DLT 5081-1997 水力发电厂自动化设计技术规范

水利发电厂自动化设计技术规定 of of L/T 50811997 主编部门：北京勘测设计研究院部利水电力工业部批准部门：中华人民共和国电力工业部 批准文号：电综199830号 施行日期：1998年6月1日 前 言 本标准是根据原水利电力部水利水电规划设计总院下达的任务编制的。接受任务后，北京勘测设计研究院在调研和收集资料的基础上，编写了本标准的征求意见稿，并向有关设计院征求意见，对本标准进行修改，编写了本标准的送审稿。原能源部、水利部水利水电规划设计总院于1993年召开了本标准送审稿的审查会议，北京勘测设计研究院根据审查意见反复进行修改后定稿。 本标准对水电厂进水闸阀自动化、机组及其辅助设备和全厂公用设备的自动化、励磁及电制动、同期系统及全厂综合自动化的设计原则作出了规定。 本标准由电力部水电水利规划设计总院提出并归口。 本标准起草单位：电力部水利部北京勘测设计研究院。 本标准主要起草人：盛世儒、梁见诚、雷旭、姜树德。 本标准由水电水利规划设计总院负责解释。 1 范 围 包括在本规范范围的内容有： 1)机组快速(事故)闸门、蝶阀、球阀、筒形阀的自动控制； 2)水轮发电机组的自动控制； 3)可逆式抽水蓄能机组的自动控制； 4)机组辅助设备、全厂公用设备的自动控制； 5)非电量监测； 6)励磁系统及电制动设备； 7)同期系统； 8)全厂综合自动化。 桥式起重机、门式起重机、泄洪闸门、升船机、船闸、过船过木设施、消防系统、通风系统等的自动控制以及综合自动化计算机监控系统、工业电视不包括在本规范范围内。 本规范适用于按少人值班设计、机组的单机容量为1000建的大中型水力发电厂(含抽水蓄能电厂)的自动化设计。其他水电厂的设计也可参照本规范执行。 2 引 用 标 准 下列标准所包含的条文，通过在本规范中引用而构成为本规范的条文。本规范出版时，所示版本均为有效。这些标准如果修订，使用本规范者应使用这些标准的最新版本。 180589 大中型水电机组自动化元件及其系统基本技术条件 58395 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件 50651996水力发电厂计算机监控系统设计规定 50661996水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定 7电测量仪表装置设计技术规程 8水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 7大中型水轮发电机基本技术条件 3 总 则 大中型水力发电厂实现自动化的目的是： 1)提高发电质量； 2)提高安全运行水平； 3)提高经济运行水平； 4)减少运行人员，提高劳动生产率。 水电厂的自动化设计，应满足上级调度所调度自动化系统对本电厂的要求。 水电厂的自动化元件和设备，应能适应水电厂电磁干扰严重和湿度高的工作环境。 4 机组快速(事故)闸门、蝶阀、球阀、 筒形阀的自动控制 快速(事故)闸门的自动控制 快速(事故)闸门应既能在现地控制又能在远方控制。 机组前的快速(事故)闸门开启前应先进行充水平压。 1)当利用闸门开启一小开度进行充水时，闸门位置行程开关应设有闸门充水位置触点。闸门到达充水开度时，闸门应停止在充水位置开度。充水平压后，闸门应自动继续开启至全开。 2)当利用充水阀或闸门上的小门进行充水时，充水平压后，闸门应从全关自动开启至全开。 对闸门进行开启或关闭操作时，闸门到达全开、全关位置后，应能自动切断上升、下降机构的电源，使闸门停止上升或下降。 在闸门开启或关闭过程中，如果发出停止命令，闸门应能停在任何位置。 闸门全开以后，如果由于某种原因自行下滑到一定位置，应接通闸门自动提升回路，使闸门提至全开。如果继续下滑到一定位置，应发故障信号。 宜在中控室设置闸门位置指示器。闸门在全开、全关及充水开度时应接通位置信号灯。 采用固定式钢丝绳卷扬启闭机控制的闸门，应在闸门电动机的轴上装设制动器，在制动器上配置与电厂直流系统电压相一致的直流电磁铁。在回路设计中，应满足闸门正常关闭以及当机组或压力管道发生事故时紧急关闭的要求。在紧急关闭接线中还应按金属结构专业的要求，采取保护门槽底槛的措施。 对于液压启闭机控制的闸门，当操作闸门下降时，油路电磁阀关闭线圈应通电，闸门在自重的作用下自行关闭。 蝶阀的自动控制 蝶阀应既能在现地控制又能在远方控制，并能与机组自动控制联动。 开启蝶阀必须具备以下条件： 1)机组事故停机元件未动作； 2)机组导水叶处在全关位置。 当发出开阀命令脉冲并满足开阀条件时，开阀元件应起动并经关阀元件未动信号自保持。通过开阀元件自动开启压力油源，拔出锁定，打开旁通阀，对机组蜗壳进行充水。 1)对采用充气式围带周围密封的蝶阀，应当通过旁通阀将蜗壳充满水，蝶阀前后水压基本平衡后，空气围带自动排气。排气结束后，由反映围带气压接近于零的信号元件开启开关蝶阀的电磁配压阀。 2)对采用不充气式围带周围密封的蝶阀，应通过旁通阀将蜗壳充满水，蝶阀前后水压基本平衡后，即可开启开关蝶阀的电磁配压阀。 蝶阀开至全开位置时，由其终端开关接点接通蝶阀全开位置信号灯，同时复归开阀元件，从而复归各油路，关闭旁通阀，投入锁定。 当发出关闭蝶阀的命令脉冲时，关阀元件应起动并经开阀元件未动信号自保持，通过关阀元件，自动开启压力油源，拔出锁定，打开旁通阀，关闭开关蝶阀的电磁配压阀。 蝶阀关闭之后，应接通空气围带充气回路及蝶阀全关位置信号灯并复归关阀元件，从而复归压力油源电磁配压阀，关闭旁通阀，投入锁定。 蝶阀只能停留在全关、全开两个位置，不得在任何中间位置作调节流量之用。 球阀的自动控制 球阀应既能在现地控制又能在远方控制，并能与机组自动控制联动。 开启球阀必须具备以下条件： 1)机组事故停机元件未动作； 2)导水叶(或喷针)处在全关位置。 当发出开阀命令脉冲并满足开阀条件时，开阀元件应起动并经关阀元件未动信号自保持，通过开阀元件自动完成： 1)开启压力油源电磁配压阀，由压力油打开卸荷阀，排掉密封盖内的压力水，打开油阀，向球阀控制系统供压力油。 2)开启旁通阀的电磁配压阀，由压力油打开旁通阀，对蜗壳(或喷针输水管)进行充水。充满水后，密封盖外部压力大于内部压力而自动缩回，与密封环脱离接触。 3)当球阀前后水压基本平衡后，自动开启开关球阀的电磁配压阀。 球阀全开后，应接通球阀开启信号灯并复归球阀开启回路，关闭油阀、卸荷阀、旁通阀。 当发出关闭球阀的命令脉冲时，关阀元件应起动并经开阀元件未动信号自保持，通过关阀元件自动完成： 1)开启压力油源电磁配压阀，由压力油打开卸荷阀，排掉密封盖内的压力水，打开油阀，向球阀控制系统供压力油。 2)关闭开关球阀的电磁配压阀。 球阀全关后，应接通球阀关闭信号灯，并复归球阀关闭回路，关闭卸荷阀、油阀，压力水进入密封盖内腔，实现止水。 球阀只能停留在全关、全开两个位置，不得在任何中间位置作调节流量之用。 筒形阀的自动控制 开启筒形阀需具备以下条件： 1)机组事故停机元件未动作； 2)导叶处于全关位置； 3)蜗壳有压； 4)筒形阀油压设备油压、油位正常； 5)接力器同步链条机构未过载； 6)筒形阀无卡阻。 手动或通过机组起动元件接通开启线圈，使接力器在压力油的作用下将筒形阀开启。 正常关闭筒形阀需具备下列条件： 1)接力器同步链条机构未过载； 2)筒形阀无卡阻； 3)导叶到达全关位置。 手动或通过机组停机元件接通关闭线圈，使接力器在压力油的作用下将筒形阀关闭。 当机组过速或事故停机遇剪断销剪断时，论导叶处于何种位置，均应能立即自动关闭筒形阀。 筒形阀可由手动操作使其全开、全关或处于任何中间位置，应设置相应的位置指示器和位置信号灯。 当发生下列事故或故障时应发音响和灯光指示信号： 1)接力器同步链条张力过载； 2)关筒形阀时被障碍物卡阻； 3)筒形阀油压设备油压、油位不正常。 5 水轮发电机组的自动控制 调速器和自动化元件的选型、配置及功能 水轮发电机组优先选用数字式电气液压调速器。 调速器及油、气、水系统中的各类电磁阀(包括电磁配压阀、电磁空气阀)，宜按线圈不长时间通电选型。 电液调速器的测频信号取自机端电压互感器或齿盘。 自动化元件技术性能应符合 应满足与计算机监控系统接口的要求。 各轴承油槽应分别装设液位信号器，每套液位信号器应有反映液面过高或过低的触点。 当机组冷却水有两路供水水源时，应分别设置电气控制的阀门。在每台机组冷却水总管及重要用水支路分管排水侧，宜设带流量指示的示流信号器。 推力轴瓦、各导轴瓦、空气冷却器应设温度信号器。 当推力轴承配用弹性金属塑料瓦时，、机组过速保护应装设两种不同信号源的转速信号器。 机组电气转速信号器应具有可调整的多定值的触点，分别满足事故停机、投过速限制器、投自动准同期装置、投入与切除液压减载装置、投电调、调相解列停机、切电调、投入电气停机制动、投入机械停机制动等要求。 机组压缩空气制动系统应设气源压力监视信号，当气压降低时发信号。为防止停机后制动闸有时不落下，制动闸宜设反向给气装置及位置信号。 当作调相运行的机组，采用向转轮室通入压缩空气压水的措施时，反映转轮室水位的自动化元件，应具有抗震、防锈蚀、防浪涌、防泥沙阻滞等特性。 转轮室漏气严重的水轮机，可设调相补气阀，持续地对转轮室进行补气。 轴流转桨式水轮机，作调相运行时，无论是否采取充气压水措施，都应将桨叶转角自动调至零度，以减小阻力。 轴流式水轮机，应采取防抬机措施并装设抬机信号装置。 为防止在机组甩负荷而调速器又失灵时发生飞逸事故，应装设过速限制器。 回油箱、漏油箱以及有油、水热交换装置的油槽，宜装设油混水信号器。 在油、气、水系统中，凡需要根据压力值实现自动控制或自动报警的，均需装设压力信号器。 水轮机导叶应装设剪断销信号装置。 大型机组宜设置监视大轴摆度和机架振动的检测装置。 机组拦污栅和滤水器应设置检测其阻塞状况的差压信号器。 他型式机组自动化检测元件的配置，应根据实际需要适当增减。 水轮发电机组的自动控制 水轮发电机组的自动控制接线或软件，应能满足由现地或远方以一个命令脉冲使机组自动完成停机转发电、发电转停机、发电转调相、调相转发电、停机转调相、调相转停机等各种工况的自动转换。 在正常开、停机(未投制动前)过程中，如果有紧急需要，自动控制接线或软件应允许进行相反的操作。 机组处于准备起动状态应具备以下条件： 表 轴流和混流式机组常用自动化监测元件配置 元件名称安装位置或接线触点接通条件用 途机械转速信号器装在主轴顶部或用传动装置与轴相连140%故停机，并关闭快速闸门或蝶阀、球阀、筒形阀(1)n140%故停机，并关闭快速闸门或蝶阀、球阀、筒形阀(2)n110%故停机，并投过速限制器(3)n90%入准同期装置(4)n90%除液压减载装置(5)n90%入液压减载装置(6)n90%入起励(7)n80%相解列停机(8)n50%60%入电制动停机(9)n25%35%n15%20%n5%10%入机械制动停机(4)电气转速信号器接机端专用电压互感器或齿盘测频信号器(10)n=0终止制动，停止与机组运行有关的各设备推力轴承油槽冷却水管(当无外循环时)及各导轴承油槽冷却水管冷却水中断投备用水源，发信号，延时停机示流信 号器推力轴承外循环系统的冷却水管冷却水中断投备用水源，发信号，延时停机推力轴承外循环系统的油管油流中断投备用油泵，发信号，延时停机主轴密封润滑水管水流中断投备用水源，发信号，延时停机推力轴承油槽及各导轴承油槽液位越上限或下限发信号回油箱液位越上限或下限发信号压油罐(1)液位越上限 (2)液位恢复正常自动补气 停止补气漏油箱(1)液位越第一上限 (2)液位恢复正常 (3)液位越第二上限起动漏油泵 停止漏油泵 发信号液位信 号器水轮机顶盖(1)液位越第一上限 (2)液位越第二上限 (3)液位恢复正常起动排水泵 发信号 停止排水泵压油装置(1)油压越第一下限 (2)油压越第二下限 (3)油压越第三下限(事故低油压) (4)油压恢复正常起动工作油泵 起动备用油泵，发信号 事故停机 停油泵主轴密封润滑水管水压低于下限发信号制动闸气压低于下限开机准备条件之一制动气源气压低于下限发信号技术供水总管水压低于下限投备用水源，发信号压力信号器油压减载油管路油压减载过程中油压低于下限起动备用油泵，发信号推力轴瓦和各导轴瓦(1)温度越第一上限 (2)温度越第二上限发信号 停机空气冷却器温度越上限发信号温度信 号器推力轴承外循环油管温度越上限发信号剪断销信号器剪断销剪断销剪断发信号，事故停机中剪断则关进水阀(闸)油混水信号器漏油箱、回油箱及有油、水热交换的油槽油中含水过多发信号测振装置各轴承支架振动越限发信号测摆度装置各轴承附近大轴摆度越限发信号测轴向位移装置轴与机架机组转动部分下沉或上抬越限发信号* 配置数量及测量量程见1)机组无事故； 2)断路器在跳闸位置； 3)接力器锁定在拔出位置； 4)制动气源压力正常，但未加制动； 5)快速闸门或蝶阀、球阀在全开位置(与机组联动操作的阀无此要求)。 当上述条件具备时，起动开机准备元件并接通开机准备信号灯。 对于轴流式和混流式机组，在机组准备起动条件具备且接到开机或调相开机命令脉冲后，开机元件应起动并记忆，同时作用于以下各处： 1)开启冷却、润滑水电磁阀或起动冷却水泵； 2)有主轴密封时主轴围带密封排气； 3)有推力轴承油外循环系统时起动循环油泵，使油压达到正常； 4)有液压减载装置时，起动高压油泵向推力瓦供油，使推力瓦上的油压达到给定范围； 5)当完成上述1)、2)、3)、4)后，将开度限制机构开至起动开度； 6)当全厂共用自动准同期装置时，准备好自动准同期装置的投入及接入自动准同期装置的调整回路； 7)投入发电机磁场断路器。 机组起动后，当转速达到90%额定转速时，应切除液压减载装置，自动投入励磁调节系统和同期装置。 作发电运行时，机组与系统并列后，应自动复归开机元件，接通发电运行指示灯，将开度限制机构调整至全开位置。 作调相运行时，机组与系统并列后，应自动调有功至空载，然后将开度限制机构全关。当符合调相运行条件(导叶全关、断路器合闸)时，调相运行元件应起动并记忆，复归开机元件，接通调相运行指示灯。 混流式及轴流式机组一般采用压水方式调相，由调相运行元件和反映转轮室水位的信号元件控制充气阀。转轮室漏气严重时，利用补气阀持续地进行补气。对于轴流转桨式机组，也可采用将桨叶转角调至0而不压水的调相运行方式。 对于灯泡式机组，机元件起动并记忆后，还应起动发电机风扇电动机。 应根据冲击式机组的特点加以修改。 对具有双转轮的冲击式机组，在发电运行中，应能根据负荷需要，自动或手动进行单轮转双轮、双轮转单轮以及两个单轮之间的转换。 对处于发电运行状态的各种型式机组，发出转调相的命令脉冲后，调相起动元件应起动并记忆，同时作用于以下各处： 1)减有功负荷至空载； 2)作用于开度限制全关。 当符合调相运行条件(导叶全关、断路器合闸)时，调相运行元件起动并记忆，复归调相起动元件，接通调相运行指示灯。 冲击式水轮机在调相运行中应自动开启冷却喷嘴供给冷却水。 对处于调相运行状态的各种型式的机组，发出转发电的命令脉冲后，开机元件应起动并记忆，开度限制机构先开至起动开度，调相运行元件复归，开度限制机构开至全开，机组转为发电运行，开机元件复归，接通发电运行指示灯。 作调相运行的机组应设调相解列保护。调相解列保护一般当转速降至80%额定转速时，作用于事故停机。 当全厂运行机组都处于调相状态，厂用电又无外来电源时，如与系统解列，应将其中任一台机组转为发电运行。当机组转发电不成功，转速降至80%额定值时，则作用于事故停机。 对处于发电运行状态的轴流或混流式机组，发出停机命令脉冲后，停机元件应起动并记忆，同时作用于以下各处： 1)将有功、无功负荷卸至接近于零； 2)导叶开度关至空载时跳发电机断路器； 3)开度限制机构自动关至全关位置； 4)当机组转速下降至各整定值时，相继投入液压减载装置、电气停机制动、机械停机制动(3)。待机组全停后，使停机元件复归，机组重新处于准备起动状态，接通起动准备指示灯。 当发生以下事故时，应同时作用于跳闸、停机、灭磁、发事故信号： 1)调相解列保护动作或调相运行的机组与系统解列后转发电不成功； 2)机组电气事故。 当发生以下事故时，应首先作用于紧急停机电磁阀卸负荷并发事故信号、负荷卸至空载后，再作用于跳闸、停机、灭磁： 1)各轴承过热； 2)油压装置油压事故下降。 当发生以下事故时，应首先作用于紧急停机电磁阀卸负荷并关闭机组前的快速闸门或蝶阀、球阀、筒形阀，发事故信号。负荷卸至空载后，再作用于跳闸、停机、灭磁： 1)机组过速； 2)机械事故停机时剪断销剪断； 3)机组前的压力钢管爆破(当有钢管爆破保护时)。 事故停机元件动作并记忆后，在事故消除并手动解除记忆以前，不允许再次开机。 当发生以下故障时，应发故障信号： 1)轴瓦、轴承油槽油、空气冷却器空气温度过高； 2)轴承油槽、各油箱油位不正常； 3)轴承冷却水中断； 4)水轮机顶盖水位过高； 5)水轮机主轴密封水压力降低； 6)剪断销剪断； 7)漏油箱、回油箱以及有油、水热交换装置的油槽中油混水； 8)制动系统气压降低； 9)制动闸在停机完成后未落下； 10)电调事故； 11)开停机未完成； 12)控制回路电源中断。 对于仅采用机械停机制动且不具备液压减载装置的混流及轴流式机组，在停机过程中，当转速下降至额定转速的25%35%时，应通过转速信号器打开电磁空气阀，向制动阀供气。待机组全停后，将制动阀复归。 对于采用电气和机械停机制动而不采用液压减载装置的混流及轴流式机组，宜设置制动方式选择开关，可选择电气、机械或混合停机制动。 1)选择电气停机制动时，投入制动的转速为额定值的50%60%； 2)选择机械停机制动时，投入制动的转速为额定值的25%35%； 选择混合停机制动时，投入电气停机制动的转速为额定值的50%60%，投入机械停机制动的转速为额定值的5%10%。 在发生电气事故的情况下，应闭锁电气停机制动，当转速降至额定转速的25%35%时，自动投入机械停机制动。 采用机械停机制动并具有液压减载装置的混流及轴流式机组，当转速下降至约90%额定转速时，应投入液压减载装置，转速下降至约15%25%额定转速时，应投入机械停机制动。机组全停后，应将各装置复归。 采用电气和机械停机制动并具有液压减载装置的混流及轴流式机组，宜设置制动方式选择开关，可选择电气、机械或混合停机制动。 1)选择电气停机制动，当转速下降至额定转速的90%时，应投入液压减载装置，转速下降至额定转速的50%60%时，应投入电气停机制动。 2)选择机械停机制动，当转速下降至额定转速的90%时，应投入液压减载装置；转速下降至额定转速的约15%25%时，应投入机械停机制动。 3)选择混合停机制动，当转速下降至额定转速的90%时，应投入液压减载装置；转速下降至额定转速的50%60%时，应投入电气停机制动；转速下降至额定转速的约5%10%时，应投入机械停机制动。 在发生电气事故的情况下，闭锁电气停机制动，按上述机械停机制动的程序，进行制动停机。 对装有弹性金属塑料瓦的混流及轴流式机组，不需装设液压减载装置。停机过程中，当转速下降至额定值的15%20%时，应投入机械停机制动。 对混流及轴流式机组，无论是否装有电气停机制动装置，都必须配置机械停机制动装置。 对处于发电运行状态的冲击式机组，发出停机命令脉冲后，停机元件应起动并记忆，通过调速器负荷调整机构减机组有功负载至额定负载的约10%，相应降低励磁电流，当定子电流降至额定值的约10%时，接通跳闸回路，跳开发电机断路器，然后通过负荷调整机构使机组针阀全关。当转速下降至额定转速的约70%时，制动喷嘴应投入；当转速下降至额定转速的约35%时，制动喷嘴切除，投入机械制动。机组全停后，停机元件复归，各部分恢复到准备起动状态，接通起动准备指示灯并关闭球阀。 对处于调相运行状态的混流式、轴流式机组，当发出停机命令脉冲后，停机元件应起动并记忆，先将机组转发电，而后按发电转停机程序停机。 当电力系统出现有功功率缺额时，水电厂中各种型式的机组，根据系统要求，按系统频率降低的程度，应能依次自动地将发电机组带满负荷，将调相机组转为发电运行，将作为系统事故备用的机组迅速起动并网发电。 剪断销、调相压水等交流控制回路，需经隔离变压器隔离并降至安全电压。 6 可逆式抽水蓄能机组的自动控制 可逆式抽水蓄能机组抽水工况的 电气起动方式 可逆式抽水蓄能机组抽水工况的电气起动方式应根据机组、电厂及系统的具体情况选择确定。 在各种运行方式下，起动任何一台机组所引起的过载，应在本机组(包括励磁装置)、其他机组、变压器及系统过载能力的允许范围内。 在各种运行状态下，起动任何一台机组所引起的系统控制点电压降落，应在所允许的范围内。 在各种运行方式下，起动任何一台机组不应破坏暂态过程的稳定性。 起动方式应尽量做到使接线简单、投资少、起动快。 为了降低起动过程的水力阻力矩，宜采用压缩空气压下转轮室水位，使转轮在空气中旋转加速。 为了减少起动瞬间的摩擦转矩，一般采用液压减载措施。 起动方式应经过技术经济比较选定以下各种之一：异步起动(包括异步全压起动和异步降压起动)、同轴小电动机起动及同步起动(包括背靠背起动和变频起动)。 当本厂或邻近发电厂装有能满足本厂抽水蓄能机组抽水工况背靠背起动要求的发电机时，本厂抽水蓄能机组应采用同步背靠背起动。 当全厂只设一套变频起动装置时，宜采用同步背靠背起动作为备用起动方式。 可逆式抽水蓄能机组的工况转换 应能以一个控制命令脉冲自动完成下列转换： 1)停机转发电； 2)发电转停机； 3)发电转发电调相； 4)发电调相转发电； 5)停机转发电调相； 6)发电调相转停机； 7)停机转抽水； 8)抽水转停机； 9)抽水转抽水调相； 10)抽水调相转抽水； 11)停机转抽水调相； 12)抽水调相转停机等。 当机组制造厂家允许在紧急情况下将机组从抽水工况直接转发电工况时，则机组的控制系统亦应能以一个命令脉冲完成这种变换。 除应能在中央控制室和机旁发出机组工况自动转换的操作命令外，还应能在现地控制盘对机组进行分步(或顺序组)操作，完成机组主要工况转换。 机组的自动控制一般采用可编程控制器或工业微机来实现，宜同时设有独立硬布线紧急自动停机回路。 开机顺序操作中，在进行发电(包括发电调相)或抽水(包括抽水调相)开机之前，需将电机主回路换相开关切换到相对应的发电或抽水的工况位置。 对于高水头的机组，一般都利用球阀作为导叶前的断水机构，在发电开机时，应在开启导叶之前先开启球阀；在发电及抽水停机时，关导叶后要关球阀。 机组开机时，在机组转动之前应投入液压减载装置，若液压减载不成功，则延时发出信号，并起动事故停机回路。 调相转停机操作中，应先开启转轮室排气阀，利用尾水的水压，将转轮室的空气排除。 与发电有关而与抽水无关的工况转换，可逆抽水蓄能机组抽水及抽水调相 工况的起动控制 机组抽水工况起动的一般过程应为： 1)选定机组起动方式及待起动的机组； 2)机组具备抽水运行条件； 3)投入机组的附属设备； 4)转轮室压水； 5)机组按选定的起动方式起动、并网。 至此，机组即进入抽水调相工况。机组起动需具备以下条件： 1)机组事故停机元件未动作； 2)断路器在跳闸位置； 3)未加制动； 4)电网频率在允许抽水范围内； 5)上、下池水位适宜于机组抽水运行。 机组转动前应投入如下的机组附属设备及作相应的准备： 1)投冷却水和润滑水； 2)投推力轴承油外循环泵； 3)投液压减载装置； 4)撤除大轴检修密封； 5)打开球阀上游密封。 机组转动前转轮室应压水：开启充气阀，向转轮室充气，当转轮室水位被压至转轮以下一定位置后，由装于吸出管的水位信号器关闭充气阀。然后，当水位升高时，则充气阀再打开，将水压下，重复上述压水过程，维持转轮脱离水面。当机组装有补气阀时，则补气阀与充气阀同时开启，在充气阀关闭后，由补气阀保持吸出管的水位在容许范围之内。 机组变频起动应按以下过程进行： 1)投机组起动用的励磁； 2)投变频起动用的控制回路； 3)投变频器电源开关； 4)投起动回路断路器，机组开始转动，当转速约为5%额定值时，变频器由强迫换相转为自然换相，当转速约为90%额定值时，由起动励磁切换到主励磁，投同期装置，同期装置的调速信号作用于变频装置，调压信号作用于励磁调节器。 机组背靠背起动应按以下过程进行： 1)拖动机组和被拖动机组都给上起动励磁； 2)投背靠背起动控制回路； 3)投背靠背起动主回路的隔离开关及断路器； 4)拖动机组按发电工况开机，但导叶按背靠背起动要求逐渐开启，两台机组同步起动； 5)当机组转速约为90%额定值时，两台机均由起动励磁切至主励磁上； 6)投入同期装置，它通过拖动机组的调速器调节机组的频率，通过被拖动机组的励磁调节器调节机组的电压，待满足同期条件时，投入被拖动的抽水机组的主断路器，被拖动机组进入抽水调相工况； 7)拖动机组解列停机。 机组异步全压起动应按以下过程进行：投主断路器，机组以异步电动机方式起动、升速，当滑差低于整定值时，投励磁，机组拉入同步而进入抽水调相工况。 异步降压起动一般采取利用主变压器低压侧中间抽头的半压起动方式。这种方式又分为以下两种方式，它们分别按以下过程进行： 1)并列后投励磁方式：投半压起动断路器，机组即起动升速，当滑差小于整定值后，切起动断路器，投主断路器，经延时投磁场断路器，机组即进入同步运行。 2)并列前投励磁方式：投半压起动断路器，机组即起动升速，当滑差小于整定值后，在励磁整定在低于空载额定值的情况下，投磁场断路器，机组被拖入同步，然后切起动断路器，投励磁调节器，经延时，使机端电压从半压向全压过渡，接近全压时，在允许同步的条件下投全压断路器。 同轴小电动机起动应按以下过程进行：起动前将液体变阻器的电极距离置于最大位置，在起动过程调整电极间距离使起动转矩基本维持恒定，当转速大于90%额定值时，投主机励磁，接着投自动准同期装置，通过电压调节器调整主机电压，通过调整电极的距离来调整转速，待同期条件满足时，投主断路器，然后切小电动机的电源和辅助回路。在起动过程中，为了降低小电动机转子所串接的液态变阻器的温度，开机前应投入冷却循环水泵。 机组从抽水调相工况进入抽水工况应按以下过程进行： 1)停止向转轮室充气：关闭转轮室充气阀和补气阀； 2)转轮室注水：打开转轮室排气阀，此时转轮室在尾水压力作用下，随着空气的排出，水位逐渐上升，直到转轮室充满水； 3)转轮室造压：转轮在水中旋转，转轮室压力逐渐建立，然后关闭转轮室排气阀，待转轮室压力达到零流量扬程值附近，则造压过程完成； 4)开始抽水：开启球阀到一定开度后，即将机组开度限制打开到抽水开度，球阀最后全开，导叶开到抽水位置并与扬程实现最优协联，机组即进入正常抽水工况。 机组从抽水工况转停机及直接转 发电的控制 机组由抽水工况转停机应按以下过程进行：在接到停机命令后，同时作用于关开度限制机构，关负荷给定装置到空载位置并起动调速器的停机电磁阀，使导叶迅速关闭。待导叶关至空载位置，跳开主断路器，与此同时关球阀，随后关旁通阀。 机组由抽水工况直接转为发电工况应按以下过程进行： 1)球阀及旁通阀自始至终保持开启状态； 2)工况变换之前，起动推力轴承液压减载装置； 3)通过关开度限制机构，使导叶全关(或关到残余开度)，在导叶关至某一开度(例如空载开度附近)跳主断路器，机组与系统解列； 4)跳断路器后，切磁场断路器并将换相开关切至发电工况； 5)当机组转速降至50%额定值或以下时，发出机组转发电命令； 6)经一定的延时，导叶重新开启至发电空载开度附近，机组转速迅速下降； 7)机组转速过零后向反方向转动，其余过程与发电开机程序相似。 7 机组辅助设备、全厂公用设备 的自动控制 一 般 规 定 当一个系统中有两台电动机且作互为备用运行时，电动机装在潮湿场所的，应按自动轮换起动设计；电动机装在非潮湿场所的，可按自动轮换或不自动轮换起动设计。 当一个系统中有三台或以上电动机时，应根据有关要求，设计自动控制接线。 油压系统的自动控制 作为快速闸门、蝶阀、球阀液压操作系统压力油源的油压装置，当每套设两台油泵时，应按互为备用或轮换起动设计。当压力油罐油压降至“降低”位置时，处于“自动”位置的油泵应自动起动；若油压继续降低，降至“过低”位置时，“备用”油泵应自动起动并发信号；当油压恢复正常时，即自动停止。油压过高或油压事故下降应发信号。 作为水轮机调节系统液压操作压力油源的油压装置，当每套设两台油泵时，应按互为备用或轮换起动设计。当压力油罐油压降至“降低”位置时，处于“自动”位置的油泵应自动起动；若油压继续降低，降至“过低”位置时，“备用”油泵应自动起动并发信号；当油压恢复正常时，即自动停止。若油压事故下降，应作用于事故停机并发信号，油压过高只发信号。 油压装置应采用自动和手动补气。自动补气由液位信号器与压力信号器来实现，当压力油罐油位上升至上限且油压低于额定值时，自动开启补气电磁阀向压力油罐补气；当油压上升至额定值以上或油位降至下限，则补气电磁阀应自动关闭，停止补气。 漏油泵的自动控制是用液位信号器反映漏油箱的油位来实现。当油位高时起动漏油泵，将漏油箱中的油注入回油箱；当油位降低至下限时，停止漏油泵。当油位过高时发信号。 当推力轴承油外循环系统设两台油泵时，在水轮发电机起动和运行中，应有一台油泵自动投入运行。如油流中断，应延时5力轴承外循环油中断和各轴承冷却水中断后延时停机的时间应在机组技术协议中规定。 机组起停过程中液压减载装置应在转速低于额定值的90%时投入工作。若每套液压减载装置设两台油泵，则正常情况下投液压减载装置时，应起动处于“自动”位置的油泵，经过一段延时后，若油压仍过低，应起动处于“备用”位置的油泵。机组全停后或开机过程中机组转速达额定值的约90%后，应自动停止液压减载装置的油泵。 在设有重力加油箱的电站，重力加油箱应设液位信号器，自动控制油泵自润滑油回油箱向重力加油箱供油。当装有两台油泵时，油位降至“降低”位置，应起动处于“自动”位置的油泵；油位降至“过低”位置，应起动处于“备用”位置的油泵；油位恢复正常，应停止油泵运行。 对要求“黑起动”的机组，与机组起动有关的关键设备(如液压减载装置至少有一台油泵电动机)应能由电厂直流电源驱动。 压缩空气系统的自动控制 低压压缩空气系统(作为机组制动、调相压水及密封围带充气等用途的气源)的控制应满足如下要求： 1)根据贮气罐气压自动起停相应的空压机，以保持气压在规定的范围内； 2)贮气罐气压过高、过低或控制电源消失时，自动发信号； 3)当空压机出气管温度过高时，除发信号外，并自动停止空压机； 4)空压机采用水冷却时，以其磁力起动器的辅助接点投入或关闭冷却水，运行中，水流中断发信号； 5)空压机起动时，打开排气管，使空压机空载起动，经一定延时自动关闭排气管，空压机转入正常运行； 6)空压机应按厂家规定定时排污； 7)在起动回路中，利用时间元件使多台工作空压机起动时间互相错开。 高压压缩空气系统(作调速器、蝶阀、球阀油压装置的供气气源)控制接线，当厂家有空载起动与定时排污要求时，厂家无上述要求时，其控制接线应删除相应部分。 高压配电装置操作用气系统的控制接线，应根据各自的具体情况及厂家资料进行设计。 机组水泵供水系统的自动控制 当采用单元供水方式时，水泵的控制应满足如下要求： 1)工作水泵随着机组的起动而自动起动，并在机组运行期间保持运行； 2)当供水总管的水压下降至整定值时，自动起动备用水泵并发出信号； 3)停机完成后，自动停止水泵。 当采用集中供水方式时，水泵的控制应满足如下要求： 1)工作水泵随着供水范围内任一台机组的起动而自动起动，并在机组运行期间保持运行； 2)当供水总管的水压下降至整定值时，自动起动备用水泵并发出信号； 3)供水范围内的所有机组停机后，自动停止水泵。 供水管路上的阀门应随机组的起动自动开启，随机组的全停而自动关闭。 排水系统的自动控制 当厂房渗漏集水井水位超过整定水位时，应自动起动工作水泵。若水位继续升高达备用水泵起动水位，则应自动起动备用水泵并发信号。当水位下降至正常水位，则应停止水泵运行。水位过高应发信号。 检修排水泵如有自动操作的要求，如果水泵要求起动前充水注润滑水，则应将这些操作在自动控制中实现，在水泵起动结束转入正常运行后延时停止充水或注水。 变压器冷却系统的自动控制 普通风冷变压器的负荷电流达到规定值时，应延时起动变压器风扇。 强迫油循环风冷变压器的自动控制应按以下原则设计： 1)每个冷却器设有一台潜油泵及数台风扇电动机，以切换开关位置来选择冷却器的工作状态(工作、断开、辅助、备用)； 2)投入变压器时，工作冷却器随着自动投入； 3)变压器负载超过75%额定容量或顶层油温达到规定值时，自动投入辅助冷却器。当变压器顶层油温在规定值上、下波动时，为了避免辅助冷却器频繁地切投，另设比规定值低5的温度信号器接点的自保持回路； 4)运行中的工作冷却器或辅助冷却器发生故障时，备用冷却器自动投入，故障消除后，备用冷却器自动退出； 5)变压器负载减至规定值时，自动切除辅助冷却器；变压器切除时，全部冷却器停止运行； 6)冷却器系统由两个交流电源供电，备用方式由切换开关位置决定，当工作电源发生故障时，自动投入备用电源并发信号，延时断开变压器各侧断路器； 7)冷却系统在运行中发生故障时，自动发信号。 般还应满足以下原则： 1)工作冷却器投入前必须先建立油压，在反映已建立油压及油流的信号器动作后，自动打开工作冷却水电磁阀； 2)运行中油压应始终高于水压，若油压下降或水压升高，其压差小于整定值时，差压信号器作用于退出故障冷却器，投入备用冷却器，同时发出信号。 如果制造厂无上述两点要求，则设计中不考虑。 8 非电量监测 机组各轴承的瓦和油、空气冷却器的冷风和热风、推力外循环系统的油管和水管以及发电机定子线圈和铁芯等各点，均应设置100铂电阻测温元件，并选择以下方式之一测量温度： 1)利用计算机进行温度巡检； 2)未设置计算机监控系统的，宜配置温度自动巡检装置。 个轴承还应设置2个或4个100铂电阻测温元件，接到带触点的温度信号器，在轴温度高于第一上限时发报警信号，高于第二上限时作用于停机。 应设置水轮机过机流量测量装置，并可在现地和远方显示流量。 应设置各轴承支架振动和大轴摆度的测量装置，并可在现地和远方显示振动和摆度。 变压器应采用温度信号器测量其油面温度，当温度达到第一上限时应发信号或起动冷却装置，达到第二上限时变压器应退出运行。 大型变压器应设测温电阻，用以远方监视、测量变压器的油面温度。测温电阻采用100铂电阻。 水电厂上、下游水位应装设远方测量装置。对于大型水电厂或水头变化较大的水电厂，每台机组还应装设水头远方测量装置。 水电厂拦污栅应装设差压监视装置，当由于局部阻塞造成差压增高达限定值时应发信号。 有局部开启要求的闸门应装设闸门位置远方测量装置。 监测元件应满足与计算机监控系统接口的要求。所有经过变送器转换后而测量的非电量，除应在现地显示外，还应有40至计算机监控系统。 9 励磁系统及电制动设备 励磁系统的选择 励磁系统应满足发电机及电力系统不同运行工况和事故情况下的要求。 励磁系统应优先选用自并励静止整流励磁方式。 静止整流励磁系统的有关参数及技术条件，应符合583的有关规定。 励磁系统主回路 晶闸管整流单元宜选用三相全控整流桥。 晶闸管桥交流侧宜装设负荷开关，其直流侧宜装设隔离开关。 压互感器应装设断线保护装置，其二次侧不应装设熔断器。 晶闸管整流元件冷却方式宜选用强迫风冷。对于大型机组，可采用密闭强迫风冷系统。冷却设备电源应设置两路，互为备用。 自并励励磁系统一般设以下电气测量项目： 1)转子电流； 2)转子电压； 3)晶闸管桥输出电流； 4)晶闸管桥输入电压； 5)晶闸管桥输入电流； 6)发电机定子电压。 测量表计的设置数量，应满足晶闸管桥交流电缆按下述原则选择： 1)晶闸管桥交流电缆工作电流按下式估算 I(r发电机额定励磁电流，A。 2)晶闸管桥交流电缆宜选用三芯电力电缆，并保证引至各晶闸管桥的电缆长度相等。 励磁主回路直流电缆的工作电流按发电机最大持续励磁电流考虑，电缆允许的最高工作电压应不低于发电机最大持续励磁电压。 励磁主回路正、负极电缆应采用铜芯电缆，严禁正、负极合用一根电缆。 励磁变压器宜选用防潮干式变压器，升为80K；根据使用条件和容量要求，选用三相式或单相式变压器。励磁变压器的容量可按下列公式估算 Spp励磁系统顶值电压，V； 发电机最大持续励磁电流，A。 励磁变压器宜采用自冷方式，在自冷方式不能满足变压器冷却要求时，采用强迫风冷。 励磁变压器原边和副边之间宜设置接地屏蔽层。 励磁回路灭磁及保护设置要求 励磁系统应装设自动灭磁装置，可采用线性电阻或非线性电阻或消弧栅灭磁方式。非电气事故情况下，采用逆变方式灭磁。 采用线性电阻放电的灭磁方式时，其灭磁电阻约为发电机转子绕组热态电阻值的45倍，通流容量为发电机励磁电流的10%20%。 采用非线性电阻放电的灭磁方式时，非线性电阻的工作能容量按机组内部三相短路和空载强励两种情况励磁回路产生的磁能考虑，其耗能容量按不超过工作能容量的80%核定。 采用消弧栅灭磁方式时，应设转子保护电阻，其电阻值为发电机转子绕组热态阻值的45倍；通流容量宜为发电机额定励磁电流的5%20%。 晶闸管整流元件应设以下类型的保护： 1)交直流侧操作过电压保护； 2)晶闸管整流元件换相过电压保护； 3)过载及直流侧短路或元件本身短路的过电流保护。 励磁系统应装设转子回路过电压保护装置。过电压保护装置可采用非线性电阻、晶闸管跨接器等型式。 起励方式和起励电源 水轮发电机组宜采用他励起励方式。起励电流为发电机空载励磁电流的10%20%。 起励电源可以采用蓄电池，也可以采用厂用交流电经整流后供给。对于有“黑起动”要求的电站，应选用蓄电池起励方式。 电气停机制动 发电机采用电气停机制动宜选用三相直接短路方式。 电气停机制动的励磁电源可采用以下三种方式获得： 1)设置单独的电气停机制动的励磁电源变压器，电源取自厂用电； 2)与机组励磁系统合用三线圈励磁变压器，