都可能立即在不同程度上影响到系统的正常运行。因此，切除故障元件的时间常常要求短到十分之几秒甚至百分之几秒。显然，在这样短的时间内，由运行人员来发现故障元件并将它切除是不可能的。要完成这样的任务，必须在每一电气元件上装设具有保护作用的自动装置。早期采用的这种装置是熔断器，目前在电压较低的配电网中也还在采用。随着电气设备容量的增大和电压的增高，以及电力系统接线的日益复杂，熔断器已经不能满足要求，于是继电保护装置得到了应用和发展。继电保护装置是一种能反应电力系统中电气元件发生的故障或异常运行时并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：(1)当电力系统的被保护元件发生故障时，继电保护装置应能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除使故障元件免于继续遭受损害，并保证无故障部分迅速恢复正常运行。(2)当电力系统被保护元件出现异常运行状态时，继电保护应能及时反应，并根据运行维护条件而动作，发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要动作和由于干扰而引起的误动作。二、继电保护的基本原理和保护装置的组成为了完成继电保护所担负的任务，显然应该要求它能够正确地区分系统正常运行与发生故障或异常运行状态之间的差别，以实现保护。 在一般的情况下，发生短路之后，总是伴随着电流的增大、电压的降低、线路始端测量阻抗的减小，以及电压与电流之间相位角的变化。因此，利用正常运行与故障时这些基本参数的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护，例如：1反应电流增大而动作的过电流保护；2反应电压降低而动作的低电压保护；3反应短路点到保护安装地点之间的距离而动作的距离保护(或阻抗保护)等。 利用每个电气元件在内部故障与外部故障及正常运行时，两侧电流相位或功率方向的差别，就可以构成各种差动原理的保护，如纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等。差动原理的保护只能在被保护元件的内部故障时动作，而不反应外部故障，因而被认为具有绝对的选择性。在按照上述原理构成各种保护装置时，可以使它们的参数反应于每相中的电流和电压，也可以使之仅反应于其中一个对称分量的电流和电压。在正常运行情况下，负序和零序分量不会出现；在发生不对称接地短路时，它们都具有较大的数值；在发生不接地的不对称短路时，虽然没有零序分量，但负序分量却很大。因此，利用这些分量构成的保护装置，一般都具有良好的选择性和灵敏性，这正是这种保护装置获得广泛应用的原因。 除上述反应各种电气量的保护外，还有根据电气设备的特点实现反应非电气量的保护。例如，当变压器油箱内部的绕组短路时，反应油分解所产生的气体而构成的瓦斯保护等。 以上各种原理的保护，可以由一个或若干个继电器连接在一起组成保护装置来实现。 一般而言，整套继电保护装置是由测量部分、逻辑部分和执行部分组成的，其原理结构如图0-3所示，其作用如下。 (1)测量部分。测量部分是测量从被保护对象输入的有关物理量，并与给定的整定值进行比较，根据比较的结果，给出“是”或“非性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该起动。 (2)逻辑部分。逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，然后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。继电保护中常用的逻辑回路有“或”、“与”、“否、“延时起动”、“延时返回以及“记忆等回路。 (3)执行部分。执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如故障时，动作于跳闸，异常运行时，易出信号；正常运行时，不动作等。三、对电力系统继电保护的基本要求 电力系统各电气元件之间通常用断路器互相连接，每台断路器都装有相应的继电保护装置，可以向断路器发出跳闸脉冲。继电保护装置是以各电气元件或线路作为被保护对象的，其切除故障的范围是断路器之间的区段。防御发电机、变压器、输电线路故障的保护装置，分别称为发电机保护、变压器保护及线路保护。 实践表明，继电保护装置或断路器有拒绝动作的可能性，因而需要考虑后备保护。实际上，每一电气元件一般都有两种继电保护装置：主保护和后备保护，必要时还另外增设辅助保护。 反应整个被保护元件上的故障并能以最短的延时有选择性地切除故障的保护称为主保护。 主保护或其断路器拒绝动作时，用来切除故障的保护称为后备保护。后备保护分近后备和远后备两种：主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护实现后备，谓之近后备；当主保护或其断路器拒绝动作时由相邻元件或线路的保护实现后备的，谓之后备。 为补充主保护和后备保护的不足而增设的比较简单的保护称为辅助保护。对于反应短路保护故障的继电保护装置，应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性等基本要求。1可靠性 保护装置的可靠性是指在规定的保护区内发生故障时，它不应该拒绝动作，而在正常运行或保护区外发生故障时，则不应该误动作。 可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平而言。不可靠的保护本身就成了事故的根源。因此，可靠性是对继电保护装置的最根本要求。 为保证可靠性，一般来说，宜选用尽可能简单的保护方式；应采用由可靠的元件和简单的接线构成的性能良好的保护装置，并应采取必要的检测、闭锁和双重化等措施。当电力系统中发生故障而主保护拒动时，靠后备保护的动作切除故障，有时不仅扩大了停电范围，而且拖延了切除故障的时间从而对电力系统的稳定运行带来很大危害。因此，对电力系统中重要的电气元件有时采用并联使用两套保护的所谓双重化措施。此外，使保护装置便于整定、调试和运行维护，对于保证其可靠性也具有重要的作用。2选择性 保护装置韵选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证电力系统中的无故障部分仍能继续安全运行。 这种情况虽然是越级跳闸，但却是尽量缩小了停电范围，限制了故障的发展，因而也认为是有选择性动作。 应该指出，运行经验表明，架空线路上发生的短路故障大多数是瞬时性的，线路上的电压消失后，短路会自行消除。因此，在某些条件下，为了加速切除短路，允许采用无选择性的保护，但必须采取相应措施，例如采用自动重合闸或备用电源自动投入装置予以补救。 为了保证选择性，对相邻元件有后备作用的保护装置，其灵敏性与动作时间必须与相邻元件的保护相配合。3灵敏性 保护装置的灵敏度是指保护装置对其保护区内发生故障或异常运动状态的反映能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护区内短路时，不论短路点的位置、短路形式及系统的运行方式如何，都能灵敏反应。保护装置韵灵敏性一般用灵敏系数Ksen来衡量。 对于反应故障时参数增大而动作的保护装置，其灵敏系数是对于反应故障时参数降低而动作的保护装置，其灵敏系数是 实际上，短路大多情况是非金属性的，而且故障参数在计算时会有一定误差，因此，必须要求Ksen 1。在部颁的继电保护和安全自动装置技术规程中，对各类短路保护装置的灵敏系数最小值都，乍了具体规定。对于各种保护装置灵敏系数的校验方法，将在该保护的整定计算中分别讨论。4速动性快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低情况下的工作时间，限制故障元件的损坏程度，缩小故障的影响范围以及提高自动重合闸装置和备用电源自动投入装置的动作成功率等。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。 动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置，其结构一般都比较复杂，价格比较贵。因此，应根据电力系统的实际情况，对保护的速动性提出合理的要求。电力系统一般情况下，允许保护装置带有一定的延时切除故障。 故障切除时间等于保护装置的动作时间与断路器的动作时间之和。目前，世界上正式投入运行的保护，动作速度最快的为0.02s，断路器的动作时间最快的为0.050.06s，则最快切除故障时间为0.070.08s。 对作用于跳闸的保护装置的基本要求，一般也适用于反映异常运行状态的保护装置。只是对作用于信号的保护装置不要求快速动作，而是按照选择性要求延时发出信号。 上述四项基本要求是互相联系而又互相矛盾的。例如，对某些保护装置来说，选择性和速动性不可能同时实现，要保证选择性，必须使之具有一定的动作时间。 继电保护技术是随着电力系统的发展,在不断解决保护装置应用中出现的四项基本要求之间的矛盾，使之在一定条件下达到辩证统一的过程中发展起来的。因此，四项基本要求是分析研究各种继电保护装置的基础，是贯穿本课程的一条基本线索。在本课程的学习过程中，应该注意学会按对保护基本要求的观点，去分析每种保护装置的性能。 在电力系统中，当确定继电保护装置的配置和构成方案时，还应适当考虑经济上的合理性。应综合考虑被保护元件与电力网的结构特点、运行特点及故障出现的概率和可能造成的后果等因素，依此确定保护方式，而不能只从保护装置本身的投资来考虑。因保护不完善或不可靠而给国民经济造成的损失，一般会大大超过即使是最复杂的保护装置的投资。当然也应注意，对于较次要的被保护对象，不应装设复杂、昂贵的保护装置。第三篇 水电站辅机控制系统水电站辅机控制系统是指水电站的油、气、水系统的控制。电站油系统有机组润滑油油系统，绝缘油系统等。机组润滑油系统有高低压油两套装置。机组正常运行时，轴承润滑油靠自重由重力加油箱六出，经润滑后流往底层的回油箱，冷却后由油泵重新打到重力加油箱进行强迫循环。高压油用于调速器操作油源。电站气系统有高压气系统和低压气。高压气系统主要给调速器装置补气；低压气系统主要给主要由于机组制动，调相压水，密封围圈，气动工具用气等，寒带地区的水工建筑物防冻吹冰也使用低压气。电站水系统包含供水系统和排水系统；供水系统包含技术供水、消防供水和生活供水；排水系统包含机组渗漏排水系统和机组检修排水系统。为了满足水电站“无人值班，少人值守”的要求，我公司开发了一套基于现代控制的水电站辅机控制系统UK2100，适用于各类水电站公用及机组辅助设备的控制。主要配置：n 采用世界知名品牌的PLC，包括法国施奈德，德国西门子，美国GE，日本三菱等公司生产的PLC。n 软启动器采用施奈德公司、AB公司、ABB公司等知名品牌n 空气开关、断路器、接触器、热继电器等动力回路元件均采用进口知名品牌产品主要功能及特点：n 具有自动、切除和手动三种工作方式n 具有现地和远方控制方式，相互闭锁n 自动主用/备用切换控制，并具有隔离检修措施n 模拟量和开关量冗余配置，信号检测可靠n 可采用交直流同时供电，互为主/备用n 实时显示、记录及查询系统运行参数、故障、设备操作事件等信息n 具有完整的短路、过载、缺相、相序、三相电压不平衡等电动机保护功能n 故障诊断报警：可对模块、测量回路、系统越限、泄漏等故障进行实时监测报警n 设置避雷器，提高系统的抗干扰能力n 电机可采用软启动器控制，避免对厂用电的冲击n 软件滤波功能n 容错控制：接触器触点粘连时跳空气开关等n 支持MB、MB+、Profibus、Can、EtherNet等多种现场总线通讯协议UK2100主要包括如下产品：n 油压装置控制柜： 用于压力油源系统的控制，保证油压装置工作在额定油压范围内。n 漏油泵控制柜： 用于漏油箱油位的控制，使漏油箱油位维持在设定油位以下。n 低压空压机控制柜：用于维持低压贮气罐压力在设定压力范围内。n 高压空压机控制柜：用于维持高压贮气罐压力在设定压力范围内。n 渗漏排水控制柜： 用于维持渗漏集水井的水位在正常位置。n 顶盖排水控制柜： 用于机组顶盖水位的控制。n 检修排水控制柜： 用于维持检修集水井的水位在正常位置。n 消防供水控制柜： 用于维持水池中的水位及供水管压力在正常位置。n 技术供水控制柜： 用于维持供水蓄水池的水位在正常位置，保证机组的技术供水。n 润滑油控制柜： 用于机组润滑油系统的控制，使机组运行时保持可靠的润滑。n 高压油顶起控制柜：用于机组顶起控制，使机组在运行时保持可靠的顶起。n 冷却风机控制柜： 用于根据机组启、停自动控制冷却风机运行。n 交直流电源控制柜：用于自动控制电厂交、直流电源的输出。n 排污控制柜： 用于厂房化粪池排污泵控制。UK2100水电站辅机控制系统辅机控制柜型号说明类别代号 U辅机控制设备的类别代号特征代号 K特征代号系列设计序号01油压装置控制柜 02 漏油泵控制柜 03 油压装置+漏油泵控制柜04高压空压机控制柜 05低压空压机控制柜 06渗漏排水控制柜07顶盖排水控制柜 08检修排水控制柜 09消防供水控制柜10技术供水控制柜 11润滑油控制柜 12高压油顶起控制柜13冷却风机控制柜 14交直流控制柜 15排污控制柜 16闸门现地控制柜品种号对系列设计号为115的设备 A 表示纯继电器控制 B 表示PLC控制(模拟量检测) C 表示 PLC控制(开关量检测)对于系列设计号为16的设备 A 表示液压起闭机 B 表示卷扬机 C 表示船闸控制柜规格号电机功率/B（自动补气）附加代号(起动形式) Q 表示直接起动 Y 表示软起动 X 表示Y 降压起动附加代号(电机数量)用具体的电机个数来表示。附加代号(PLC型号) 0 表示三菱FX2N系列 1 表示三菱Q系列 2 表示三菱A系列 3 表示施耐德Premium系列 4 表示OMRON系列 5 表示西门子S7-200 6 表示西门子S7-300U K 1 B 37/B Y 2 5 以上举例的辅机控制柜型号为：UK1B37/B-Y25，表示辅机为油压装置控制柜，采用带模拟量的PLC控制，电机功率37KW，带自动补气，电机数量为2个，采用软启动器控制，PLC型号为西门子S7-200。第四篇 水电站闸门、船闸控制系统闸门控制系统主要针对水电站、泵站、闸站的闸门控制要求而设计的，整个系统可由计算机集控单元、现地控制单元、视频监控系统三部分组成。适用于液压启闭机和卷扬机各种不同类型的闸门控制与远方调度，包括快速闸门、泄洪闸门、冲沙洞闸门，以及水利、航运、供排水系统的节制闸等。环型光纤以太网系统架构图计算机集控单元工业控制计算机为整个集控单元的控制核心，通过通讯发送指令控制现地控制单元，显示现地控制单元采集到的各种状态、数据及参数等。可与水调、水情测报自动化系统实现数据通信，完成对整个资源的共享，实现闸门“无人值班”（少人值守）的目标。功能及特点n 软件可选用InTouch、(i)FIX、组态王、WinCC等先进、高效、可靠的工业组态软件n 先进、成熟的全分布、开放式系统，易于扩充和升级，充分保护用户投资n 模块化、结构化的软件设计n 强大的通讯功能，与全厂计算机监控系统、水调、水情测报自动化系统实现数据通信n 根据泄洪特点量身定做的洪水调度应用软件n 控制功能：集中控制各个现地控制单元，管理整个闸门控制系统。n 显示功能：显示各种状态、数据及参数等。n 数据记录：记录数据同时生成报表和曲线显示现地控制单元的历史记录。n 操作记录：实现对操作的完全记录，包括操作内容以及时间和操作人员等。n 数据通讯：与水调、水情测报自动化系统实现数据通信，实现资源共享。n 报警提示：语音报警提示操作人员发生何种故障，记录发生的报警的时间和内容，供操作人员查询。n 支持与第三方系统的无缝连接。n 双机冗余工作方式，保证整个系统运行的可靠性。n 权限设定管理，对用户实行分级管理，保证系统运行安全性。n 打印功能。n 视频联动功能n 与现地控制单元可实现光纤双环网通讯现地控制单元 现地单元采用PLC作为控制核心部分，通过闸门开度编码器、压力传感器完成闸门位置和水位的采集。对于卷扬机式闸门还可配置荷重传感器，检测闸门平衡度。现地单元通过PLC控制闸门的上升、下降、停止、自动定位以及与闸门计算机集控单元的数据交换。功能与特点n 实时采集、显示闸门的开度、水位或荷重n 具有现地和远方两种控制方式n 具有自动和手动两种工作模式n 具有闸门的上升、下降、停止与自动定位功能n PLC冗余功能：可采用双机冗余控制，实现双PLC的主/备用切换n 电源冗余功能：双路电源，互为主/备用n 通讯冗余功能：可与远方计算机系统组成双环光纤网，实现通讯冗余n 电机软起动功能n 采用中文触摸式人机界面，具有各种显示、设置、记录、查询、操作及帮助等功能n 声光报警功能，让操作人员对所发生的故障及时判断处理n 故障保护功能：电机过流、缺相保护，闸门越限保护，卷扬门的抱闸保护、紧急停机等n 故障诊断功能：自动诊断PLC、各种传感器、电机及控制回路、电源、液压启闭机的非同步、卷扬机的不平衡及其他各执行机构的故障。n 软件、硬件的多种闭锁和保护，准确实现闸门的升降和停止n 采用进口绝对型旋转编码器，控制精度高n 安全可靠的防雷措施视频监控系统闸门计算机控制系统可以根据需要配置视频监控系统，视频监控系统是由摄像头、解码器、视频光端机、操作键盘、视频主机和显示器等部分组成。系统主要完成对闸门现场运行状况的监视。功能与特点n 每孔闸门布置一个摄像头，具有闸门视频联动功能n 光纤通讯，抗干扰能力强n 采用宜于室外使用的摄像头和解码器，防潮、防雨、防雷电n 远程遥控摄像头n Web功能：可通过局域网或Internet网对闸门进行视频监视、浏览，即使在异地也可浏览闸门现地情况n 夜视功能，便于全天候监视n 完善的图像监视、录像、检索和回放功能CZ2100船闸计算机控制系统船闸计算机控制系统主要针对船闸的闸门控制要求而设计的，整个系统可由计算机集控单元、现地控制单元、广播系统、视频监控系统四部分组成。适用于各种不同类型的船闸自动控制与远方调度，包括单级、多级船闸，单线、多线船闸等。计算机集控单元以工业控制计算机为整个集控单元的控制核心，集成了调度收费系统，通过通讯发送指令控制现地控制单元，显示现地控制单元采集到的各种状态、数据及参数等。还可与水调、水情测报自动化系统实现数据通信，完成对整个资源的共享，实现船闸“无人值班”（少人值守）的目标。功能及特点n 软件可选用InTouch、(i)FIX、组态王、WinCC等先进、高效、可靠的工业组态软件n 先进、成熟的全分布、开放式系统，易于扩充和升级，充分保护用户投资n 模块化、结构化的软件设计，保证系统功能的可扩展性n 强大的通讯功能，与全厂计算机监控系统、水调、水情测报自动化系统实现数据通信n 软件、硬件的多种闭锁和保护，准确实现上下游船只的上行和下行n 计算机