微电脑控制器在水轮发电机组控制系统中应用

颜宏远

福建能源集团永安煤业池坪煤矿 福建三明 365000

微电脑控制器在水轮发电机组控制系统中应用

颜宏远

福建能源集团永安煤业池坪煤矿 福建三明 365000

原水轮发电机组与外网同期并网、与外网解裂停机都是在由人工操作完成的。加装微电脑控制器后水轮发电机组经微电脑控制器检测即实现自动并网又起到解裂保护功能。

水轮发电机组;同期;自动并网;解裂保护

1、概述

我司现有三个小水电站，三水电合计装机容量1365KW,有7台混流式水轮发电机组。改造前，当水轮发电机组发电通过升压变压器与省网并网时，操作人员必须通过观察并网同步指示灯、电压表、频率表等进行人工合闸并网。当省网与水电解列时，操作人员往往来不及“停车”造成水轮发电机产生高速运转，造成“飞车”所产生的高频率和高电压致使电网中的其它设备烧毁及自身发电机组的损坏。后在水轮发电机组原有控制系统上加装一套微电脑控制装置，以实现水电发电机组自动并网、解裂时通过调速电机迅速将水轮机组关闭至空载状态起到自身发电机组的保护作用。

2、自动并网功能（微电脑电气控制原理如图）

准同期操作较难掌握的是频率差和相位角差，这两个要素对等待时间和冲击电流影响又最大。其自动并网过程是将微电脑控制器面板上的【功能设定】旋钮转在【同期】档，微电脑接通(1-3或1-5）且发出“开大”或“关小”信号，控制电动机正转（KM1）或反转(KM2)，快速调整水轮机转速与电网频率相等。当微电脑捕捉到发电机频率与电网频率之差进入±0.25Hz，相角差由大及小进入20°时，微电脑（9、10）常开点接通原来PGL控制柜的ME-630断路器人工合闸常开按钮发出合闸命令实现自动并网功能。

2.1 操作简单

1）自励建压后，调整电压与外网基本一致。2）拨上微电脑电源，微电脑将自动控制“开大”“关小”使频率接近至50HZ，同时调节励磁使发电机组电压与外网电压基本一致。3）将微电脑开关将【常态】转向【同期】，微电脑控制器通过（13、16）外网、（18、20）发电机端电压信号，检测自动调节至各参数（电压、频率、相位）同步时发出并网信号“HHHH”，此时ME-630断路器将自动合闸。4）将【同期】转回【常态】，然后通过“开大”按钮点动逐步加大发电功率。

2.2 自动并网、自动调速的效果

一是避免因人工合闸并网时，在不同步误操作的情况下造成发电机烧毁和开关损坏。二是减轻了操作人员脑力劳动和体力劳动。我司大部分小电站，机组与控制屏不在同一处，通常要由一个人在机组旁边调整转速，另一个人在控制屏进行同期操作，这样才不会一个人来回的跑动来实现同步并网，技改后只需一人在控制屏处操作就可实现同步并网了，并可腾出一人固定在前池“捞草”可有效提高发电效率。同时并网过程中减少冲击电流对保护机组、延长空气开关寿命也起重要作用。

3、解裂保护

如因某种原因当省网与水电解裂时，操作人员往往来不及关机造成水轮发电机组“飞车”现象。由于高速运转所产生的高频率和高电压，或是断路器未能时关断将造成发电机组冲击电网中的其它电气设备及自身发电机组的损坏。

3.1 解裂保护工作过程

联网的发电机组安装了微电脑控制器时当：【运行方式】旋至【大网】档时，在外网频率出现异常的瞬间（即变电所开关跳闸后的第一时间）电脑就检测到，若符合下列情况：①频率≥50.5Hz同时电压≥456V；②频率≥51.0Hz同时电压≥437V；③电压＜418V但频率≥52.0Hz；④频率＜49.5Hz但是电压≥456V（延时0.5秒）；电脑立即发出分闸信号：微电脑（6、7）常开点接通原来PGL控制柜的ME-630断路器人工分闸常开按钮发出分闸命令，同时接通微电脑（1-3）利用本发电机组所发电源，迅速发出“关小”信号控制电动机反转(KM2)，快速调整水轮机导水机构使转速与电网频率相等（空载状态）。实现解裂保护功能。

4、提高了机组运行的可靠性和效益。

从我司水电站技改前后的运行情况表明，在各方面都有改善，主要表现为：技改前，人为操作，尽可能地增大发电量，提高水轮机转速，致使电网电压过高，影响了电网的供电质量。采用微电脑技改后，排除了人为因素的影响，使机组在正常周波和电压范围内运行，确保了电网的供电质量。由于手动操作，在机组发生故障或电网突然跳闸甩负荷时，运行值班人员来不及操作，容易引起飞车事故的发生，造成机电设备的损坏和人员的伤害。如2012年8月，因雷雨天气引起外网跳闸由于没能及时同时关闭三台水轮机组造成3号机组（SFW160）160KW发电机定子绕组烧毁、励磁发电机损坏，造成2.05万元的直接经济损失，更主要是影响了发电高峰期（汛期）的发电效益其间接经济损失160Kw*24h/天*30天*0.56元/kw.h=6.45万元。技改后，当与外网解裂后可立即自动发出过速信号，发电机主开关分闸、调速电机立即关机控制水轮机运行在空载状态，可以确保机电设备和人员的安全，设备完好率有了较大的提高。由于设备完好率提高，停机次数少，恢复发电时间短，其发电效益得到了正常的发挥。本套装置采用微电脑装置与原来手工合闸、分闸合为一体，互为转换备用，转换操作简便。采用微电脑装置时，利用原电气装置与微电脑相配合，达到自动并网与解裂保护的目的。当微电脑装置出现故障时，只需拨动钮子转换开关、关闭微电脑电源即可转换为手动操作（同步灯）继续发电。

5、结语

采用微电脑对小水电站进行技术改造，不仅能确保电能质量的稳定，提高机组运行的安全度和设备完好率，增加发电效益及降低运行费用，是一种投资少、见效快的技改办法。还可利用微电脑的控制功能，增设在前池上配置水位自动临测装置，实现按水位自动调节出力的功能、远程控制功能等等，为今后的进一步技术革新打下良好基础。

颜宏远，机电高级工程师，研究方向：机电技术工作。