检测和自动化技术在水力发电厂的应用

1、检测和自动化技术在水力发电厂的应用一）水电站检测与自动化概述1. 水电站检测与自动化的作用 水电站的检测与自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人或少人）直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。水电站自动化程度是水电站现 代化水平的重要标志，同时，自动化技术又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。 水电站自动化的作用主要表现在以下几个方面：1 ）提高工作的可靠性：水电站实现检测与自动化后，一方面可通过各种自动装置快速、 准确、及时地进行检测、记录和报警，既可防止不正常工作状态发展成事故,又可使发生事故的设备免遭更严重的损坏，从而提高了供电的可靠性。另一方面，通过各种

2、自动装置来 完成水电站的各项操作和控制 如开停机操作和并列），不仅可以大大减少运行人员误操 作的可能，从而也减少了发生事故的机会；而且还可大大加快操作或控制的过程，尤其在 发生事故的紧急情况下，保证系统的安全运行和对用户的正常供电，具有非常重大的意 义。2 ）提高运行的经济性：水电站实现自动化后，可根据系统分配给电站的负荷和电站的具 体条件，合理地进行调度，保持高水头运行，同时合理选择开机台数，使机组在高效率区 运行，以获得较好的经济效益。如何实现各电站合理最优调度，避免不必要的弃水，充分 利用好水力资源，对于梯级电站来说尤为重要。此外，水电站通常是水力资源综合利用的 一部分，要兼顾电力系统、

3、航运、灌溉、防洪等多项要求，经济运行条件复杂，单凭人工 控制很难实现，实现自动化以后，将有助于电站经济运行任务的实现。特别是对于具有调 节能力的水电站，应用电子计算机不但可对水库来水进行预报计算，还可综合水位、流 量、系统负荷和各机组参数等参量，按经济运行程序进行自动控制，大大提高运行的经济 性。<3 ）保证电能质量：我们知道，电压和频率作为衡量电能质量好坏两项基本指标。电压正常偏移不超过额定值的 犬，频率正常偏移不超过额定值的 ±）.20.5 HZ。电压或频率的的稳定主要取决于电力系统中无功功率和有功功率的平衡。因此要维持系统电压和频率在 规定范围内，就必须迅速而又准确地调节

4、有关发电机组发出的有功和无功功率。特别是在 发生事故的情况下，快速的调节或控制对迅速恢复电能质量具有决定性的意义，而这个过 程，单纯靠手动操作，无论在速度方面还是在精度方面都是难于实现的，只能借助于自动 装置来完成。可见，提高水电站的自动化水平，是保证电力系统电能质量的重要措施之一。<4）提高劳动生产率、改善劳动条件：水电站大多地处偏僻山区，远离城镇，职工长期生 活在较差的环境之中。水电站实现自动化后，很多工作都是由各种自动装置按一定的程序 自动完成，用计算机监控系统来代替人工操作及定时巡回检查、记录等繁杂劳动，大大改 善运行人员的工作和生活环境，减轻了劳动强度，提高了运行管理水平。同时

5、还可减少运 行人员，实现无人值班 <或少人值守），提高劳动生产率，降低运行费用和电能成本。2 .检测与自动化在水电站中的内容检测与自动化在水电中的内容，与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、水电 站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的来说， 其主要包括以下几个方面：<1）完成对水轮发电机组运行方式的自动控制：一方面，实现开停机和并列、发电转调相 和调相转发电等的自动化，使得上述各项操作按设定的程序自动完成；另一方面，自动维 持水轮发电机组的经济运行，根据系统要求和电站的具体条件自动选择最佳运行机组数， 在机组间实现负荷的经济分配，根据系统负

6、荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此 外，在工作机组发生事故或电力系统频率降低时，可自动起动并投入备用机组；系统频率 过高时，则可自动切除部分机组。<2 ）完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视：如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等。出现不正常工作状态或发生事故时，迅速而自 动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。<3 ）完成对辅助设备的自动控制：包括对各种油泵、水泵和空压机等的控制，并发生事故 时自动地投入备用的辅助设备。<4 ）完成对主要电气设备 &l

7、t;如变压器、母线及输电线路等）的控制、监视和保护。<5 ）完成对水工建筑物运行工况的控制和监视：如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视，上下游水位的测量监视，引水压力管的保护< 指引水式电站）等。<二）水电站检测与自动化技术的发展随着科学技术的高速发展，电子计算机在各个领域得到广泛应用，一种模块化的基于现场 总线的水电站计算机监控系统出现，逐步取代了传统的以常规控制、人工操作为主的控制 模式，大大提高水电站的自动化程度，实现水电站 “无人值班，少人值守 ”。1. 系统构成：采用了计算机、可编程序控制器<PLC ）或智能 I/0 、微机继电保护装置和专用智能测

8、控装置，通过标准以太网、现场总线将主控机与各个现地控制站、智能装置等有 机连接在一起，构成了按功能分工协作的分层分布式综合监控系统。2. 系统的主要特点： <1 ）开放式体系结构，层次分明，具有良好的扩展性。<2）分层分布式系统，可以根据监控对象、功能进行配置，具有很好的分散性、开放性和灵活性。<3 ）采用冗余配置，具有很高的可靠性。 <4 ）用中文 Windows 操作系统和智能通信等先进技 术，便于系统升级。 <5）灵活的组态界面，人机接口能力强，界面友善，易于掌握，方便 设计、调试和现场运行。3. 系统主要功能： <1 ）对电站设备实现自动监视与记录：

9、计算机监控系统自动完成电站设 备数据的采集、处理以及设备运行状况的自动监视与记录，包括开关量信息监视，模拟量 信息监视，故障 /事故报警、记录与显示， SOE 点记录与显示。 <2 ）对电站实现自动控 制：根据上级调度要求和电站自身的具体情况，对电站设备进行操作或调节，包括机组的 自动开停和并列以及运行工况的自动转换、机组有功和无功负荷的自动调节、自动发电控 制 AGC 、自动电压控制 AVC 、断路器操作等。 <3 ）对发电机、主变、线路等主要设备及 辅助设备进行保护与监控。 <4 ）实现电站运行管理的自动化：实现运行报表的自动生成， 运行操作的自动记录，电站设备参数或整定

10、值的记录与保存，所有报表均可自动或召唤打 印以及运行人员仿真培训等。 <5）系统通讯：实现与上级调度、水情测报系统、办公自动 化网络等计算机系统之间通信，达到信息资源共享，充分发挥整个系统的综合效益。 <三）水电站检测与自动化技术的应用 目前国内一大批水利水电项目已建成投入运营或正在建设中，随着水电厂无人值班（少人值守>和在线监测、故障诊断及状态检修工作的不断深入开展，对水电厂检测和自动化的发 展提出了新的要求，为检测和自动化推广应用开辟了广阔的空间。 水电站的自动化是实现水轮发电机组自动化的关键部分，是利用计算对整个水电生产过程 监控的“耳目 手脚”，它担负自动监测机组和辅

11、助设备的状态，发出拟定的报警信号、执 行 自动操作任务。水电站自动化的程度取决于电站的规模，电站的型式及主要机电设备的性能。检测及自动化承担水电厂机组和辅机设备正常运行状态的监视和测量，并按规定要求发出 报警信号和执行自动操作任务，是计算机监控系统、集群调度系统的测量部分和执行部 分，也是计算机监控系统中 I O 设备。在计算机监控系统和集群调度系统中占有十分重要的地位。检测及自动化包括自动化元件（装置 和辅机设备自动控制单元，自动化元件（装置是基础，辅机设备自动控制单元是实现自动控制、保护和通信的平台。检测和自动化元件 （装置 按功用分为测量及显示元件、执行元件。测量及显示元件按用途 分类：

12、温度、压力、流量、液位、位移、转速、轴电流、油混水、压力脉动、水位差、流 量水头效率等测量传感器、变送器、测量仪表和控制器、开关等。执行元件包括各种电磁阀、 电磁空气阀和执行机构等。简要概述如下：（1 ） 用于测速1 转速测量装置有机械测速和电气测速两种，机械测速由齿盘或钢带、传感器或接近开关和仪表组成。有 DC 420mA输出、RS232或RS485通讯接口；能与电站监控计算机通讯。具有断电记忆、过速记忆和参数自动保护功能。在转速上升或下降时，应在规定的 转速发出信号，对机械转速信号装置，同一触点的动作误差不超过±3。2 油混水监测装置采用电容式油混水信号装置，由测量探头和仪表组成

13、。灵敏、准确探 测油混水状况；有含水量显示，并有DC 4 20mA 输出；有报警点输出，报警值在含水量01 5可调（2 用于测定压力水库拦污栅压差测量装置同时采集栅前栅后的水位信号，同时显示 2 个水位及其差 值；有断电记忆和参数自动保护功能；有变送器断线检测功能；有2对报警点及 DC 420mA 模拟量输出；能与电站监控计算机通讯。测量时，作用在高、低压侧隔离膜片上的过程压力通过灌充液传递到&室传感器中心的测量膜片上。测量膜片是一个张紧的弹性元420m件，其位移量与压力成正比。测量膜片两电容固定极板的被放大电路线性地转换成A 的二线制标准信号输出<3 ）测定流量1 热导式流量计

14、 测量时，由发热模块发出热量，如果管道内没有介质流动，则感热模块接收 到的热量是一个固定值，当有介质流动时，感热模块所接受到的热量将随介质的流 速变化而变化，感热模块将这温差信号转化成电信号，再通过处理器将其转换为对 应的标准模拟量信号或接点信号输出，流量开关通过这个信号对介质的流速进行显 示及控制。2 挡板式流量计 通过旋动调节旋钮设定流速动作点，当管道内有流体流过时，流体推动挡板偏转，挡板带 动磁性模块上移，如果流体流速大于等于设定流速， 则腔室内开关模块动作，输出接点信 号；如果流体流速小于设定流速，则磁性模块下移，开关复位，接点断开。3 电磁流量计工作原 理电磁流量计是根据法拉第电磁感

15、应定律设计的，在测量管轴线和磁场磁 力线相互垂直的管壁上安装一对检测电极，当导电液体沿测量管流过交变磁场 （磁 力线垂直于液体流动方向 >时，导电液体切割磁力线 ,产生感应电动势，通过测量管 上的两个检测电极能够检测出这个感应电动势，通过以下公式可以计算出流量，最 后转换成 420mA 输出。这些就是一些基本的应用，其他的复杂的还有很多，就不赘述了。总之，水电站采用综合 自动化系统后不仅提高水电站运行的经济性和工作的可靠性、保证电能质量；而且提高劳 动生产率、改善劳动条件和减少运行人员，从而提高电站运行的效益，例如利用计算机系 统监控水库来水和中长期预报在内的优化运行，曲线绘制及科学调度

16、，多发峰电等，每年可增加发电量 2% 左右；同时采用计算机监控电站各种参量及运行工况后，及时发现并排 除事故隐患，事故后能及时处理事故，避免事故扩大，尽快恢复供电使系统事故率下降， 处理事故时间减少，如此每年增加发电量1% 左右；另外采用计算机监控在减少人员的同时也减少了相应的生活办公设备和工资支出，因而能产生巨大的经济效益。可见，水电站 综合自动化系统与水电站的生产、效益密切相关，随着国家能源结构的调整，水资源开发 利用程度的加大，水电站综合自动化系统在越来越多的水利枢纽项目中得到更广泛的应 用，发挥更大的作用。第四章 在实习中收获最大和体会最深的内容本次实习，虽然只有短短的七天，但在这短短

17、的一个星期，我仍然收获了 很多，实习中的很多东西给我留下了深刻的印象。我们亦深知实习不光是巩固 和学习专业知识，它对培养学生的思维能力、专业素养、和对事情的看法也起 着至为关键的作用。通过本次实习，有一点我感触很深，那就是扎实的理论功 底和丰富的实践经验对一个项目技术人员来讲的重要性。1 扎实理论功底的重要性 大学四年的岁月，我们更多的用来学习理论知识，提高专业素养，因为种 种原因，我们一边埋怨书本知识的无趣和无味，一边匆匆的学完了许多课程， 到头来，能记下，能理解的就很少了，更别说能应用了，这就造成很多大学生 什么都不知道，这个问题在实习中就有着鲜明的体现 .2 实践经验的重要性 电气行业属

18、于传统的工科行业，项目经验起着重要的作用，因为项目技术 的复杂性，很多现象，我们至今无法完全解释清楚，很多标准、规范也只能根 据大量的项目经验来总结，很多在工作岗位上奋斗多年的老前辈，并不是他们 的理论上升到了一个多么高的水平，而是他们的项目经验与日俱增，并发挥着 重大的作用。因为很多现象，我们至今无法弄清，这就导致很多事故常常出人意料的发 生，我们也只能通过事故去发现问题，然后解决问题，从而获得项目经验，将 其上升为理论，进而指导以后的项目实践。第五章 对实习的改进意见1 对实习的意见和建议 本次实习虽然收获很大，学院组织工作做得很好，葛洲坝方面也做了很细 致的接待工作。但仍感觉其实本次实习

19、可以发挥更大的作用，可以让学生收获 跟多，实习安排仍有一些值得改进和注意的地方：<1）本次实习时间太短，不足一个星期。即便同学们有着极高的学习效率 和实习热情，无奈时间太短，实习过于仓促，不能让同学们有更大的收获。<2）实习人员太多，葛洲坝实习大队多达一百五六十人，队伍过于庞大， 而讲解老师太少，致使一百多人坐在一起听课，二三十人围着一个讲解老师， 效果自然大打折扣。<3）实习内容安排略显不足，讲座太多，而参观太少，与现场工人师傅的 接触和交流明显不足 .六、心得体会： 这次实习，让我收获良多。实习是大学里必不可少的一课，它提供一个机会给我们， 让我们去校验自己的知识是否正确，是否离实际太远，是否真正能派上用场，更重要的是 通过实践去得知自己的知识是否足够。曾经以为课堂上讲的东西只在测试时有用，在这次实习中发现错了。