水力发电厂水轮发电机组监控系统的自动化控制及应用

曹德鑫

摘要：在水力发电厂运行中，水轮机的状态会直接影响发电性能，因此要高度重视水轮发电机监控系统自动化运行控制，确保故障自动化处理，减少运行损失。本文根据水力发电厂的实际特点，从结构、组成、功能、通讯等方面介绍了水轮发电机组监控系统的自动化控制系统，并且提出有效应用策略，推动水力发电厂的全面发展。

关键词：水力发电厂;水轮发电机组;监控系统;自动化控制;应用

气候问题和能源危机对全人类的发展造成严重威胁，因此在新时期需要高度重视清洁能源的利用。水力发电具有节能环保无污染等特点，同时还可以调蓄旱涝灾害，维护生态平衡，对社会的发展具有十分重要的意义。水力发电厂水轮发电机组其主要工作方式是用电脑监控系统作为主控方式，并有简单的手工操作面板。当监测系统出现故障时，自动化控制就能够自动启动-停止循环，以提高水轮发电机组可靠性。

一、水力发电厂水轮发电机组监控系统的自动化控制特点

自动化控制系统的开发与运行需要符合IEEE、ISO等开放系统标准所要求的应用开发环境、用户界面环境、系统互联环境。取消自动调速器，采用TC水力水力操纵器、无刷式激励器等[1]。针对水力发电厂的特点，系统采用组屏方式，确保二次控制、一次设备、保护设备等一机一屏，整体上层次化结构清晰，结构灵活，实用性强、性价比高。自动化控制系统具有很高的扩展性，整个系统可以通过x-networks连接，并能根据需要灵活地配置每个单元。通过软硬件结合实现了系统模块化设计，装备相对独立，便于维修。一台设备发生故障不影响其他设备运行。上位机和现地控制器软件具有多种防雷保护及抗干扰措施，包括综合防故障、自诊断、自恢复、双重闭锁。主站点使用Windows多任务操作系统，使用中文表达的人机界面友好，可显示测量与控制，保障资料细节。数据实时显示，通道和系统状态监测，局部遥控操作。系统采用通讯为核心的画面结构，各功能单元以总线形式连接到整个系统。设置调试窗口。此窗可配有便携背景电脑、GPS时钟、通讯接口、交流及直流屏、智能仪器及微机的防误动作锁定系统。自动控制系统设备的电源主要是AC220v，DC 220 v作为备用，具有交流电源与直流电源自动切换功能。此外，整个系统的接地部分组成3～5 kwup组件，要求接地系统与整个水电站的接地装置相连。因为系统在被监视的电脑上被配置成手工操作和控制。配置包括：计算机、打印机、大屏幕显示（CRT）、不间断电源（UPS）和卫星同步装置（GPS），主要由主站级、本地控制单元级（LCU）、通信服务器组成。该系统主要由单元LCU、公用设备LCU、变电所LCU组成。本机控制台是以工控机（IPC）+可编程控器（PLC）+自动手动操纵装置的形式。常见的自动手动操作装置有：微型计算机操纵器、微机同步器、测温装置、微型计算机激励调节器、微型测速仪。它们既能独立工作，又能与本单位现场控制单元的管道通讯，接收指令及反馈信息。PLC主要负责单元顺序操作和数据收集，IPC主要负责数据处理、控制操作、历史事件记录、报警，人机联络，与工厂级电脑通讯及联络等功能。带有白色移动设备。公用LCU主要完成辅机运行状态的监测工作，变电站LCU主要操作设备和断路器，并对电力设备进行保护。

二、水力发电厂水轮发电机组监控系统的自动化控制应用

（一）起动控制

水轮发电机工作起动十分重要，如起动不当设备与其它辅助设备就不能协同工作，最终导致正常稳定的电网接线发电失败。给水阀门只有在符合起动条件的情况下开启，要确定机组是否运转正常，刹车系统是否有压力，发电机的插头电路断路器是否关闭，伺服马达锁定是否拔掉之后才能启动。阀门状况确认无误后再接通电源，开启调速器，分析判断发电机是否正常。在转速空转的情况下，开启失振开关，可同时启动加压。在无负载时，需仔细确认开关位置是否符合同一循环。符合要求，确认后即可使用。在启动期间，每一工序之间都要设置一些延时。若流程在此时间内不能成功完成，则会发出警告，并取消下一个过程。始终检测到断路器未关闭，启动操作被完全取消[2]。

（二）停机控制

相当于系统起动，停机等于系统结束运行。当设备的负荷释放时，电路中的断路器会首先启动，此时设备会自动断开与系统的连接。PLC检测到相应的跳闸信号后，失励磁极自动跳闸调速器减速，发电机立刻启动。调速时，水轮发电机组进口蝶阀关闭。刹车方式分为机械刹车和机械刹车两种，虽然比较简单，但制动器在刹车过程中磨损很大，很难更换。将合适的激励流注入合适的转子，通过电磁阻力矩实现制动，这种方法相对于机械制动效率较高，但是系统布线较为复杂，使用PLC实现简单。在停机时，一般采用电气制动方式制动，并辅以PLC技术应用。

（三）應急停车控制

在实际运行中必然出现故障，这种情况下，必须在一定的时间内停止和中断运行。与此同时，为了最大限度地减少事故造成的伤害，必须加快关闭动作速度。针对这种需求，PLC技术可在一定程度上简化停机步骤，并没有减少电池负载。该方案采用相应的开关跳闸，可实现应急关断，具有较好的应用功能。

（四）机组温度监测

水力发电机配有与各单元相对应的温度监测装置。它主要由控制单元LCU组成监控设备温度。当温度在正常温度稍微高一点时，PLC立刻报警。如温度超过正常温度，PLC会迅速启动紧急停机步骤，避免故障发生。单位损坏。修复损害。

（五）机组功率调节

运行人员通过操作员工作站，完成对发电机组的功率调节。通过AGC组态软件对系统频率、母线电压、有功、计算方法进行设定，也可对单台机组的水头要求、功率要求、开停机要求等参数进行设置，以满足经济负荷分配、机组最优组合等要求。根据发电机组的状况和约束条件，确定开机台数、各个机组间负荷分配，执行闭环或开环操作。

（六）数据采集和处理

由数据库服务器、通讯服务器完成。通过对电厂的功率、电压、频率、电量、非电量、设备状态以及通道状态进行数据采集，实现对电厂现地设备的统一监视、调控和管理。计算机监控系统对采集到的数据进行有效性、合理性检查，对不可用数据给出无效标志。

（七）报表系统

采用电子表格方式组织、显示报表，支持运行日志、月、年统计以及各种特殊统计表格，支持各种公式计算，便于数据二次处理，支持报表数据离线查询。

（八）事件顺序记录、事故、故障报警及记录

监控系统可记录各个重要事件的动作、事件发生时间（年、月、日、时、分、秒、毫秒）、事件名称、事件性质、并根据运行要求产生报警和记录;

结束语：

在对电力的需求日益增加的情况下，水轮发电机自动化控制系统将是大势所趋。当前，中国在水电发电机使用方面还有许多不足之处。对此，要实现水轮发电机组的研制，必须对PLC技术进行学习，并将其与水轮发电机组充分结合。自控功能。从安全保障的角度来看减少了大量人力资源投入，但效率很高。

参考文献：

[1]吴威，董勤.景洪电厂机组有功功率异常波动的分析及处理[J].云南水力发电，2019，35（02）：100-102.

[2]李霄，亓劼，李俊松，葛耀，刘佳佳.一次大型水轮发电机逆功率保护动作的分析与保护配置探索——以构皮滩发电厂为例[J].大众用电，2021，36（05）：81-82+63.