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“生产过程自动化”复习课华中科技大学水电与数字化工程学院6月第1页第一章绪论

生产过程自动化复习一、水电生产特点水能是一个可再生洁净能源，并能够综合利用；水电能源能够贮备；水电机组含有操作灵活、开/停机快特点；适合担负系统调峰、调频和事故备用任务；第2页第一章绪论生产过程自动化复习二、水电站自动化目标提升水电站运行可靠性；确保电能质量；提升水电站运行经济性；提升劳动生产率；第3页第一章绪论生产过程自动化复习三、水电站自动化任务自动控制水电机组运行方式，实现开机、停机和并网、发电转调相或调相转发电等过程自动化；实现水电机组安全经济运行；实现对辅助设备和主要电气设备控制、监视和保护；完成对水工建筑物运行工况监视与控制。第4页第一章绪论生产过程自动化复习四、电力系统备用容量概念及其内容1、概念：备用容量=系统可用电源容量-发电负荷。2、内容：包含负荷备用、事故备用和检修备用。第5页第一章绪论生产过程自动化复习五、水电站计算机监控系统计算机技术在水电生产过程中最主要应用是计算机监控系统，主要完成自动检测、优化计算、自动控制、自动事故处理和运行管理任务。水电站计算机监控系统是由计算机技术、信号处理技术、测量技术、网络通讯技术和人机接口技术相互发展和渗透而产生。与常规控制系统相比，含有显著优越性。第6页第一章绪论生产过程自动化复习六、水电站计算机监控系统结构水电站电力生产管理集中性和控制分散性这一实际需要，要求水电站计算机控制系统采取分层分布式结构。这种结构与水电生产过程管理结构相一致，普通分为三级：过程控制（仪表）级、控制管理（现地控制）级、生产管理（电站）级。各级既相互独立，又相互联络。电站级计算机系统...局域网控制器现地级控制系统现地级控制系统现地级控制系统控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器.........现场总线第7页第一章绪论生产过程自动化复习七、水电站计算机监控系统基本功效数据采集和处理；实时控制和调整；运行状态趋势分析；安全运行监视与事故/故障报警；事件次序统计与事故/故障分析；运行参数统计与打印；数据通信与远动；运行维护管理。第8页第二章水轮发电机自动并列

生产过程自动化复习一、基本概念发电机与电力系统相序相同；发电机与电力系统频率相同；发电机与电力系统电压相同；发电机与电力系统相位相同；1、同时发电机并列条件：第9页第二章自动并列

生产过程自动化复习2、非同期并列操作可能使机组严重损坏：假如相位差为180°时非同期合闸，则发电机定子绕组冲击电流将比发电机出口三相短路电流大一倍；假如电压或频率不相同，将对机组产生很大电磁冲击力，甚至高达额定力矩8-26倍。第10页第二章自动并列生产过程自动化复习二、同时发电机两种同期并列方式及其特点同时发电机含有准同期和自同期两种同期并列方式。1、准同期满足打开机组导叶到空载位置发电机靠近同时转速

发电机投入励磁调整水轮发电机电压和转速判断是否满足并列条件将机组投入系统并列运行不满足第11页第二章自动并列生产过程自动化复习准同期特点：因为在准同期操作中满足了发电机与电力系统频率、电压和相位相同条件。发电机定子回路电流将为零，对机组将不会产生电流或电磁力矩冲击。所以，水电站在同期操作中，采取了以自动准同期作为机组正常时并列方式。不过，准同期存在着非同期并列操作可能，并使机组严重损坏。为了防止非同期并列，在准同期并列时，同期回路带有非同期闭锁。第12页第二章自动并列生产过程自动化复习2、自同期打开机组导叶到空载位置发电机靠近同时转速发电机投入励磁发电机断路器合闸机组并入系统运行第13页第二章自动并列生产过程自动化复习自同期特点：

不需调整电压、相位和准确调整转速，操作简单；因为并列操作时未投励，消除了非同期并列可能；与准同期相比，大大缩短了并列时间。自同期并列为电力系统发生故障而出现低频、低压时，开启备用机组创造了很好条件，对于预防事故扩大，快速恢复系统起到主要作用。第14页第二章自动并列生产过程自动化复习三、脉动电压及其准同期条件检测1、脉动电压脉动电压（滑差电压）是指合闸前同期点两侧电压之差：设发电机电压与系统电压相等，且初始相角为零，即令为脉动电压幅值，则由上式可知，脉动电压可看成是幅值为、频率靠近工频交流。利用三角公式得：第15页第二章自动并列生产过程自动化复习

当两个交流电压和频率不相等时，普通可用两个有相对旋转速度向量来表示它们，如图。两个交流电压向量相角差就是图中夹角；二者间电角频率之差称为脉动角频率。第16页

当时，为两电压幅值和。第二章自动并列生产过程自动化复习

于是

由此可见，为正弦脉动电压，其最大幅值为。

应用三角公式可求得值为

当时，为两电压幅值差；且脉动周期即为脉动电压频率差改变周期：第17页

与频率差就是脉动频率第二章自动并列生产过程自动化复习

2、利用脉动电压检测准同期条件电压幅值差对应于脉动电压最小幅值（2）频率差（1）电压幅值差

因为在准同期并列时，频率差要求，则对应脉动周期。所以，依据脉动周期大小，可判断发电机与系统频率差第18页第二章自动并列生产过程自动化复习3、导前时间从自动准同期装置发出合闸脉冲到相位差为0这一段时间称为导前时间，显然，导前时间应等于合闸机构全部元件固有动作时间之和。合闸脉冲第19页第二章自动并列生产过程自动化复习

4、允许滑差角速度设为发电机允许合闸相角差，由下式可求得最大允许滑差即使从理论上讲，按越前时间设计自动准同期装置能够使合闸时相角差为零，但因为装置越前时间以及合闸机构动作时间存在分散性，这就使并列时允许滑差角速度受到限制。断路器最大合闸误差时间自动准同期装置最大误差时间允许合闸相角差第20页第二章自动并列生产过程自动化复习例：某发电机采取自动准同期并列，系统参数已归算到以发电机额定容量为基准标幺值。一次系统参数为：发电机纵轴次暂态电抗；断路器合闸时间；断路器最大合闸误差时间；自动准同期装置最大误差时间；待并发电机允许冲击电流；试计算允许合闸相角差、允许滑差角频率与对应脉动电压周期。（其中，为发电机额定电流、为允许合闸相角差）；第21页第二章自动并列生产过程自动化复习

解：（1）允许合闸相角差其中考虑并列时发电机电压可能超出额定电压值5%。（2）允许滑差角频率（3）脉动电压周期第22页第二章自动并列生产过程自动化复习三、交流电量傅氏级数算法傅立叶级数定义：设是以T为周期实函数，且在满足连续或只有有限个第一类间断点；只有有限个极值点。则在连续点处有第23页第二章自动并列生产过程自动化复习

傅立叶级数表明，一个周期为T信号能够分解为简谐波之和。这些谐波频率分别为一个基频倍频。换言之，信号并不含有各种频率成份，而仅有一系列含有离散频率简谐波所组成。其中，反应了频率为谐波在中所占份额（称为幅值）；则反应了频率为谐波沿时间轴移动位置（称为相位）。这两个指标完全刻画了信号性态。第24页第二章自动并列生产过程自动化复习傅里叶级数离散运算式为:n次谐波幅值；n次谐波相位式中，为n次谐波实部；为n次谐波虚部；N—一个周期T中采样数；—在一个周期T中第k个采样值。第25页第二章自动并列生产过程自动化复习例：若采取8点采样傅氏算法计算一个周期函数基波和二次谐波幅值和相位，试写出对应计算式。解：当时；式中：

；当时；；式中：

第26页第三章水轮发电机励磁自动调整生产过程自动化复习一、水电机组励磁控制任务维持发电机端电压水平而且合理分配各机组无功负荷；提升电力系统运行稳定性和输电线路传输能力；提升带时限动作继电保护灵敏度；加速短路后电压恢复过程和改进异步电动机开启条件；改进自同期或发电机失磁运行时电力系统工作条件；预防水轮发电机突然甩负荷时电压过分升高。二、对自动调整励磁装置（AVR）要求工作可靠、动作快速、无失灵区。第27页第三章励磁调整生产过程自动化复习三、当一台同时发电机带孤立网运行时，无功负荷电流增加是造成发电机端电压下降主要原因。依据等值电路图可得设：为与间相位差；为与相位差；为发电机有功电流；为发电机无功电流。因为在正常时很小，，则有

上式表明，无功电流是造成机端电压下降主要原因，且机端电压与无功电流成反比。第28页第三章励磁调整生产过程自动化复习四、强行励磁、强行减磁和自动灭磁作用1、强行励磁作用发生短路时，电力系统和水电站电压可能大幅度降低。此时，为确保系统稳定运行和加紧切除故障后电压恢复，应使发电机励磁电流快速加大到顶值，既实施强行励磁。2、强行减磁作用

当机组甩负荷时，因为机组转速急剧上升，而引发发电机端电压升高，此时为了确保发电机定子绝缘安全，应马上降低发电机转子回路励磁电流，即实施强行减磁。第29页第三章励磁调整生产过程自动化复习3、自动灭磁作用自动灭磁是在发电机内部或其出口短路时，切断励磁电流，并在很短时间内使转子磁场中储存大量能量快速消释，而不至产生危及转子绝缘过电压。第30页第三章励磁调整生产过程自动化复习五、同时发电机稳定运行必要条件由上式可作出功角特征曲线：在不计各元件电阻和导纳条件下，发电机输出功率满足：式中：为变压器和线路阻抗；为与间相位差，称为功角。第31页第三章励磁调整生产过程自动化复习当输入功率为时，在曲线点或点均可保持发电机输出功率与之平衡，发电机转速维持不变。

不过，若发电机工作在点（功角为），则不能维持稳定运行。此时，若系统受到微小扰动使功角离开平衡状态而增大，则发电机输出功率将减小，从而出现剩下功率并造成发电机加速，结果不停增大，转速越来越高，运动状态无法回到平衡状态点（转速越大，功角也越大），最终失去同时（或称为失去稳定）。

反之，发电机若在点运行时，扰动使角减小，则发电机输出功率增大，出现负剩下功率。此时，机组将减速，继续减小，直至到达点。经过一系列振荡后到达新平衡状态而稳定下来。因为发电机时刻在小扰动下运行，所以发电机不可能在点稳定运行。第32页第三章励磁调整生产过程自动化复习

若发电机工作在点（功角为），则微小扰动使增加时，发电机输出功率将增大，而出现负剩下功率。这么，机组将减速，使得角减小，最终仍回到点运行；若扰动使降低，则情况相反，但最终也仍回复到点运行。

由上述分析可知，在发电机励磁电流和导叶开度不变条件下，即使功角特征上有两个对应于输入功率运行点，但只有其中点是能够稳定运行。由此可得发电机稳定运行必要条件：第33页第三章励磁调整生产过程自动化复习六、在可控硅励磁中“同时”是指什么？为何同时信号取为同时发电机AC线电压？

答：一个可控硅导通，除了应在其阳极与阴极间加上正向电压外，还必须同时在控制极上加上正向触发脉冲，不然可控硅将处于截止状态。对三相可控整流桥而言，就是要求每次加在可控硅控制极上触发脉冲，都应在该相可控硅承受正向电压一定时刻发出。同时，当控制电压一定时，各相每个周期送出触发脉冲，对应于该相阳极电压时刻都应相同，即控制角α相同。可控硅触发脉冲与主回路之间这种相位配合关系称为同时。取自主回路同时信号，就是用于确保主回路与触发电路之间同时。第34页第三章励磁调整生产过程自动化复习在三相全控桥可控硅励磁控制中：共阴极组整流可控硅整流元件应在其阳极电位为最高一段区间内，给控制极以触发脉冲才能导通。所以，其三相触发脉冲按+A，+B，+C相次序并依次相隔120°发出；共阳极组整流可控硅整流元件应在其阴极电位为最低一段区间内，给控制极以触发脉冲才能导通。所以，其三相触发脉冲按-C，-A，-B相次序并也依次相隔120°发出。这么，对于整个三相全控桥来说，当同时信号取为同时发电机AC线电压时，其六相触发脉冲发出次序就成为了+A，-C，+B，-A，+C，-B相，并依次相隔60°发出。

第35页第三章励磁调整生产过程自动化复习例1：当可控硅励磁调整器对电压进行调整时采取了百分比控制规律。在某采样周期,微机调整器测量到发电机端电压偏差相对值为，百分比控制参数。若:控制信号与导通角余弦关系中因子，计算机计数频率，同时信号周期。

试求出：可控硅导通角以及对应脉冲数。

解：因为采取了百分比控制规律，故控制信号为

因为触发角与控制信号成余弦关系，得将晶闸管触发角折算为计算脉冲个数，得（个）第36页第三章励磁调整生产过程自动化复习例2：在忽略限幅和饱和等非线性原因后，同时发电机励磁调整系统空载时传递函数框图以下：其中：为同时发电机传递函数；为测量比较单元传递函数；为综合放大和移相触发单元传递函数；为功率放大传递函数；第37页第三章励磁调整生产过程自动化复习已知励磁调整系统参数：电压百分比系数；滤波电路时间常数；功率放大单元增益；功放单元时间常数；发电机放大系数；发电机时间常数；综合放大和移相触发单元时间常数。试绘制该闭环系统以为参变量根轨迹，并分析使系统稳定时取值范围。第38页第四章频率和有功功率自动控制生产过程自动化复习一、水电机组频率和有功功率自动控制基本概念1、维持电力系统频率稳定条件电力系统频率稳定是否，取决于系统有功功率是否平衡：若系统总发电功率=用户总耗用功率（包含线路耗损），则系统频率维持在额定值；若系统总发电功率大于（或小于）用户总耗用功率，则系统频率大于（或小于）额定值；并网运行发电机组功率控制，就是维持电力系统功率平衡，使系统频率偏差在允许范围内。第39页第四章功率控制生产过程自动化复习2、调频机组和调频电站因为计划外负荷是无规律改变，所以必须采取必要技术伎俩，将电力系统频率维持在正常水平。这就要求在系统中划出一部分机组甚至几个水电站执行调频任务，是系统总发电功率随时跟踪用户总耗用功率，这些机组或电站称为调频机组或调频电站。3、电力系统日负荷曲线和计划外负荷电力系统实际负荷是随机改变，电力调度中心依据统计资料来制订系统日负荷曲线，称之为计划负荷，它反应了电力系统负荷改变规律性部分；计划负荷与实际负荷差值为计划外负荷。第40页第四章功率控制生产过程自动化复习4、一次调频和二次调频电力系统调频分为一次调频和二次调频：一次调频是在电力系统出现频率差时，依据调速器调差系数来分配机组间负荷，由调速器完成功率调整。一次调频存在频率差；二次调频是在调速器调整基础上，由自动发电控制来重新调整各运行机组负荷，经过改变调速器整定值，使频率静态特征曲线上下平移，最终消除频率差。第41页第四章功率控制生产过程自动化复习5、有调整能力水电站和径流式水电站运行机组间负荷优化分配准则有调整能力水电站运行机组间负荷优化分配准则是：在满足电力系统功率平衡和机组稳定性约束条件下，使水电站总发电引用水量最小；径流式水电站运行机组间负荷优化分配准则是：在满足水电站流量平衡和机组稳定性约束条件下，使水电站总发电量最大。第42页第四章功率控制生产过程自动化复习二、有功功率无差调整主导发电机法让电力系统中一个甚至几个电站机组作为调频机组（台），而其余机组按有差特征运行，负担计划负荷。其调整方程为：主导调频机组：，按无差特征运行；其余调频机组：；计划外负荷：式中：为第台调频机组计划外负荷分配系数。第43页第四章功率控制生产过程自动化复习三、水电机组有功功率控制目标和内容控制系统依据功率偏差（式中：为时刻由负荷分配所得到机组目标功率；为机组实际功率），按某种调整规律来确定控制信号，并经过调速器调整机组导叶开度，以改变机组出力，使机组实际功率跟踪目标功率（），并使调整过程含有稳定、快速和平稳控制品质。第44页第四章功率控制生产过程自动化复习四、基于李雅普诺夫函数开关型功率控制原理已知水电机组功率控制系统数学模型：其中，为开关型控制变量，且当时机组功率控制系统是稳定。设李雅普诺夫函数为：依据李雅普诺夫函数定义，式中为正定对称矩阵；第45页第四章功率控制生产过程自动化复习则李雅普诺夫函数导数为：因为系统是稳定，则有以下等式成立：式中为正定对称矩阵；为了确保李雅普诺夫函数导数小于零，取：第46页第四章功率控制生产过程自动化复习上式表明，基于李雅普诺夫函数开关控制是建立在状态反馈基础上，其开关极性切换取决于开关线。在这种开关控制中，需要适当选择开关线参数，才能确保有很好控制性能。第47页第四章功率控制生产过程自动化复习例：已知在系统频率f和机组水头h不变时，水电机组功率控制系统状态方程为：式中：；；为导叶开度；为调整机构时间常数；为接力器时间常数；为永态转差系数；为控制信号。第48页第四章功率控制生产过程自动化复习试判断该系统稳定性，并求出基于李雅普诺夫函数开关控制规律（设）。解：将参数代入后，得水电机组功率控制系统状态方程系统平衡状态为设系统李雅普诺夫函数为则李雅普诺夫函数导数为能够证实，除系统平衡状态外，李雅普诺夫函数导数不恒等于零。故控制系统在平衡状态处是大范围渐进稳定。基于李雅普诺夫函数开关控制规律为第49页第四章功率控制生产过程自动化复习五、离散PID调制功率控制策略离散PID调制控制是在等控制周期T内依据ΔP符号确定控制极性；依据对PID运算，确定调制控制脉冲宽度。其控制策略为脉冲宽度计算式为：第50页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习一、水电机组转速测量1、水电机组转速测量目标水电机组转速测量对于水电机组状态检测和控制是十分主要，其测量精度及其可靠性直接关系到水轮机调整性能和水电机组运行安全性。转速信号器是用于测量反应机组运行状态一个主要参数—转速n，并能够在机组转速抵达所设置转速值发出对应信号，用于对机组进行自动操作和保护。第51页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习比如：当n≥140%nr时，发出飞逸信号，命令机组事故紧急停机；当n≥115%nr时，发出过速信号，命令机组事故停机；当n≥80%nr时，发出信号，命令同期投入；当n≤35%nr时，发出制动信号，对机组进行刹车。第52页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习2、基于双传感器测量齿盘测速原理齿盘测速是一个惯用水电机组测速方法，其原理是在水电机组转轴上安装环形齿状设备（齿盘），当机组旋转时经过靠近式或光电式传感器感应产生反应机组转速脉冲信号，由计算机测量脉冲个数（或宽度）并计算获取机组转速。

第53页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习因为存在着齿盘加工精度极难确保水电机组转速测量精度要求困难。为了处理这一困难，通常采取齿盘测速双传感器策略，即沿齿盘圆周不一样位置设置两个传感器，在已知两个传感器之间距离前提下，测量齿盘中各齿经过两个传感器时间，并由此计算机组转速。这种方法是经过两个传感器来消除齿盘加工精度等引发测量误差，以满足水电机组控制对测速精度和实时性方面要求。第54页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习3、在水电机组停机过程控制时常需要测量机组蠕动（频率小于5Hz）。试问：应采取何种测量方法？为何？

普通采取齿盘测速原理为频率法和周期法两种。其中：基于周期法转速测量基本原理是，当水电机组极对数为p时，将外径为d齿盘加工成N个齿，其标准齿加工间距为。当机组旋转时，各齿边缘经过传感器感应产生其周期依据转速改变脉冲信号，信号周期将受机组转速和齿距D影响。当经过计算机统计到第i个齿在第j圈经过传感器测量点周期T[k]，则此时机组转速为第55页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习这种测量方式在机组运行在额定转速附近时有较高测量精度和反应速度。但在机组蠕动时脉冲信号周期将会很长，且测量到T[k]数值很大。所以，会带来两个方面问题：其一会使转速测量反应速度不能满足要求；其二会给转速计算造成困难。第56页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习基于频率法转速测量基本原理是：当机组转速改变时，在单位时间内经过传感器测量脉冲个数也会随之而改变。设：在单位时间T内测量经过传感器脉冲个数为M，则：机组转速为其中：K为折算系数；测量周期T则取决于对测量精度要求和测量速度要求协调，T越大，精度越高，但速度则越慢。这种方法简单、可靠，而且能方便地测量机组蠕动。第57页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习二、采取霍尔元件式压力变送器测量管道流体压力（2）霍尔电势(其中：)；（3）弹簧管自由端位移与其圆周方向应力和轴向应力之间为线性关系试求被测流体压力P。已知：（1）弹簧管外缘半径与内缘半径比；第58页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习解：

即被测流体压力故被测流体压力第59页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习三、电磁阀、电磁空气阀和电磁配压阀在水电站自动化中作用1、电磁阀将电气信号转换为机械动作，用以自动控制油、气、水管路阀门开启和关闭，是自动化系统中主要执行元件之一，惯用于机组制动、调相和冷却等操作系统管路中。2、电磁空气阀将电气信号转换为机械动作，主要用于机组供气、制动系统和碟阀密封围带充气低压系统，实现供气管道阀门开启和关闭自动控制。3、电磁配压阀是一个液压中间放大变换元件，普通与液压操作阀、油阀等组合使用。第60页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习四、蝴蝶阀在水电站自动化中作用

（1）降低停机时漏水量当机组较长时间停机时，导叶漏水几乎不可防止，漏水流量可达机组最大流量2—3%。因为蝴蝶阀关闭较严，可大大降低漏水。（2）缩短机组开启时间机组停机时，普通不希望关闭进水口闸门，因为这么放掉引水管水以后，机组开启时又要重新充水，延长了开启时间。（3）组成机组检修安全工作条件在岔管引水水电站，当其中一台机组检修时，为了不影响其它机组运行，可关闭蝴蝶阀。因为蝴蝶阀只有全开和全关两种状态，故只能用于切断水源。第61页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习五、下列图为油压装置组成图。现要求采取以微型计算机（或PLC）组成控制装置进行自动控制，使油压装置油压维持在上、下限压力之间，而且当油压低于过低油压时，起动备用油泵。试设计：（1）控制装置硬件原理图（只需给出微机芯片或ＰＬＣ模块名称）；（2）控制装置软件流程图。注：要求每５秒显示一次油压，并能够经过运行人员对进行主/备油泵进行选择和操作。第62页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习1BP2BP3BP4BP压力信号器油位信号器BF1BF2安全阀压力表1M2M集油槽压力油槽切换阀油压装置组成图和接线原理图第63页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习解：（１）控制装置硬件设计采取模块式结构SIMATICS7—300型可编程控制器。控制装置硬件由以下模块组成：电源模块；ＣＰＵ模块；Ｉ／Ｏ模块（５点信号器输入：上限油压、下限油压、油压过低，以及上限油位和下限油位）；继电器输出模块（３点控制输出：工作油泵和备用油泵电动机开启／停顿控制、补气阀开启／关闭控制）；Ａ／Ｄ模块（１点油压传感器测量）；通信模块（用于ＣＰＵ与触摸式智能显示器间通信）；触摸式智能显示器（人／机接口）；机架（８槽框架）。控制装置硬件原理图以下列图所表示：第64页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习１号油泵电动机开启／停顿接触器２号油泵电动机开启／停顿接触器补气阀开启／关闭控制电磁阀CPU模块电源模块继电器输出模块A/D模块ＤI模块通信模块触摸式智能显示器直流电源交流电源上限油压下限油压油压过低上限油位下限油位油位传感器通信电缆机架第65页第五章辅助设备自动控制生产过程自动化复习（２）控制装置软件流程设计系统初始化读取显示器数据控制方式？手动上限油泵选择控制输出油压状态？下限过低２＃油泵１＃油泵自动停工作／备用泵开启工作泵开启备用泵油位状态？高低读油压值油压低？否开启补气阀是油压高？是关闭补气阀显示时间到？否显示油压是否第66页第六章水轮发电机组自动程序控制生产过程自动化复习一、水电机组自动程序控制基本概念1、机组自动程序控制任务应用计算机技术、自动控制技术和检测技术，借助于自动化元件及装置，组成一个不间断进行操作过程，代替生产过程中全部手动操作，即实现机组调速操作系统、励磁操作系统和油、气、水辅助设备系统逻辑控制和监视，从而实现单机生产流程自动化。同时，机组自动化系统（LCU）还应有良好通信接口与其它系统进行数据交换。所以，机组自动化又是实现全厂生产过程综合自动化基础。第67页第六章机组自动程序控制生产过程自动化复习2、机组自动程序控制要求依据一个操作指令，机组能快速、可靠地完成各种工况转换当机组或辅助设备（如调速器、励磁调整器和油、气、水系统）出现事故或故障时，应能快速准确地进行诊疗，或将机组解列，或用报警系统向运行人员指明事故（或故障）性质和部位，指导运行人员进行处理；作为全厂综合自动化基础，应能方便地与其它系统进行通信，从而实现对机组远方控制和经济运行；依据全厂自动化系统指令，完成机组有功和无功功率调整；系统应简单、可靠，并方便运行人员进行操作。第68页第六章机组自动程序控制生产过程自动化复习3、水电机组三种停机方式水电机组有正常停机、事故停机和紧急事故停机三种停机方式，其中：（1）正常停机是在机组正常运行时，按电站运行计划所进行停机操作。其操作程序为：接收停机令后，起动停机过程监视定时器→机组卸负荷至空载→当导叶关至空载位置时，发电机断路器跳闸→跳灭磁开关→导叶关至全关位置→开限至全关位置→当n=35nr%时，投入机组制动→机组转速为零时解除制动→关闭总冷却水→停机完成。第69页第六章机组自动程序控制生产过程自动化复习（２）机组在运行中碰到以下情况之一时，须进行事故停机：轴承过热、调相运行解列、油压装置油压事故下降、机组过速、机组振动，以及电气事故。事故停机与正常停机不一样之处于于，事故停机不等机组出力减至零，就作用于跳闸，并同时进行正常停机过程操作，从而缩短停机时间。第70页第六章机组自动程序控制生产过程自动化复习（３）机组在运行中碰到以下情况之一时，须进行紧急事故停机：机组转速到达140%nr飞逸转速和机组事故停机过程中剪断销被剪断。因为紧急事故停机是在导叶不能关闭情况下所进行停机操作，其操作除了按事故停机过程进行外，还作用于关闭蝴蝶阀或快速闸门。第71页第六章机组自动程序控制生产过程自动化复习二、水电机组两段开机特征及其作用自动化系统依据机组水头确定对应机组导叶开启开度。为了使机组能够快速开机，自动化系统应设置多段开机特征。机组两段开机特征如图所表示：开启开度机组转速第72页第六章机组自动程序控制生产过程自动化复习首先将导叶开至第一段开度，使机组转速快速上升，延时秒后再将导叶关至第二段开度（即空载开度）。所谓空载开度是指此开度下，机组空载时转速在额定转速附近。显然，空载开度是随机组水头改变而改变。第73页第六章机组自动程序控制生产过程自动化复习三、水电机组两段关机特征及其作用为了预防机组在紧急停机过程中因为快速关闭导叶而引发抬机和过水系统中压力过高，自动化系统可设置分段关闭装置。机组两段关闭特征以下列图所表示：导叶开度第74页第六章机组自动程序控制生产过程自动化复习图中：为直线关闭时间；为两段关闭拐点；为第一段关闭时间：为对应关闭开度；为第二段关闭时间：为对应关闭开度；只要C点和选择得当，就既能够确保过水系统中压力与机组转速上升在设计范围内，又可取得最正确防抬机效果。第75页第七章可逆式机组自动控制生产过程自动化复习一、可逆式机组几个主要特点（１）定子、转子换极为了提升可逆式机组在作水泵运行时抽水压力和效率，应使它转速略高于发电工况时转速。第76页第七章可逆式机组控制生产过程自动化复习（２）推力瓦中心支撑方式普通水轮发电机组都是单向运转。为使推力瓦在运行中形成楔形油膜，通常将轴瓦支撑中心偏离轴瓦几何中心某一个e值，使之有利于推力瓦单向运转润滑和冷却。不过，在逆运转时偏心却会对楔形油膜起破坏作用。所以，可逆式机组轴瓦必须取消偏心，以适应双向运行需要。第77页第七章可逆式机组控制生产过程自动化复习（３）推力轴承减载装置为了降低异步起动力矩，降低起动时推力瓦摩擦损失，经常在起动过程中采取降低推力瓦压力办法，以到达降低动力矩目标。（４）水泵工况起动可逆式机组水泵工况起动是可逆式机组特殊技术问题，需要处理怎样防止起动电流对电网冲击和加紧起动速度等问题。第78页第七章可逆式机组控制生产过程自动化复习二、可逆式机组水泵工况三种起动方式可逆式机组水泵工况起动有异步起动、同时起动和半同时起动三种。其中：（1）异步起动将发电—电动机直接作为一个异步电动机在线使用。在机组励磁绕组短接情况下，直接将发电—电动机并入电网，利用转子磁极内阻尼绕组所产生异步力矩使机组起动并加速，在靠近同时转速时加上励磁，完成起动过程。异步起动加压方式有：全压、降压和部分定子绕组起动三种。异步起动时电流大，在起动瞬间使电网受到较大冲击，产生显著电压降。同时，起动过程中阻尼绕组还将产生热应力并严重发烧，定子绕组也要承受较大机械应力。第79页第七章可逆式机组控制生产过程自动化复习（２）同时起动因为同时起动不会像异步起动那样对电网和发电—电动机产生冲击，所以可逆式机组水泵工况常采取同时起动。在这种起动方式时，只需向待起动机组提供一个频率由低频到同时频率连续改变电源，当待起动机组频率到达同时频率时，便可将机组并入电网。提供给待起动机组可变频率电源，能够是一台发电机组（背靠背），也能够是一台静止频率变换器（变频器）。所以，同时起动又可分为背靠背同时起动和变频同时起动两种方式。第80页第七章可逆式机组控制生产过程自动化复习（３）半同时起动是介于背靠背同时起动和异步起动之间一个起动方式。在半同时起动时，先将一台作牵引用发电机在无励磁情况下升速到额定转速50—80%，同时给发电机加上励磁，发电机电压随之上升到额定电压60—70%，将该电压加在待起动抽水机组上，产生异步转矩，使它从感应电动势方式起动并加速，与此同时，发电机减速，当两台机组转速靠近时，给被起动机组加励磁，使之与发电机同时，电动机在发电机驱动下，同时加速到额定转速。半同时起动与背靠背同时起动相比，能够缩短起动时间。第81页概念题生产过程自动化复习概念题1、水轮机是将水能转换为机械能一个水力机械。它包含：A.引水部件；B.导水部件；C.工作部件（转轮与蜗壳）；D.泄水部件；（A，B，C，D）

2、调速器主要组成部分为：A.转速测量元件；B.综合放大元件；C.执行元件；D.导叶反馈元件；（A，B，C，D）3、造成橡胶水导轴承断水原因为：A.引水管路漏水；B.引水阀门故障；C.示流信号器误动作；D.滤清器堵塞；（A，B，D）第82页概念题生产过程自动化复习4、油压装置阀组包含：A.减载阀；B.逆止阀；C.配压阀；D.安全阀；（A，B，D）5、水电站技术供水作用是：A.灭火；B.冷却；C.润滑；D.传递能量；（B，C）6、水电站压缩空气系统作用为：A.油压装置压油槽充气；B.机组停机制动用气；C.调相压水用气；D.风开工具用气；（A，B，C，D）

7、水轮机调速器调整模式有：A.转速调整；B.开度调整；C.功率调整；D.位置调整；（A，B，C）第83页概念题生产过程自动化复习8、装有混流式水轮机水电站，厂内渗漏水量主要来自于：A.水轮机顶盖漏水；B.冷却器漏水；C.大轴密封漏水；D.坝体渗漏水；（A，C，D）9、水电站用水设备对技术供水要求主要有：A.水压；B.水量；C.水质；D.水温；（A，B，C，D）10、水电站技术供水因电站水头范围不一样而不一样，惯用技术供水方式有：A.自流供水；B.水泵供水；C.混和供水；（A，B，C）第84页概念题生产过程自动化复习11、水轮机基本工作参数有：A.工作水头；B.引用流量；C.转速；D.机械转矩和效率；（A，B，C，D）12、可逆式机组运行工况有：A.发电：B.抽水；C.发电调相；D.抽水调相和停机；（A，B，C，D）第85页概念题生产过程自动化复习调相压水过程中逸气现象主要是因为导叶漏水造成。水轮机进水口快速闸门作用是预防机组飞逸。水轮机导轴承作用是承受机组运行时主轴传来径向力；为了实现水电厂经济运行，机组间负荷分配标准是依据等微增率和耗水率最小来确定。第86页概念题生产过程自动化复习水轮发电机作调相运行时，补气作用是降低机组有功消耗。推力轴承作用是支承机组转动部分重量及轴向水推力；在水轮机调整系统中，被称为调整对象是：引水系统、水轮机和发电机；在水电机组事故停机时，导叶采取两段关闭规律目标是：预防水击压力过大而引发压力钢管破裂和预防水压过大而引发机组抬机。第87页填空题生产过程自动化复习填空题1、负荷备用是用于调整系统中短时负荷波动，并满足计划外负荷增加需要。2、水电站计算机监控系统采取分层分布式结构时，能够采取星型结构、环型结构和总线结构等类型网络结构。３、正常情况时，在电力系统中并列运行同时发电机是以相同电角速度和出口折算电压相等情况运行，称为并列运行。４、与自并励方式相比，自复励方式除设有整流变压器外，还设有串联在发电机定子回路大功率电流互感器。第88页填空题生产过程自动化复习５、在发电机励磁电流和水轮机导叶开度不变条件下，当发电机功角特征上有两个对应于输入功率Pn运行点时，只有其中dP/dδ>0点是能够稳定运行。６、发生短路时，电力系统和水电站电压可能大幅度降低。此时，为确保系统稳定运行和加紧切除故障后电压恢复，应使发电机励磁电流快速加大到顶值，既实施强行励磁。７、励磁调整器中调差单元是用于改变调差系数Kq，以实现合理分配各机组间无功。第89页填空题生产过程自动化复习８、油在水电设备运行中作用为润滑作用、散热作用和液压操作。９、电磁阀将电气信号转换为机械动作，用以自动控制油、气、水管路阀门开启和关闭，是自动化系统中主要执行元件之一。10、技术供水方式因水电站水头范围不一样而不一样。惯用供水方式有自流供水、水泵供水和混