水电站技术供水自动控制技术研究

张建容

（中交天和机械设备制造有限公司南京分公司，江苏 南京 211800）

水电行业在我国的经济发展过程中，占据着主导地位，我国在最近几年的发展中，对水电站自动化建设、水电站计算机监控、水轮机调速还有水电站水力过渡的过程进行了大量研究，通过研究可以了解到，水电站技术供水的研究并不完善，相关性的研究也很不充分。水电的辅助设备属于水电站的技术供水，主要的作用是为水力发电机组提供冷却还有润滑水，通过这种方式，可以让水电在安全方面有很大的保障，这种方式在水电生产中起到的作用也至关重要。本文选择的控制方案属于联合控制，主要是刀和变频器的结合，这种控制器属于微型控制器，微型控制器里面带有储存空间的储存器和刀通道，主要负责的任务就是对信号进行来回切换和模拟，按照操作的命令具体执行操作步骤，然后在通过操作步骤完成需要的结果，最后通过制动器的输出来达到对信号的控制。控制系统包含了控制器和制动器，制动器的作用是对控制对象展开连接，然后执行命令，执行命令时，通过控制器把信号传送出去。在这个方案执行的过程中，逆变器用作制动器，主要负责的是传输电流信号，然后在通过电动机把信号发出，控制电机的速度主要负责的是供应的技术水量，确保供应的技术水量在可控范围内。

1 技术供水对象和结构

1.1 技术供水

不同运行的机电设备构建成水电站技术供水，主要是通过水冷变压器和水冷空气压缩机构成，在这里冷却设备的操作在技术供水中至关重要。

1.2 技术供水结构

1.2.1 发电机空气冷却器

水电发电机的冷却介质一般情况下都是以空气为主，发电机产生热量的过程中，空气就会发挥作用，把热量带走，并且通风的方式也是运用空气产生流动。中等机型在我国大多数采用的通风方式都是以闭式为主，低功率的发电机采用的和中等机型有明显差别，这种情况下就表示发电机的空间已经处于闭合的状态。发电机的线圈还有铁芯的热量都是结合通风口的位置来完成吸收，把热量吸收到热空气中，这种情况下热空气在冷却器的带动下，就会出现冷却的现象，然后在传送到发电机的位置。空气冷却器的组装是通过大量的黄铜水管构成的热交换器，主要是为了让吸热效果达到规定要求，这种情况下，可以在黄铜片上添加规定数量的铜片，空气冷却器的冷却效果和发电机功率有特殊联系，发电机的发电效率越稳定，空气冷却器的冷却效果就越好。

1.2.2 发电机推力轴承冷却器

轴承一旦进入到涡轮机油当中时，热量的传递会通过轴承传递到油当中，这部分的热量如果没有及时排出，就会对轴承的使用年限还有运行产生重要影响，严重的情况下，还会加速汽轮机油的恶化。一般有两种方式可以把发电机的油进行冷却，分别是内部冷却和外部冷却，内部冷却是通过把冷却器放入到油箱当中，冷却完成以后，成为润滑油，这样才能让轴承保持在最佳状态。外部冷却是结合润滑油完成操作，润滑油通过油泵传送到冷却器中，以此达到冷却状态。

1.2.3 水冷式空气压缩机的冷却

空气被压缩以后，温度会发生变化，会随着空气压缩而不断上升，这种情况下，必须要通过冷却空气压缩机的气缸把压缩空气的温度降到最低范围，最大程度的避免润滑剂达到碳化温度，就不会出现碳沉积还有润滑剂分解的情况，可以有效保障工作任务的完成，还可以增加工作效率。空气压缩机的冷却方式分2种情况，分别是水冷式和空冷式。

2 变频恒压技术供水的理论分析

2.1 一般供水的基本特性

在供水管道开度恒定的前提下，流量与泵头在一定速度下的流量关系是供水系统的基本特征和工作的升力特性。在相同的泵速和阀门下，用户使用的水量会影响流速,开口处供水管的水头还有阀门产生的流量关系属于管道阻力特性。管道阻力的曲线主要是为了解决泵系统在水位中的压力差还有在管道中液体的流动阻力差，在相同的阀门开口处，头部越大，流动越大。阀门开度产生变化时，系统对用户的供水能力在一定程度上也会出现差异，在这里管道阻力的曲线主要体现出了水头和供水之间的关系。

2.2 PCL的工作过程

虽然PCL具有许多微电脑功能，但其工作模式与微电脑的工作模式有很大不同，PCL的扫描过程实际上就是程序的执行，一次扫描输入图像寄存器的全部输入过程和外部的输入信号都处于写入状态。在特定时间范围内，对输入图像寄存器进行刷新，在刷新的过程中对程序命令完成执行，然后在进行采样，采样完成以后，进入到图像寄存器的内容并不会发生任何的变化，但是唯一存在差异的就是输入信号，等到下一个扫描周期才能恢复正常。程序在执行的过程中，程序的每个步骤都会被执行，扫描也必须按照步骤和指令操作完成，具体是按照上、下、下、左还有右的顺序进行，在图像寄存器中读取输入状态，找到需要的内容，在组件寄存器读取设备所需要的状态，对读取还有执行的结果采取写入形式，主要写入的位置是在组件图像寄存器中，用户在全部程序操作完成后，这时组件寄存器中的组件输出就会完成传送，传送的位置是锁存器，然后在把输出的模块的功率进行放大，完成隔离的操作指令，这样被驱动的用户输出设备就会完成转换，转换成受控设备，这样接收到的信号还有电压就会完成驱动的流程。

2.3 变频器的构成

变频器分为2种形式：单手支付和单手操作。AC-AC转换器可以直接将工频AC转换为可由频率和电压控制的AC，也称为直接逆变器，在AC的情况下，AC驱动器首先通过整流器将工频AC转换为DC，然后将DC转换为可由频率和电压控制的AC。转换器电网二端的侧转换器非常重要，是用于整流三相和单相AC到DC之间的整流器，逆变器负载侧位置的变流器属于逆变器，属于半导体主开关器件的三相桥式逆变器电路结构中最普遍的结构。

中间直流链路都属于感性负载，这是因为逆变器的负载采用的电机形式是异步电动机，异步电动机不管在任何情况下，处于电动状态还是制动发电状态，功率都不会保持不变，都会出现变化，这种情况下中间DC链路和电动机之间的关系都是无功率之间的转换。这种能量是通过中间位置的DC链路的元件电容器和电抗器完成缓冲，所以中间DC链路属于能量存储的重要内容。高能逆变器主要是通过微型计算机对全数字数控进行控制，在结合简便操作的硬件电路，通过软件完成不同的操作目标和任务，最后通过模拟控制的功能模块，完成软件灵活性和数字控制。

3 技术供水控制系统硬件设计

3.1 技术供水控制系统功能特点

水电站技术供水的最终目标就是对发电机组的主要设备完成冷却，在此期间，供水不能够有任何的间断，还有明确的规定，对供水的温度、供水的流量还有供水的压力都有严格要求，一旦有波及到水温问题时，就必须要重视起来，冷却的效果也会随着水温的变化产生影响，冷却器的进口温度对解决技术供水需求量有很大的帮助。对技术供水系统在设计的过程中，必须要考虑的因素就是水电站技术供水的主要特点。第一技术供水的连续性必须要有所了解，一旦因为外界因素造成技术供水出现异常的现象，这种情况下发电机组的发出电力就会受到影响，该系统必须要考虑和具备安全保护功能，在第一时间起到对水电站的保护，对水电站今后的发展有很大的帮助。

3.2 控制系统方案设计与选择

现阶段在市场上，该系统的功能十分丰富，单片机和变频器可以在第一时间完成通讯、报警、数据处理还有实时控制等功能，而且还会产生一定的经济效益。水电站技术供电控制系统对于市场的需求还有设计的要求都有明确规定，供水基板的变频泵装置的流量传感器和温度传感器的结构非常简单，主要是在变频器供水板的位置上进行操作，集中了调节器还有可编程控制器等其他硬件，最后在通过设置功能传送命令，真正达到电子控制系统的目的。这种结构的虽然减小了电路结构，在成本上也有了降低，但是还是存在很多不便，主要体现在设定显示不足还有流动温度上面。进水温度不能达到要求时，流量必须要进行调整，调整到不同的数值之间，但是对于参数的调整，很难做到统一处理，调整的范围减小，系统的稳定性能还有动态性能也就没有办法得到基本保障，这种情况下，输出接口可扩展性也很差，会造成数据通信困难和负载内存过量等严重后果，必须要采用内存低的输出接口完成任务。通用变频器单片机也有不足之处，就是开发周期时间长、逆变器功率过高还有干扰性很强，必须要采用相对应的干扰措施，只有这样才能让系统的稳定性更高。通常在硬件设计过程中，需要考虑的因素就是硬件配置和外部接线的确定，但是具备的优势也比较多，抗干扰能力达标、可靠性能稳定还有系统的稳定性能高，这种情况下，不管是供水单元的尺寸处于任何情况，相对应的解决方案都可以用于不同所需的供水场合。

3.3 变频恒压技术供水系统的组成

结合水电站技术供水的特点，可以通过泵、电机、工频还有变频来完成系统设计，耗水量小的情况下，可以打开一个泵完成运行，甚至还可以通过逆变器带动多个电机完成运行。对压力传感器的选择不会优先考虑，优先选择的系统是流量传感器，选择该系统的重要原因是官网压力计算，避免造成严重落差，在这种情况下，还应该考虑的因素是管道的直径和管道阻力，避免造成损失，管网流量保持不变时，压力也不会发生改变。

3.4 控制系统的相关设备及选择

系统所需要的硬件有相关扩展模块，变频器、水泵机组，软启动器或自祸变压器，流量传感器、温度传感器，使用隔离变压器，低压电器和控制柜。温度传感器和电子电路主要集成的位置是在小型硅芯片上，通过集成形成ASIC小型芯片，这种传感器的优势很多，有体积小、响应速度达标、成本控制低还有线性度增加等，对零度以下的温度还可以展开精准测量，稳定性也比较好。该系统使用的主要是查压流量传感器，通过对管道的节流装置进行转换，把节流装置的流体的流量转换成节流装置前后的差压，差压流量传染器的研究时间非常早，此项研究的技术也比较成熟，装置之间的内容和结构都非常完善。

4 结语

本文对水电站技术供水的特点还有传统技术供水的问题进行了研究，同时对现阶段自动化领域取得的进步有了一定考虑，通过研究分析，最终明确指出水电站技术供水和变频器结合起来的自动控制方式，讲述了水电站的发电效果、水电站设备使用年限的增加、人力财力的节约还有能源的节省，这些都给水电站技术供水带来了重要发展。在对技术供水系统现场的实际运作情况进行了监查，以最快速度做出反应,这对水电站技术供水控制系统的在发电组管理中有重要作用，对于新功能的控制还有优化对我们在今后的发展中有重要的参考性价值，为后面的研究提供了帮助，水电站技术供水在今后的发现过程中，一定会有所突破。