浅谈柳城水电站自动化系统的应用

吴秀兰

（河源市富源水电有限公司，广东 河源517554）

1 工程概况及系统简介

广东省东源县柳城水电站工程位于东江枫树坝—河源河段，枢纽工程位于广东省东源县柳城镇下坝村，上距柳城镇约2．4km，至龙川县城约20km，下距河源市区约58．3km，坝址控制集水面积8 153km2。本工程的任务以发电为主，兼顾航运。水库正常蓄水位为60．0m，相应水库库容为1 540m3，装设3台7．35MW灯泡贯流式水轮发电机组。

柳城水电站自动化系统采用分层分布开放式结构，利用光纤以太网连接，由中央控制室厂级计算机层和现地控制单元层组成，厂级计算机层包括主机、操作员工作站、工程师工作站、通讯管理机、以太网交换机、打印机，现地控制级有4台LCU（3台机组LCU，1台公用LCU），分别对3台机组、开关站和公用设备等进行实时监控。

2 柳城水电站自动化系统的功能

柳城水电站自动化系统具有遥信、遥测、遥控、遥调等功能，能实现安全监视与控制、电能统计、实时报警、事件顺序记录、事故追忆、制表打印等。具体如下：（1）完成机组自动开机。机组在启动前应满足开机准备条件，即机组温度正常、调速器无故障、剪断销未剪断、调速器无事故低油位、紧急停机按钮已复归、接力器锁定投入、机组出口断路器已分闸、事故停机继电器K1未动作、紧急停机继电器K2未动作、励磁装置无故障、调节器无故障。满足这些条件后，说明机组处于热备用状态，由运行人员在计算机监控台发出开机令。开机令发出后，根据预定流程，锁定拔出后自投入机组润滑油泵，技术供水阀全开、主轴密封供水全开且水量压力正常，开启机组润滑高位油箱轴承主供油电动阀，空冷风机投入、高顶投入且压力正常，制动闸复归，检修密封空气围带排气并无压。以上操作完成1min后，给调速器发开机令，打开导叶。当机组转速达到95%额定转速时，退出机组高压顶起油泵，合上灭磁开关，给励磁启励令，机端电压达到80%额定电压，复归调速器、励磁开机令，投入自动准同期装置，同期条件满足后，自动合上发电机断路器，机组带负荷运行。（2）完成机组正常停机。运行人员发出停机令后，根据自动化系统给定值，PLC自动把有功负荷和无功负荷分别减至300kW、300kvar以下。导叶关到空载，跳发电机出口断路器，给励磁停机令；电压降至5%Ue，给调速器停机令；当转速小于95%额定转速时，自动投入机组高压顶起油泵；导叶全关后，机组转速下降至35%额定转速时，投入机械制动闸。停机过程完成后，延时停止和复归机组辅助设备，停机完成。（3）完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视。如对发电机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组风机、冷却水系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等。当出现不正常工作状态或发生事故时，迅速而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。（4）完成对辅助设备如调速器压力油泵、漏油泵、轴承供油润滑油泵、技术供水泵、渗漏排水泵及中／低压气系统的空压机等的自动控制。（5）完成对主要一次电气设备如主变压器、厂用变压器、断路器、隔离刀闸的控制、监视和保护，对电力电缆及输电线路的保护。（6）完成对水工建筑物运行工况的控制和监视，如闸门工作状态的控制和监视、上下游水位的测量监视等。

总的来说，水电站自动化系统包括如下功能：机组自动开、停机，自动调节机组负荷分配，机组辅助设备自动控制，监视、控制、保护电气设备，测量、监视水位及流量等。

3 柳城水电站自动化系统存在的问题

水电站自动化系统的广泛运用及自动化元件的日益多元化，各厂家设备技术的创新，使得对水轮发电机所需配套的辅助设备、电气设备、自动化元件的要求越来越高，而水电站的自动化水平很大程度上取决于配套设施性能的好坏。当前，柳城水电站自动化系统在这方面还存在以下问题：（1）由于当时选用的低压气机排气量较大，2台低压空气压缩机基本处于备用状态。气水分离是通过压缩机启动运行后达到一定温度来实现的，而实际工作中由于低压气机启动时长短，经常出现过滤器堵塞现象。处理方法：选用1台适合电站低压气使用情况的排量小的空气压缩机。（2）轴承供油的齿轮流量计由于计数不直观及安装不够规范而损坏的现象较多。处理方法：使用直观的玻璃转子流量计能达到准确控制轴承流量的要求，更能防止轴瓦烧瓦现象。（3）JQK2－10型集成制动装置容易出现漏气及不能自动复归或制动现象，由于是集成模块，维护存在一定困难。

4 PCC调速器及双微机控制静止整流励磁装置的运用

（1）ZFST系列数字阀PCC可编程智能调速器是将诸多功能集成于可编程计算机控制器内，配以数字阀随动系统构成的高可靠性的大型水轮机（双调节型）调速器。它集成了可编程逻辑控制器（PLC）的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统功能，能方便地处理开关量、模拟量，进行回路调节，并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力。其硬件具有独特新颖的插拔式模块结构，可使系统得到灵活多样的扩展和组合。软件也具备模块结构，系统扩展时只需在原有基础上叠加运用软件模块。CPU运行效率高，用户存储器容量大。在电液转换方面，采用数字阀替代传统的电液转换器和主配压阀，降低了对油质的要求，从根本上避免了电液转换器发卡的弊病。由于数字阀技术是采用德国的高速电磁阀为先导阀，以插装阀为主阀，而且插装阀的密封形式为锥阀，因此数字阀又具有液压锁的功能。正常运行时，根据水轮发电机厂家提供的几组不同水头下的协联曲线值通过触摸屏输入PCC内，运行人员只需在界面设置水头就能改变协联曲线的选择，以调节适合的桨叶开度，达到机组运行最佳工况。另当调速器异常时，PCC调速器能自动侦测故障信息，在触摸屏上显示“故障诊断画面”，方便运行人员及时针对不同的故障进行分析和处理。（2）双微机同步发电机可控硅励磁装置包含2套数字励磁调节器、1套高集成模拟励磁调节器、1套开关电源、2个主板、2套人机界面（触摸屏）和1套双机切换控制器。2套数字励磁调节器分别为A机、B机，两机可以在线手动投入切换，也可以自动切换。当A机主用（运行）时，B机热备用（跟踪），主用调节器丢脉冲或CPU故障时，热备用调节器接管控制权自动转换为主用调节器。数字励磁调节器包含了1套电压调节器AVR、1套电流调节器MCR和1套恒功率因数调节器APFR，三者可以在线手动相互切换使用，当AVR运行，PT断相时CPU可自动切换到MCR运行，提高了电力系统的稳定性。

5 结语

综上所述，柳城水电站采用自动化系统后可随时发现与处理事故，减少停电时间，合理调配负荷，实现优化运行，有效节约电能，从而为能源管理提供了必要条件，提高了工作效率，中控主机还能对现场设备进行控制和调节，操作简单可靠，大大提高了水电站的管理水平。从柳城水电站4年来的运行情况来看，自动化系统总体上运行稳定，具有良好的可扩充性和可维护性，功能强大，人机界面友好，未发生影响机组运行的故障或事故。

［1］谢云敏．水电站计算机监控技术．中国水利水电出版社，2006

［2］天津科音自控设备有限公司．PCC数字式水轮机调速器说明书

［3］何朝霞．电气自动化在水电站中的应用．现代经济信息，2009（8）

［4］中国水科院天津水利电力机电研究所．SFPL－20型双微机同步发电机可控硅励磁装置