水电站自动化课程设计

1、水电站自动化课程设计目 录第一章 基本资料及任务 2一 基本资料 2二设计任务 2三设计要求 2第二章 电站供水系统图设计 3一. 供水系统的分类 3二. 供水系统用水对象 3三技术供水要求 3四技术供水系统的组成 4五供水系统设计原则 5六. 技术供水系统设计的基本要求 5七. 该电站供水系统的设计说明 6第三章 供水系统自动控制电气原理图设计 7一循坏水池供水装置的自动控制装置及操作过程 7二高位水池水塔供水装置的自动控制装置及操作过程 9第四章 电站快速闸门操作机械系统图设计 11一快速闸门的作用及技术要求 11二快速闸门的自动控制机械图的设计 11第五章 电站快速闸门自动控制电气原理图

2、设计 12一.快速闸门的自动控制过程 12二快速闸门的自动控制电气接线图的设计 13第六章 课程设计总结 15参考文献 16附录 17第一章基本资料及任务.基本资料某一渠道引水式水电站，设计水头 Hr=15.2m,发电引水泥沙含量较大，电站 装机2X2 000kW电站站址处地下水丰富，但埋深较深，电站为循环技术供水方 式，电站与生活区紧邻，并设有一生活供水水塔。发电机无机组消火供水要求， 机组技术供水为上导、下导与水导位置，电站所用水泵均为潜水泵。该电站为单 元供水，快速闸门为液压操作，油压装置共用一套。二. 设计任务1作出该电站供水系统图。2作出该电站快速闸门操作机械系统图。3. 设计该电站

3、供水系统自动控制电气原理图（展开图）4. 设计该电站快速闸门自动控制电气原理图（展开图）5. 论述供水系统与快速闸门自动控制操作过程。三. 设计要求A3画图，设计报告书写规范，所有设备不选型第二章 电站供水系统图设计一 供水系统的分类水电站的供水系统包括技术供水、消防供水和生活供水三大部分。技术供水 主要是对运行的机组及辅助设备进行冷却和润滑（现基本改为油润滑）；消防供 水是为厂房、发电机、变压器及油库等提供消防供水，以便发生火灾时进行灭火； 而生活供水主要是指厂区内生产人员用水。对于本次是电站的供水系统，主要是以技术供水为主，其他供水只是在供水的基 础上的供水。二.供水系统用水对象1）机组轴

4、承冷却器由已知参数可知，该电站采用的是轴流式机组，机组技术供水部位为上导、 下导与水导。2）厂内生活用水厂内存在少量而又必须的生活用水，满足运行人员需要。3）厂房消防用水水电站中有各种各样的易燃物，所以，在运行中除加强防范外，还应采取有 效的防火措施。用水灭火具有效果好，费用低，方便量足和易得的优点。所以， 水电站都设有防火供水系统，专门供厂区、厂房和油系统等的消防用水。因为该 电站发电机无机组消火要求，故不必考虑机组消防供水。.技术供水要求技术供水主要是对谁的水质、水量、水温和水压四个方面用水设备的要求。1）水质技术供水的水质要求，主要是限制水内的机械杂质、生物杂质和化学杂质的 含量，通常包

5、括悬浮物、泥沙和有机物及机水生物。2）水量用水设备所需水量由制造厂家给定。3）水温通常，各种冷却器均已入口水温25C作为设计标准。当入口水温高于25C时, 必须采用特殊设计的冷却器或者增加冷却水量。如果入口水温常年低于25C时,则可以适当减少水量。应该注意的是，冷却器温度也不能过低，一般要求入口温 度不低于4C。水温过低会使冷却管长度方面温度变化过大，产生温度应力，甚 至由此产生裂纹而破坏。低温水管接触还会发生外壁结露，这是设备运行所不允 许的。4）水压进入用水设备的水必须保持一定的压力，不同用水设备的水压不同。压力过 低不能维持要求的流量；压力过高则可能使冷却器或设备破坏。四. 技术供水系统

6、的组成水轮发电机组技术供水系统是由四部分组成，分别是水源选取、水质处理设 备、供水管道系统、测量和水力旋流器等。1）水源选取一般从电站所在的河流或水库中取得，以分为从上游取水和从下游取水两大 类。从上游取水可以利用电站的水头取水， 根据电站具体条件不同，可以分为蜗 壳取水、压力钢管取水和坝前取水三种。下游取水则是在上游取水不能满足要求， 或者上游取水在能源利用方面很不合算时，可以从下游尾水抽取技术用水。当河 水不符合要求时，河水的不符合要求主要是指河水中含沙量过大， 而且含有水生 物和有机物质，可有地下水源取得。必须设置不同形式的备用水源，以保证供水 可靠。采用地下水源时，一般通常由水泵抽取，

7、因而投资和运行费用较高。2）水质处理设备机组用水设备对水质要求，主要是限制水内的机械杂质、生物杂质和化学杂 质含量。化学杂质清除较为难，需要的设备和费用较高，中小型电站不进行。3）供水管道系统一般采用不同直径水煤气钢管。4）测量和控制元件为保证技术供水系统安全、正常、可靠地运行而设置的两侧仪表及控制元件。 这些元件为控制水电站的正常运行时必要的， 而且能够更好地完成水电站的自动 控制运行工作。五. 供水系统设计原则（1）供水可靠供水系统应该保证各个用水设备对于水量，水压，水温和水 质的要求，在机组的运行期间，不可以中断供水。（2）便于安装，维护和操作。技术供水系统管网应该组成简单设备与管件 链

8、接布置合理，方便运行和检修。（3）满足水电自动化操作的要求，应该具有适应电站水平的自动化装置， 实现对于供水系统的自动操作，控制和监视。（4）节省投资与运行的费用。应该满足电站的建设以及运行的经济要求, 舍得设备的投资和运行维护费用最少。六. 技术供水系统设计的基本要求（1）供水系统应有可靠的备用的水源，取水的水源至少应该有两路如采用 水泵供水有无其他的备用水源的时候，应该有并联而且可以自动启停的备用水 泵。贯穿全厂的供水干管应该有分段的检修的措施，可以分为单管，双管以及环管管路上选用的示流信号器应该为双向的工作式。（3）每一台机组的供水干管应该装置可以自动操作的工作阀门，并应该装 设手动旁路

9、切换检修的阀门，装有自动的减压阀，顶盖取水的供水系统，在减压 阀，顶盖取水应该装设安全阀或其他的拍之下有的安全泄水的措施，以保证用水设备的安全，并在减压阀以及射流泵前后装设监事用的接点压力表。（4）对于多泥沙的河流电站，可以考虑水力旋流器，沉淀池等方案，再经 果技术经济分析之后选取。机组的各个冷却器的进水管道口附近应该设置有阀门 以及压力表，当出水管有可能出现负压的时候，则应该设置真空表。（6）各个轴承冷却器的排水管上应该装设示流信号器，便于测定各个用水 设备的所通过的冷却水量，在有关管路合适的管段上应该装设示流器。（7）采用水泵使用方式的时候，应该采用单元供水系统，每一个单元应该 设置一个到

10、两个工作水泵，一台备用泵，水泵的出水管应该装有逆止阀以及闸门, 水泵的吸水管侧路和出水管侧应该分别装有真空表以及压力表。（8）水冷式的空压机进水管道上给水阀门应该自动的启动，阀后设压力表,排水管上设置有示流信号器七. 该电站供水系统的设计说明该渠道引水式水电站，设计水头15.2m,若技术供水采用上游自流供水方式， 则水压小于用水设备所需压力（如机组冷却需要水压 0.2MPa）,再加上水流的 沿程和局部损失，到用水设备处的水压力更低，无法满足用水要求。由于该水电站的发电引水泥沙含量较高，若技术供水采用下游水泵供水方式， 则需要布置水处理设备，设备投资大，运行费用高，且下游供水可靠性差，尽管 考虑

11、了备用设备，但当失去电源时，仍使供水中断。故采用下游水泵供水方式不 可取。考虑该水电站站址处地下水埋深较深，技术供水可结合生活用水及消防用水 共同选用地下水源，由于水压问题，这里需要用泵进行加压，以提高扬程，满足 用水设备的水压要求。当采用地下水源供水时，由于取水造价较高，且为了满足 循环供水的要求，技术供水应设有足够大的蓄水池。综上，根据电站的实际的情况，系统从地下水取用，采用两台潜水泵供水，并且 设置一个水塔，即可以作为电站的消火供水的备用水源用水， 由于电站的地下水 的水质比较好，那么可以考虑从水塔取水，供给日常的生活用水，管路上装置有 止回阀，以免输水系统发生故障的时候， 冷却水倒流。

12、但是由于地下水的埋深比 较深，因此对于机组的技术供水采用循环水池。系统中采用两台泵从循环水池中 抽水给两台机组作为技术供水用。这种供水方式的设计，系统简单，运行灵活， 可靠，设备分散布置在地面上，安装运行以及维护都十分方便。 水头良好的中小 型电站经常采用。选定水电站的水源和供水方式之后，则要恰当选择确定设备配置的供水方式， 设备配置的供水方式包括集水供水、单元供水和分组供水等三种。根据所给资料 水电站增效扩容的单机容量和机组台数，就可以确定设备配置的供水方式。本水 电站的单机容量为2000kW 一共两台机组，据此可以确定设备配置的供水方式 为集水供水方式。该电站供水系统图见附录1。17第三章

13、 供水系统自动控制电气原理图设计机械图见供水系统图附录1,自动控制电气原理图见附录2。一.循坏水池供水装置的自动控制装置及操作过程1.循环水池自动控制装置循环水池中设置有一个水位信号器，用于检测循环水池的水位，也是设置有 溢流阀以及排污阀的。安装有两台水泵，通过止回阀压力信号器供水给一号机组 以及二号机组。同时，供给一号机组的水是由电磁阀 2DCF控制的，供给二号机组的水是由 电磁阀3DCF控制的。供水对象为上导轴承，下导轴承以及水导轴承，然后水通 过管路流到循环水池。2 循环水池自动控制过程(1).循环水池补水换水操作 自动补水如图附录2 (a)，当循环水池的水位到达补水水位的时候，2BF1

14、接通，使得1DCF励磁，1DCF1自保持。使得高位水池的水靠自流流入循环水池， 打水开始。当循环水池中的水位达到上限水位 (及正常水位)的时候，水位信号器2BF2 断开，1DCF失磁，使得高位水池的水靠停止流入循环水池，打水结束。当水位 依然继续下降到达时，手动打开并联阀门，通过两路补水同时发出信号，当水位 达到正常水位后，1DCF失磁，关闭并联阀门，停止补水。当水位继续上升时， 水位上升到排水水位时，按下按钮 SB1，从而手动断开补水回路。同时多余的水 通过溢水阀门排入集水箱。 手动补水此时，循环水池的水位不是由水位信号器检测的，而是由电站的运行人员监 测的。当循环水池的水位到达下限的时候，

15、 此时有运行人员将供水给循环水池的 管路上与电磁阀并联的常闭阀门打开，供水给循环水池。当水位达到上限的时候， 关闭阀门，停止打水。 手动换水当需要换水时，手动打开电磁阀4DCF,换水结束后，手动关闭电磁阀4DCF。(2) .循环水池水泵操作 自动操作假设1#水泵为工作泵，2#水泵为备用水泵。将1#水泵前的开关1QC打到自动位置，当1#机组要开机的时候，1#开机继 电器1KST励磁。1KST1闭合使得2DCF励磁，1#机组供水的电磁阀2DCF打开。 同时，1KST2闭合使得1KAM励磁。1KAM 1闭合，1MF励磁。通过1MF2自保 持，1MF励磁1MFa，b，c闭合，1M励磁，1#水泵供水给1

16、#机组。当要关闭 1#机组的时候，关机继电器1KSTP励磁，1KSTP1断开，发出1#水泵关闭信号。 但是1#泵是否关闭还要看2#机组的运行状态。当2#机组在运行时，其关机继电 器不励磁，泵不关闭。但当 2#机组停止运行时，处于停机状态，2KSTP励磁， 2KSTP1断开，1MF失磁。即水泵停止给1#机组供水。将1#水泵前的开关打到自动位置，当 2#机组要开机的时候，2#开机继电器 2KST励磁。通过2#机组外输接点2KST1闭合使得3DCF励磁，使得2#机组供 水的电磁阀打开，同时1KAM 励磁，1KAM 1闭合，1MF励磁。通过1MF2自保 持，1MF励磁1MFa，b，c闭合，1M励磁，1

17、#水泵供水给2#机组。当要关闭 2#机组的时候，关机继电器2KSTP励磁，2KSTP1断开，发出1#水泵关闭信号。 但是1#泵是否关闭还要看1#机组的运行状态。当1#机组在运行时，其关机继电 器不励磁，泵不关闭。但当1#机组停止运行时，处于停机状态，1KSTP励磁， 1KSTP1断开，1MF失磁。即水泵停止给2#机组供水。 备用投入将1#水泵前的开关打到自动位置，将2#水泵前的开关打到备用位置。当1#机组要开机的时候，当管道的压力小的时候， 1BP1闭合，同时1BP2闭 合，发出压力过低的信号，1SL灯亮。使得2KAM 励磁，通过2KAM 1自保持， 2KAM2闭合，2MF励磁，2MF励磁使得

18、2MFa，b，c闭合，2MF 1自保持。2M 励磁，2#备用水泵供水，发出信号。当要关闭1#机组的时候，关机继电器1KSTP励磁，1KSTP1断开，发出1# 水泵关闭信号。但是1#泵是否关闭还要看2#机组的运行状态。当2#机组在运行 时，其关机继电器不励磁，泵不关闭。但当 2#机组停止运行时，处于停机状态， 2KSTP励磁，2KSTP1断开，1MF失磁。即水泵停止给1#机组供水。当2#机组要开机的时候，其控制过程同1#机组。 手动操作此时，当1#或者是2#机组开机的时候，将1QC或者是2QC切换至手动位置,1MF励磁1MFa, b, c闭合，1M励磁，1#水泵工作，或者是 2MF励磁，2MF

19、励磁2MFa，b，c闭合，2M励磁，2#水泵开始工作。此时输水管道的压力不是 由压力信号器监测的，而是由运行人员监测的，当压力过高时，停机。当1#或者是2#机组要停机时，按照停机步骤将机组正常关闭后，将1QC或者是2QC打到OFF的位置，停止供水。 信号回路备用泵起动信号回路：当备用水泵启动的时候，1SL灯亮，提示运行人员。供水管道压力过低信号回路：当供水管道的水压过低的时候，1BP2闭合，2SL 灯亮，提示运行人员。对于1#或 2#机组用水对象上导轴承，下导轴承，水导轴承分别设置对应各 自示流信号器，当没有水流过时，发出提示信号。二.高位水池水塔供水装置的自动控制装置及操作过程1 水塔自动控

20、制装置向水塔供水的过程，可以分自动控制过程，备用投入和手动操作过程能将供 水完全自动。供水系统图中，设计两台水泵从水井中先抽水至高位水池，水泵出水管路上 先是安装有止回阀，防止停泵的时候水倒流。再装有滤水器，以过滤水，通过压 力信号器及滤水器之后的压力信号器的压差判断滤水器是否需要清洗。通过1BF完成向高位水池水塔的供水控制，在高位水池上设置有溢水管，通过常开阀门排 向下游，在高位水池上设置有排污阀。同时，也是设置有另外的一个支管，通过电磁阀 1DCF供水给循环水池。2.水塔自动控制过程(1).自动操作如图附录2( b)，此时应将3QC切换到自动位置(3M为工作)。当高位水池 水位下降到工作水

21、泵起动水位时，浮子信号器接点1BFi闭合，使继电器3KAM励磁，其接点3KAM i闭合，使磁力起动器3MF励磁，从而使3#水泵电动机3M 起动，向高位水池供水，3MF2闭合，自保持。高位水池水位到达停泵水位时， 1BF的接点1BF3闭合，使5KAM励磁，其动断接点5KAM i打开，不再向高位 水池供水，3M即停止运转。如果水位再次下降，则重复上述操作过程，从而自 动维持循环水池水位在规定的范围内。（2）.备用投入当高位水池水位下降到备用水泵起动水位时， 浮子信号器接点1BF2闭合，使 继电器4KAM励磁，其接点4KAM1闭合，由于已经将4QC切换到备用位置（4M 为备用），使磁力起动器4MF励

22、磁，从而使4#水泵电动机4M起动，向高位水池 供水，4MFi闭合，自保持。以下动作与自动控制相同，不再重复。当备用泵启 动时，发出信号。（3）.手动操作此时高位水池的变化不是靠浮子液位信号器 1BF来监视，而是由人工监视。 当水位降低到规定值时，值班人员可将3QC或4QC切换到手动位置，直接使3MF 或4MF励磁，从而起动3M或4M，以下动作与自动控制相同，不再重复。（4）.信号回路备用泵起动信号回路：当备用水泵启动的时候，3SL灯亮，提示运行人员。第四章 电站快速闸门操作机械系统图设计一.快速闸门的作用及技术要求快速闸门的操作必须满足下列要求： 快速闸门的正常提升和关闭，且提升时应满足充水开

23、度要求； 机组紧急事故时，应在数秒内自动紧急关闭闸门； 闸门全开后，若由于某种原因使闸门下降到一定位置， 则应自动将闸门重新提 升到全开位置。二.快速闸门的自动控制机械图的设计由于该电站为单元供水，有两台机组，故需要两个快速闸门，快速闸门为液 压操作，且油压装置共用一套。所以用两个电磁阀控制两个闸门的开启与关闭过 程。快速闸门的机械图见附图3。第五章 电站快速闸门自动控制电气原理图设计快速闸门的自动控制电气原理图见附图 4。一.快速闸门的自动控制过程设计的自动控制机械图如附图 4所示，选用两台油泵1M以及2M，两个电 磁阀1DCF以及2DCF,两个起动阀1YV以及2YV。总有路上设置有一个压力

24、 信号器2BP,用于检测总油管的压力。具体操作的过程叙述如下：当1号闸门需要提的时候，发出信号，电磁阀 1DCF开启。同时发出信号给 1号或者是2号油泵，当油上升到一定值的时候，使得起动阀 1YV延时打开， 给油给1号闸门，闸门上升。当闸门提到充水位置的时候，考虑到 2号机组的工作情况，此时应该把1号 机组前的电磁阀1DCF关闭，同时发出关闭油泵的信号，但是油泵是否关闭，还 要看2号机组的工作情况。充满水之后，发出信号，使得其前的电磁阀1DCF打开，同时发出开泵信号， 油泵把压力油给1号闸门，闸门继续向上提升，当达到全开的位置的时候，发出 提示的信号，同时把1号机组前的电磁阀1DCF关闭，同时

25、发出关闭油泵的信号， 但是油泵是否关闭，还要看2号机组的工作情况。当1号闸门由于某种原因下降200毫米的时候，使得把1号机组前的电磁阀 1DCF开启，同时发出开启油泵的信号，油泵把压力油给 1号闸门，闸门继续向 上提升，当达到全开的位置的时候，发出提示的信号，同时把1号机组前的电磁 阀1DCF关闭，同时发出关闭油泵的信号，但是油泵是否关闭，还要看 2号机组 的工作情况。当1号闸门由于某种原因下降200毫米的时候，使得把1号机组前的电磁阀 1DCF开启，同时发出开启油泵的信号，油泵把压力油给 1号闸门，但是由于某 种原因，闸门并未上升，当下降到300毫米的时候，发出信号开启备用泵，供油 来提升闸

26、门，同时发出提示信号，告诉运行人员，备用油泵开启，当闸门达到全开的位置的时候，发出提示的信号，同时把 1号机组前的电磁阀1DCF关闭，同 时发出关闭油泵的信号，但是油泵是否关闭，还要看2号机组的工作情况。2号闸门的设计的系统图动作过程也如同 1号闸门的动作过程。二.快速闸门的自动控制电气接线图的设计结合快速闸门的控制的要求，设计的电气控制接线图如附图5所示。现在假设1号油泵为工作油泵，2号油泵为备用油泵。1闸门的正常提升当1号闸门需要提的时候，按下按钮1SBi或者是将1SA切到提升的位置， 使得电磁配压阀1YDVo励磁，1YDV打开，其动合接点1YDV3闭合，使得1DCF 励磁，1DCF1闭合

27、使2K励磁，2K1闭合。由于1QC预先已经切换到自动位置， 故磁力起动器1MF励磁，1#油泵电动机1M起动，油泵开始打油。1MF1闭合后 使1KT励磁，经过一定延时，1KT1闭合，使起动阀1YV励磁，起动阀开启， 由于压力油进入，闸门开启。当闸门提到充水位置的时候，行程有关接点1ST1断开，使得1DCF失磁，发出停泵的信号，但是油泵不一定停止，还要考虑到2号机组的工作情况。当充水充满之后，1BP闭合，使得1DCF励磁，1DCF1闭合，发出开泵信号。 闸门提升，当达到全开的位置的时候，1ST3断开,使得1DCF失磁，发出停泵的 信号，但是油泵不一定停止，还要考虑到 2号机组的工作情况。这个时候

28、1ST6 闭合，1RD1以及1RD2亮灯，发出闸门全开的信号。2号闸门的控制回路操作过程同1号闸门。2闸门的正常关闭当1号闸门要关闭闸门的时候，按下 1SB2或者是把1SA打到降的位置， 1YDVC励磁，电磁配压阀关闭，闸门失去油压后靠自重下降至全关位置。闸门 关闭后，1ST5断开，继电器4K失磁，故点亮闸门全关位置绿色指示灯1GN ,2GN。2号闸门的控制回路操作过程同1号闸门。3闸门的自降提升当1号闸门提到全开位置之后，由于某种原因，下降到200毫米的时候，1ST4 闭合，使得1DCF励磁，1DCF1闭合使2K励磁，发出开泵信号，使闸门重新提 升到全开位置。若由于某种原因，闸门不提升，当下

29、降到 300毫米的时候，1ST2闭合，使5K励磁，其接点5Ki闭合，使1K励磁，1Ki闭合。由于2QC已经处 于备用位置，故使2MF励磁，备用泵电动机2M即投入工作。此时，由于2MF2, 和1K2闭合，起自保持作用，1K继续励磁。与此同时，2MF1闭合后使2KT励 磁，2KT1延时闭合接通2YV，将闸门重新提升到全开位置。当达到全开的位置 的时候，1ST3断开,使得1DCF失磁，发出停泵的信号，但是油泵不一定停止， 还要考虑到2号机组的工作情况。这个时候1ST6闭合，1RD1以及1RD2亮灯， 发出闸门全开的信号。若这时油压下降，则油缸的油压监视压力信号器3BP将动作，3BP1闭合使2KS励磁

30、而发出警报信号。2号闸门的控制回路操作过程同1号闸门。4闸门的紧急关闭如果水轮机的导叶或调速系统发生事故，要求快速关闭闸门，此时2KAS励磁，2KAS1或2KAS2闭合，使1YDVc或2YDVc励磁，以后的动作与上述闸门 的正常关闭相同，故不再重复。2号闸门的控制回路操作过程同1号闸门。5 信号控制回路 当油箱的油位不正常，BF1或BF2动作，使1KS励磁，1KS1闭合，1SL 亮，提示运行人员； 当1号或2号闸门油缸的油压过低的时候，3BP1或5BP1闭合，使得2KS 励磁，2KS1闭合，2SL亮，提示运行人员； 当备用油泵起动的时候，3KS励磁，3KS1闭合，3SL灯亮，提示运行人 员；

31、当总油管的压力过高的时候，2BP动作，2BP1闭合使3KT励磁，其延时 接点3KT1闭合使得3K励磁，其接点3K1或3K2断开，使得1MF或2MF失磁， 1M或2M停转，而3K4闭合使得4KS励磁，4KS1闭合，4SL亮，提示运行人员； 当交流电源故障的时候，2KMK1闭合，5SL灯亮，提示运行人员； 1号或2号闸门全开时，1RD1, 1RD2或2RD1, 2 RD1灯亮，1号或2号闸门全关时，1GN1， 1GN2或2GN1，2 GN灯亮。第六章课程设计总结水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志之一，同时，自动化又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。 随着机组容量的不断增大，自动化技 术对水电站的安全运行起着越来越重要的作用。水电站自动化包含这广泛的内 容，综合了许多学科的内容。随着电子技术的发展和各种新型自动装置的不断被 采用，水电站自动化技术得到了迅速的发展， 从而使水电站自动化水平得到了很 到的提高。近几十年，随着电子计算机的广泛应用，水电站自动化技术得到了一 个新阶段。通过本次水力机组辅助设备的课程设计， 我收