浅谈水电厂自动化元件的配置与优化运行

1、浅谈水电厂自动化元件的配置与优化运行    摘要：随着水电厂运行方式的不断深入，“无人值班，少人值守”乃至“无人值守，关门运行”已成为发展趋势，对水电厂综合的自动化系统提出了更高的要求。同时综合自动化元件的配置也增加了新的内容。笔者经过长期对国内外自动化元件的了解并结合所在电站的自动化元件选型经验浅谈自己的看法，供各位同行参考。 关键词：自动化元件；配置；优化运行 Abstract: with the deepening of the hydropower operation mode, "the unattended, less attend

2、ant" and "the unattended, close the door run" has become the development trends of hydropower plant automation system of comprehensive put forward higher request. At the same time integrated automation components configuration also add new content. The author of the domestic automatio

3、n components through long-term understanding of the combination of the hydropower station and in automation components selection experience on own view, all the people for reference. Keywords: automation components; Configuration; Optimal operation 中图分类号： TV74 文献标识码：A 文章编号： 前言 水电厂水轮发电机自动化元件是主机及辅助设备的

4、逻辑控制、监控必不可少的设备，也是水电厂实现综合自动化、运动及计算机控制的基础，自动化元件的配置与优化是水电厂综合自动化系统重要环节，是水电厂综合自动化系统成败的关键，尤其是在计算机监控技术的长期发展和广泛应用的今天，基础自动化元件选型配置的不合理，直接导致水电厂综合自动化系统出现“四肢简单、头脑发达”的问题。因此，自动化元件的配置、选型和运行维护一直是所有水电厂自动化设计、开发和运行维护人员所关注的热点。 1自动化监测元件 自动化监测（发信）元件主要是用来监视机组本体及油水风辅助系统的温度、转速、压力、液流、液位、位移等参数，在机组程序自动化控制中执行某一给定任务，并实现越限报警，这一类自动

5、化元件主要包括：振动信号、转速信号、流量信号、压力信号、液位信号、温度信号、剪断销信号、导叶位置信号及位置信号等。 1.1振动监测 振动是水电机组较为常见的问题，它的分布也较为广泛，机组从上到下，从转动部件到固定部件均可能发生振动。较大的振动直接影响着机组的安全运行，因此它是评定机组运行质量的一个重要指标。 1.2转速测量 转速测量是水电机组最重要的参量之一，它与调速、励磁、同期及控制系统等直接关联，如果转速测量系统发生故障，将会直接影响整个系统，甚至危及设备安全，这一点对于“无人值班”电站就显得更为重要。 现在国内的测速装置也大致可分为齿盘测速和发电机残压测速两种。装置本身根据其原理又有PL

6、C型和单片机型两类。但不管是哪种形式的装置，都提供了较为丰富的功能，除了传统的开关量输出，还包括转速的LED显示、转速模拟量的输出、与机组监控系统的通讯接口等，也可以通过面板方便的设置各种参数。 根据笔者的经验，一台机组安装两套独立的测速装置，其中一套齿盘测速，另一套用残压测速，两套装置互为备用，就可以很好的满足机组转速测量的目的。另外，在选用测速装置时应注意以下几个方面的问题：根据实际应用情况，笔者认为PLC型的装置较单片机型的装置工作可靠、抗干扰能力强，在选择时应优先考虑；在选择齿盘测速传感器是应优先选择直径较大的传感器，这样传感器距离的调节比较方便。 1.3流量监测 流量监测分为两大方面

7、，一是水轮机过机流量，目的在于计算耗水率和机组效率。二是辅机系统管路中的介质流量，目的在于掌握技术供水等辅机系统的状况。从监测的角度出发，水轮机过机流量有三种方法，一是超声波法，二是热力学法，三是蜗壳差压法。前二种方法国外应用较多，是比较成熟的监测方法，但维护不便，造价高。蜗壳差压法是由差压变送器和二次仪表组成，利用流量Q=KH的关系完成流量监测。K值是蜗壳流量系数，它可通过理论计算或实际试验获得。但由于国内配套的二次仪表所显示的数据误差很大，笔者认为直接把蜗壳差压值用差压变送器输送至计算机监控系统或专门的机组状态检测系统，在计算机监控系统或专门的机组状态检测系统中，通过Q=KH的关系完成监测

8、是比较好的办法。 管道的流量监测有多种，如机械挡板式、电磁式、涡街式、涡轮式及热导式等，可根据不同的介质、压力选用合适的流量计。 1.4压力测量 机组的压力测点较多，油、气、水各系统均有压力测量。传统的压力测量方法是电接点压力表，为满足“无人值班”电站计算机监控系统的要求，目前的压力测量已逐步采用压力开关来代替电接压力表。同时采用压力变送器（输出420mA）供计算机监控记录、显示、打印等。压力变送器目前性能稳定，精度高，选择余地较大。 1.5液位测量 液位测量有上、下、水导轴承油箱油位、集油槽油位、压油槽油位和顶盖水位等。常规测量均采用液位开关，为了满足“无人值班”的要求，对有些重要的部位则需

9、要同时输出模拟量（420mA）。而目前进口液位开关和变送器规格也很多，这些产品具有接点容量大，动作可靠和精度高、品种多等特点，目前已被广泛采用。 1.6温度测量 温度作为设备运行状态的重要指标而倍受关注, 水电机组主要测量对象是油、气、水及轴瓦的温度。目前，一般均采用（铂）热电阻（Pt100）测量，它反映灵敏且精度高，按结构可分为片状电阻和管状电阻两种，片状电阻用于定子测量，管状电阻则用于其它部位的温度测量；有人认为测量点越多越好，而且要求把水温和油温都配上二次仪表并直接作用于报警和事故停机；实际上有许多地方测量点越多，危害就越大。如轴瓦每个RTD都需要钻一个孔，测点越多，孔也就越多，对轴瓦的

10、影响也就越大, 而如果把瓦温和油温都直接作用于报警（或事故停机），则存在油温报警设定值如何与瓦温设定值相一致的问题，实际上要做到一致是非常困难的。所以在有关标准中都没有把这些列入与瓦温一样的范畴，故笔者建议按有关标准配置，同时适当考虑冗余量。 1.7轴电流检测 发电机运行时，由于定子、转子之间气隙不相等，以及由于定子铁芯分片和磁极配置不对称等原因，引起磁通不平衡。该不平衡磁通与轴承切割产生轴电势，由于大轴内阻很小，如果它沿轴承和底板成闭合回路，轴电流可达很大数值，它将导致油质变化、变质、轴承摆度增大、轴瓦严重烧损等事故的发生。因此，对于轴电流的检测显得非常关键。 笔者建议，由环形电流互感器（套

11、在发电机大轴上）和配套的二次仪表组成。当大轴流过轴电流时，环形互感器的负端将感应出电压，它通过二次仪表发出报警信号，使用该装置能及时发现机组大轴及各轴承对地绝缘的好坏，是避免轴瓦烧毁事故发生的一项有效措施。 1.8剪断销信号器 剪断销作为反映水轮机导水叶的剪断销断裂事故的发信元件，其选择主要有主机厂根据机组形式配套提供，目前国内常用的有触点式剪断销信号器、常闭式剪断销信号器，另外还有瑞典KMW型机组的破断连杆位置开关、带有限位块的克瓦纳导叶摩擦装置等形式，但不管是什么形式的发信元件，笔者建议不在配套专门的发信元件，而是将信号直接接入计算机监控系统。当然，由于水车室环境比较潮湿，在安装的时候一定要做好绝缘处理，以防止监控系统电源接地。 1.9导叶位置信号 导叶位置信号是有机组主令控制器提供的。传统的主令控制器都是机械式LK4系列，近几年来不断有电气式的主令控制器被研发生产并投入使用。通过实际运行考验，证明这类产品完全可以满足使用要求。但笔者建议不采用专门的主令控制器，而是有机组调速器来输出控制所需要的导叶位置信号。这样不仅使控制系统更为简单，也可以节省投资。 1.10位置信号 机组的位置信号主要包括机组制动风闸位置和锁锭位置。这类信号主要使用机械式位置开关进行测量。笔者所在电站曾经采用由主机厂提供的磁记忆干簧接点，但实践证明这种方式调试非常不方便，运行过程中经常有误发信号和错发信