水電站技術供水自動控制技術研究

張建容

（中交天和機械設備制造有限公司南京分公司，江蘇 南京 211800）

水電行業(yè)在我國的經(jīng)濟發(fā)展過程中，占據(jù)著主導地位，我國在最近幾年的發(fā)展中，對水電站自動化建設、水電站計算機監(jiān)控、水輪機調速還有水電站水力過渡的過程進行了大量研究，通過研究可以了解到，水電站技術供水的研究并不完善，相關性的研究也很不充分。水電的輔助設備屬于水電站的技術供水，主要的作用是為水力發(fā)電機組提供冷卻還有潤滑水，通過這種方式，可以讓水電在安全方面有很大的保障，這種方式在水電生產(chǎn)中起到的作用也至關重要。本文選擇的控制方案屬于聯(lián)合控制，主要是刀和變頻器的結合，這種控制器屬于微型控制器，微型控制器里面帶有儲存空間的儲存器和刀通道，主要負責的任務就是對信號進行來回切換和模擬，按照操作的命令具體執(zhí)行操作步驟，然后在通過操作步驟完成需要的結果，最后通過制動器的輸出來達到對信號的控制。控制系統(tǒng)包含了控制器和制動器，制動器的作用是對控制對象展開連接，然后執(zhí)行命令，執(zhí)行命令時，通過控制器把信號傳送出去。在這個方案執(zhí)行的過程中，逆變器用作制動器，主要負責的是傳輸電流信號，然后在通過電動機把信號發(fā)出，控制電機的速度主要負責的是供應的技術水量，確保供應的技術水量在可控范圍內。

1 技術供水對象和結構

1.1 技術供水

不同運行的機電設備構建成水電站技術供水，主要是通過水冷變壓器和水冷空氣壓縮機構成，在這里冷卻設備的操作在技術供水中至關重要。

1.2 技術供水結構

1.2.1 發(fā)電機空氣冷卻器

水電發(fā)電機的冷卻介質一般情況下都是以空氣為主，發(fā)電機產(chǎn)生熱量的過程中，空氣就會發(fā)揮作用，把熱量帶走，并且通風的方式也是運用空氣產(chǎn)生流動。中等機型在我國大多數(shù)采用的通風方式都是以閉式為主，低功率的發(fā)電機采用的和中等機型有明顯差別，這種情況下就表示發(fā)電機的空間已經(jīng)處于閉合的狀態(tài)。發(fā)電機的線圈還有鐵芯的熱量都是結合通風口的位置來完成吸收，把熱量吸收到熱空氣中，這種情況下熱空氣在冷卻器的帶動下，就會出現(xiàn)冷卻的現(xiàn)象，然后在傳送到發(fā)電機的位置。空氣冷卻器的組裝是通過大量的黃銅水管構成的熱交換器，主要是為了讓吸熱效果達到規(guī)定要求，這種情況下，可以在黃銅片上添加規(guī)定數(shù)量的銅片，空氣冷卻器的冷卻效果和發(fā)電機功率有特殊聯(lián)系，發(fā)電機的發(fā)電效率越穩(wěn)定，空氣冷卻器的冷卻效果就越好。

1.2.2 發(fā)電機推力軸承冷卻器

軸承一旦進入到渦輪機油當中時，熱量的傳遞會通過軸承傳遞到油當中，這部分的熱量如果沒有及時排出，就會對軸承的使用年限還有運行產(chǎn)生重要影響，嚴重的情況下，還會加速汽輪機油的惡化。一般有兩種方式可以把發(fā)電機的油進行冷卻，分別是內部冷卻和外部冷卻，內部冷卻是通過把冷卻器放入到油箱當中，冷卻完成以后，成為潤滑油，這樣才能讓軸承保持在最佳狀態(tài)。外部冷卻是結合潤滑油完成操作，潤滑油通過油泵傳送到冷卻器中，以此達到冷卻狀態(tài)。

1.2.3 水冷式空氣壓縮機的冷卻

空氣被壓縮以后，溫度會發(fā)生變化，會隨著空氣壓縮而不斷上升，這種情況下，必須要通過冷卻空氣壓縮機的氣缸把壓縮空氣的溫度降到最低范圍，最大程度的避免潤滑劑達到碳化溫度，就不會出現(xiàn)碳沉積還有潤滑劑分解的情況，可以有效保障工作任務的完成，還可以增加工作效率。空氣壓縮機的冷卻方式分2種情況，分別是水冷式和空冷式。

2 變頻恒壓技術供水的理論分析

2.1 一般供水的基本特性

在供水管道開度恒定的前提下，流量與泵頭在一定速度下的流量關系是供水系統(tǒng)的基本特征和工作的升力特性。在相同的泵速和閥門下，用戶使用的水量會影響流速,開口處供水管的水頭還有閥門產(chǎn)生的流量關系屬于管道阻力特性。管道阻力的曲線主要是為了解決泵系統(tǒng)在水位中的壓力差還有在管道中液體的流動阻力差，在相同的閥門開口處，頭部越大，流動越大。閥門開度產(chǎn)生變化時，系統(tǒng)對用戶的供水能力在一定程度上也會出現(xiàn)差異，在這里管道阻力的曲線主要體現(xiàn)出了水頭和供水之間的關系。

2.2 PCL的工作過程

雖然PCL具有許多微電腦功能，但其工作模式與微電腦的工作模式有很大不同，PCL的掃描過程實際上就是程序的執(zhí)行，一次掃描輸入圖像寄存器的全部輸入過程和外部的輸入信號都處于寫入狀態(tài)。在特定時間范圍內，對輸入圖像寄存器進行刷新，在刷新的過程中對程序命令完成執(zhí)行，然后在進行采樣，采樣完成以后，進入到圖像寄存器的內容并不會發(fā)生任何的變化，但是唯一存在差異的就是輸入信號，等到下一個掃描周期才能恢復正常。程序在執(zhí)行的過程中，程序的每個步驟都會被執(zhí)行，掃描也必須按照步驟和指令操作完成，具體是按照上、下、下、左還有右的順序進行，在圖像寄存器中讀取輸入狀態(tài)，找到需要的內容，在組件寄存器讀取設備所需要的狀態(tài)，對讀取還有執(zhí)行的結果采取寫入形式，主要寫入的位置是在組件圖像寄存器中，用戶在全部程序操作完成后，這時組件寄存器中的組件輸出就會完成傳送，傳送的位置是鎖存器，然后在把輸出的模塊的功率進行放大，完成隔離的操作指令，這樣被驅動的用戶輸出設備就會完成轉換，轉換成受控設備，這樣接收到的信號還有電壓就會完成驅動的流程。

2.3 變頻器的構成

變頻器分為2種形式：單手支付和單手操作。AC-AC轉換器可以直接將工頻AC轉換為可由頻率和電壓控制的AC，也稱為直接逆變器，在AC的情況下，AC驅動器首先通過整流器將工頻AC轉換為DC，然后將DC轉換為可由頻率和電壓控制的AC。轉換器電網(wǎng)二端的側轉換器非常重要，是用于整流三相和單相AC到DC之間的整流器，逆變器負載側位置的變流器屬于逆變器，屬于半導體主開關器件的三相橋式逆變器電路結構中最普遍的結構。

中間直流鏈路都屬于感性負載，這是因為逆變器的負載采用的電機形式是異步電動機，異步電動機不管在任何情況下，處于電動狀態(tài)還是制動發(fā)電狀態(tài)，功率都不會保持不變，都會出現(xiàn)變化，這種情況下中間DC鏈路和電動機之間的關系都是無功率之間的轉換。這種能量是通過中間位置的DC鏈路的元件電容器和電抗器完成緩沖，所以中間DC鏈路屬于能量存儲的重要內容。高能逆變器主要是通過微型計算機對全數(shù)字數(shù)控進行控制，在結合簡便操作的硬件電路，通過軟件完成不同的操作目標和任務，最后通過模擬控制的功能模塊，完成軟件靈活性和數(shù)字控制。

3 技術供水控制系統(tǒng)硬件設計

3.1 技術供水控制系統(tǒng)功能特點

水電站技術供水的最終目標就是對發(fā)電機組的主要設備完成冷卻，在此期間，供水不能夠有任何的間斷，還有明確的規(guī)定，對供水的溫度、供水的流量還有供水的壓力都有嚴格要求，一旦有波及到水溫問題時，就必須要重視起來，冷卻的效果也會隨著水溫的變化產(chǎn)生影響，冷卻器的進口溫度對解決技術供水需求量有很大的幫助。對技術供水系統(tǒng)在設計的過程中，必須要考慮的因素就是水電站技術供水的主要特點。第一技術供水的連續(xù)性必須要有所了解，一旦因為外界因素造成技術供水出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，這種情況下發(fā)電機組的發(fā)出電力就會受到影響，該系統(tǒng)必須要考慮和具備安全保護功能，在第一時間起到對水電站的保護，對水電站今后的發(fā)展有很大的幫助。

3.2 控制系統(tǒng)方案設計與選擇

現(xiàn)階段在市場上，該系統(tǒng)的功能十分豐富，單片機和變頻器可以在第一時間完成通訊、報警、數(shù)據(jù)處理還有實時控制等功能，而且還會產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。水電站技術供電控制系統(tǒng)對于市場的需求還有設計的要求都有明確規(guī)定，供水基板的變頻泵裝置的流量傳感器和溫度傳感器的結構非常簡單，主要是在變頻器供水板的位置上進行操作，集中了調節(jié)器還有可編程控制器等其他硬件，最后在通過設置功能傳送命令，真正達到電子控制系統(tǒng)的目的。這種結構的雖然減小了電路結構，在成本上也有了降低，但是還是存在很多不便，主要體現(xiàn)在設定顯示不足還有流動溫度上面。進水溫度不能達到要求時，流量必須要進行調整，調整到不同的數(shù)值之間，但是對于參數(shù)的調整，很難做到統(tǒng)一處理，調整的范圍減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能還有動態(tài)性能也就沒有辦法得到基本保障，這種情況下，輸出接口可擴展性也很差，會造成數(shù)據(jù)通信困難和負載內存過量等嚴重后果，必須要采用內存低的輸出接口完成任務。通用變頻器單片機也有不足之處，就是開發(fā)周期時間長、逆變器功率過高還有干擾性很強，必須要采用相對應的干擾措施，只有這樣才能讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性更高。通常在硬件設計過程中，需要考慮的因素就是硬件配置和外部接線的確定，但是具備的優(yōu)勢也比較多，抗干擾能力達標、可靠性能穩(wěn)定還有系統(tǒng)的穩(wěn)定性能高，這種情況下，不管是供水單元的尺寸處于任何情況，相對應的解決方案都可以用于不同所需的供水場合。

3.3 變頻恒壓技術供水系統(tǒng)的組成

結合水電站技術供水的特點，可以通過泵、電機、工頻還有變頻來完成系統(tǒng)設計，耗水量小的情況下，可以打開一個泵完成運行，甚至還可以通過逆變器帶動多個電機完成運行。對壓力傳感器的選擇不會優(yōu)先考慮，優(yōu)先選擇的系統(tǒng)是流量傳感器，選擇該系統(tǒng)的重要原因是官網(wǎng)壓力計算，避免造成嚴重落差，在這種情況下，還應該考慮的因素是管道的直徑和管道阻力，避免造成損失，管網(wǎng)流量保持不變時，壓力也不會發(fā)生改變。

3.4 控制系統(tǒng)的相關設備及選擇

系統(tǒng)所需要的硬件有相關擴展模塊，變頻器、水泵機組，軟啟動器或自禍變壓器，流量傳感器、溫度傳感器，使用隔離變壓器，低壓電器和控制柜。溫度傳感器和電子電路主要集成的位置是在小型硅芯片上，通過集成形成ASIC小型芯片，這種傳感器的優(yōu)勢很多，有體積小、響應速度達標、成本控制低還有線性度增加等，對零度以下的溫度還可以展開精準測量，穩(wěn)定性也比較好。該系統(tǒng)使用的主要是查壓流量傳感器，通過對管道的節(jié)流裝置進行轉換，把節(jié)流裝置的流體的流量轉換成節(jié)流裝置前后的差壓，差壓流量傳染器的研究時間非常早，此項研究的技術也比較成熟，裝置之間的內容和結構都非常完善。

4 結語

本文對水電站技術供水的特點還有傳統(tǒng)技術供水的問題進行了研究，同時對現(xiàn)階段自動化領域取得的進步有了一定考慮，通過研究分析，最終明確指出水電站技術供水和變頻器結合起來的自動控制方式，講述了水電站的發(fā)電效果、水電站設備使用年限的增加、人力財力的節(jié)約還有能源的節(jié)省，這些都給水電站技術供水帶來了重要發(fā)展。在對技術供水系統(tǒng)現(xiàn)場的實際運作情況進行了監(jiān)查，以最快速度做出反應,這對水電站技術供水控制系統(tǒng)的在發(fā)電組管理中有重要作用，對于新功能的控制還有優(yōu)化對我們在今后的發(fā)展中有重要的參考性價值，為后面的研究提供了幫助，水電站技術供水在今后的發(fā)現(xiàn)過程中，一定會有所突破。