淺談柳城水電站自動化系統的應用

吳秀蘭

（河源市富源水電有限公司，廣東 河源517554）

1 工程概況及系統簡介

廣東省東源縣柳城水電站工程位于東江楓樹壩—河源河段，樞紐工程位于廣東省東源縣柳城鎮下壩村，上距柳城鎮約2．4km，至龍川縣城約20km，下距河源市區約58．3km，壩址控制集水面積8 153km2。本工程的任務以發電為主，兼顧航運。水庫正常蓄水位為60．0m，相應水庫庫容為1 540m3，裝設3臺7．35MW燈泡貫流式水輪發電機組。

柳城水電站自動化系統采用分層分布開放式結構，利用光纖以太網連接，由中央控制室廠級計算機層和現地控制單元層組成，廠級計算機層包括主機、操作員工作站、工程師工作站、通訊管理機、以太網交換機、打印機，現地控制級有4臺LCU（3臺機組LCU，1臺公用LCU），分別對3臺機組、開關站和公用設備等進行實時監控。

2 柳城水電站自動化系統的功能

柳城水電站自動化系統具有遙信、遙測、遙控、遙調等功能，能實現安全監視與控制、電能統計、實時報警、事件順序記錄、事故追憶、制表打印等。具體如下：（1）完成機組自動開機。機組在啟動前應滿足開機準備條件，即機組溫度正常、調速器無故障、剪斷銷未剪斷、調速器無事故低油位、緊急停機按鈕已復歸、接力器鎖定投入、機組出口斷路器已分閘、事故停機繼電器K1未動作、緊急停機繼電器K2未動作、勵磁裝置無故障、調節器無故障。滿足這些條件后，說明機組處于熱備用狀態，由運行人員在計算機監控臺發出開機令。開機令發出后，根據預定流程，鎖定拔出后自投入機組潤滑油泵，技術供水閥全開、主軸密封供水全開且水量壓力正常，開啟機組潤滑高位油箱軸承主供油電動閥，空冷風機投入、高頂投入且壓力正常，制動閘復歸，檢修密封空氣圍帶排氣并無壓。以上操作完成1min后，給調速器發開機令，打開導葉。當機組轉速達到95%額定轉速時，退出機組高壓頂起油泵，合上滅磁開關，給勵磁啟勵令，機端電壓達到80%額定電壓，復歸調速器、勵磁開機令，投入自動準同期裝置，同期條件滿足后，自動合上發電機斷路器，機組帶負荷運行。（2）完成機組正常停機。運行人員發出停機令后，根據自動化系統給定值，PLC自動把有功負荷和無功負荷分別減至300kW、300kvar以下。導葉關到空載，跳發電機出口斷路器，給勵磁停機令；電壓降至5%Ue，給調速器停機令；當轉速小于95%額定轉速時，自動投入機組高壓頂起油泵；導葉全關后，機組轉速下降至35%額定轉速時，投入機械制動閘。停機過程完成后，延時停止和復歸機組輔助設備，停機完成。（3）完成對水輪發電機組及其輔助設備運行工況的監視。如對發電機定子繞組和鐵芯以及各部軸承溫度的監視，對機組風機、冷卻水系統工作的監視，對機組調速系統工作的監視等。當出現不正常工作狀態或發生事故時，迅速而自動地采取相應的保護措施，如發出信號或緊急停機。（4）完成對輔助設備如調速器壓力油泵、漏油泵、軸承供油潤滑油泵、技術供水泵、滲漏排水泵及中／低壓氣系統的空壓機等的自動控制。（5）完成對主要一次電氣設備如主變壓器、廠用變壓器、斷路器、隔離刀閘的控制、監視和保護，對電力電纜及輸電線路的保護。（6）完成對水工建筑物運行工況的控制和監視，如閘門工作狀態的控制和監視、上下游水位的測量監視等。

總的來說，水電站自動化系統包括如下功能：機組自動開、停機，自動調節機組負荷分配，機組輔助設備自動控制，監視、控制、保護電氣設備，測量、監視水位及流量等。

3 柳城水電站自動化系統存在的問題

水電站自動化系統的廣泛運用及自動化元件的日益多元化，各廠家設備技術的創新，使得對水輪發電機所需配套的輔助設備、電氣設備、自動化元件的要求越來越高，而水電站的自動化水平很大程度上取決于配套設施性能的好壞。當前，柳城水電站自動化系統在這方面還存在以下問題：（1）由于當時選用的低壓氣機排氣量較大，2臺低壓空氣壓縮機基本處于備用狀態。氣水分離是通過壓縮機啟動運行后達到一定溫度來實現的，而實際工作中由于低壓氣機啟動時長短，經常出現過濾器堵塞現象。處理方法：選用1臺適合電站低壓氣使用情況的排量小的空氣壓縮機。（2）軸承供油的齒輪流量計由于計數不直觀及安裝不夠規范而損壞的現象較多。處理方法：使用直觀的玻璃轉子流量計能達到準確控制軸承流量的要求，更能防止軸瓦燒瓦現象。（3）JQK2－10型集成制動裝置容易出現漏氣及不能自動復歸或制動現象，由于是集成模塊，維護存在一定困難。

4 PCC調速器及雙微機控制靜止整流勵磁裝置的運用

（1）ZFST系列數字閥PCC可編程智能調速器是將諸多功能集成于可編程計算機控制器內，配以數字閥隨動系統構成的高可靠性的大型水輪機（雙調節型）調速器。它集成了可編程邏輯控制器（PLC）的標準控制功能和工業計算機的分時多任務操作系統功能，能方便地處理開關量、模擬量，進行回路調節，并能用高級語言編程，具備大型機的分析運算能力。其硬件具有獨特新穎的插拔式模塊結構，可使系統得到靈活多樣的擴展和組合。軟件也具備模塊結構，系統擴展時只需在原有基礎上疊加運用軟件模塊。CPU運行效率高，用戶存儲器容量大。在電液轉換方面，采用數字閥替代傳統的電液轉換器和主配壓閥，降低了對油質的要求，從根本上避免了電液轉換器發卡的弊病。由于數字閥技術是采用德國的高速電磁閥為先導閥，以插裝閥為主閥，而且插裝閥的密封形式為錐閥，因此數字閥又具有液壓鎖的功能。正常運行時，根據水輪發電機廠家提供的幾組不同水頭下的協聯曲線值通過觸摸屏輸入PCC內，運行人員只需在界面設置水頭就能改變協聯曲線的選擇，以調節適合的槳葉開度，達到機組運行最佳工況。另當調速器異常時，PCC調速器能自動偵測故障信息，在觸摸屏上顯示“故障診斷畫面”，方便運行人員及時針對不同的故障進行分析和處理。（2）雙微機同步發電機可控硅勵磁裝置包含2套數字勵磁調節器、1套高集成模擬勵磁調節器、1套開關電源、2個主板、2套人機界面（觸摸屏）和1套雙機切換控制器。2套數字勵磁調節器分別為A機、B機，兩機可以在線手動投入切換，也可以自動切換。當A機主用（運行）時，B機熱備用（跟蹤），主用調節器丟脈沖或CPU故障時，熱備用調節器接管控制權自動轉換為主用調節器。數字勵磁調節器包含了1套電壓調節器AVR、1套電流調節器MCR和1套恒功率因數調節器APFR，三者可以在線手動相互切換使用，當AVR運行，PT斷相時CPU可自動切換到MCR運行，提高了電力系統的穩定性。

5 結語

綜上所述，柳城水電站采用自動化系統后可隨時發現與處理事故，減少停電時間，合理調配負荷，實現優化運行，有效節約電能，從而為能源管理提供了必要條件，提高了工作效率，中控主機還能對現場設備進行控制和調節，操作簡單可靠，大大提高了水電站的管理水平。從柳城水電站4年來的運行情況來看，自動化系統總體上運行穩定，具有良好的可擴充性和可維護性，功能強大，人機界面友好，未發生影響機組運行的故障或事故。

［1］謝云敏．水電站計算機監控技術．中國水利水電出版社，2006

［2］天津科音自控設備有限公司．PCC數字式水輪機調速器說明書

［3］何朝霞．電氣自動化在水電站中的應用．現代經濟信息，2009（8）

［4］中國水科院天津水利電力機電研究所．SFPL－20型雙微機同步發電機可控硅勵磁裝置