檢測和自動化技術(shù)在水力發(fā)電廠的應(yīng)用

1、檢測和自動化技術(shù)在水力發(fā)電廠的應(yīng)用（一）水電站檢測與自動化概述1.水電站檢測與自動化的作用水電站的檢測與自動化就是要使水電站生產(chǎn)過程的操作、控制和監(jiān)視，能夠在無人（或少人）直接參與的情況下，按預(yù)定的計劃或程序自動地進(jìn)行。水電站自動化程度是水電站現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，同時，自動化技術(shù)又是水電站安全經(jīng)濟(jì)運行必不可少的技術(shù)手段。水電站自動化的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）提高工作的可靠性：水電站實現(xiàn)檢測與自動化后，一方面可通過各種自動裝置快速、準(zhǔn)確、及時地進(jìn)行檢測、記錄和報警，既可防止不正常工作狀態(tài)發(fā)展成事故,又可使發(fā)生事故的設(shè)備免遭更嚴(yán)重的損壞，從而提高了供電的可靠性。另一方面，通過各種自動裝

2、置來完成水電站的各項操作和控制（如開停機操作和并列），不僅可以大大減少運行人員誤操作的可能，從而也減少了發(fā)生事故的機會；而且還可大大加快操作或控制的過程，尤其在發(fā)生事故的緊急情況下，保證系統(tǒng)的安全運行和對用戶的正常供電，具有非常重大的意義。（2）提高運行的經(jīng)濟(jì)性：水電站實現(xiàn)自動化后，可根據(jù)系統(tǒng)分配給電站的負(fù)荷和電站的具體條件，合理地進(jìn)行調(diào)度，保持高水頭運行，同時合理選擇開機臺數(shù)，使機組在高效率區(qū)運行，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。如何實現(xiàn)各電站合理最優(yōu)調(diào)度，避免不必要的棄水，充分利用好水力資源，對于梯級電站來說尤為重要。此外，水電站通常是水力資源綜合利用的一部分，要兼顧電力系統(tǒng)、航運、灌溉、防洪等多項

3、要求，經(jīng)濟(jì)運行條件復(fù)雜，單憑人工控制很難實現(xiàn)，實現(xiàn)自動化以后，將有助于電站經(jīng)濟(jì)運行任務(wù)的實現(xiàn)。特別是對于具有調(diào)節(jié)能力的水電站，應(yīng)用電子計算機不但可對水庫來水進(jìn)行預(yù)報計算，還可綜合水位、流量、系統(tǒng)負(fù)荷和各機組參數(shù)等參量，按經(jīng)濟(jì)運行程序進(jìn)行自動控制，大大提高運行的經(jīng)濟(jì)性。（3）保證電能質(zhì)量：我們知道，電壓和頻率作為衡量電能質(zhì)量好壞兩項基本指標(biāo)。電壓正常偏移不超過額定值的5%，頻率正常偏移不超過額定值的0.20.5 HZ。電壓或頻率的的穩(wěn)定主要取決于電力系統(tǒng)中無功功率和有功功率的平衡。因此要維持系統(tǒng)電壓和頻率在規(guī)定范圍內(nèi)，就必須迅速而又準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)有關(guān)發(fā)電機組發(fā)出的有功和無功功率。特別是在發(fā)生事故的情

4、況下，快速的調(diào)節(jié)或控制對迅速恢復(fù)電能質(zhì)量具有決定性的意義，而這個過程，單純靠手動操作，無論在速度方面還是在精度方面都是難于實現(xiàn)的，只能借助于自動裝置來完成?？梢?，提高水電站的自動化水平，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要措施之一。（4）提高勞動生產(chǎn)率、改善勞動條件：水電站大多地處偏僻山區(qū)，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，職工長期生活在較差的環(huán)境之中。水電站實現(xiàn)自動化后，很多工作都是由各種自動裝置按一定的程序自動完成，用計算機監(jiān)控系統(tǒng)來代替人工操作及定時巡回檢查、記錄等繁雜勞動，大大改善運行人員的工作和生活環(huán)境，減輕了勞動強度，提高了運行管理水平。同時還可減少運行人員，實現(xiàn)無人值班（或少人值守），提高勞動生產(chǎn)率，降低運行費

5、用和電能成本。2.檢測與自動化在水電站中的內(nèi)容檢測與自動化在水電中的內(nèi)容，與水電站的規(guī)模及其在電力系統(tǒng)中的地位和重要性、水電站的型式和運行方式、電氣主接線和主要機電設(shè)備的型式和布置方式等有關(guān)?？偟膩碚f，其主要包括以下幾個方面：（1）完成對水輪發(fā)電機組運行方式的自動控制：一方面，實現(xiàn)開停機和并列、發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相和調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電等的自動化，使得上述各項操作按設(shè)定的程序自動完成；另一方面，自動維持水輪發(fā)電機組的經(jīng)濟(jì)運行，根據(jù)系統(tǒng)要求和電站的具體條件自動選擇最佳運行機組數(shù)，在機組間實現(xiàn)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷變化自動調(diào)節(jié)機組的有功和無功功率等。此外，在工作機組發(fā)生事故或電力系統(tǒng)頻率降低時，可自動起動并投入

6、備用機組；系統(tǒng)頻率過高時，則可自動切除部分機組。（2）完成對水輪發(fā)電機組及其輔助設(shè)備運行工況的監(jiān)視：如對發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子回路各電量的監(jiān)視，對發(fā)動機定子繞組和鐵芯以及各部軸承溫度的監(jiān)視，對機組潤滑和冷卻系統(tǒng)工作的監(jiān)視，對機組調(diào)速系統(tǒng)工作的監(jiān)視等。出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)或發(fā)生事故時，迅速而自動地采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如發(fā)出信號或緊急停機。（3）完成對輔助設(shè)備的自動控制：包括對各種油泵、水泵和空壓機等的控制，并發(fā)生事故時自動地投入備用的輔助設(shè)備。（4）完成對主要電氣設(shè)備（如變壓器、母線及輸電線路等）的控制、監(jiān)視和保護(hù)。（5）完成對水工建筑物運行工況的控制和監(jiān)視：如閘門工作狀態(tài)的控制和監(jiān)視，攔污柵是否堵塞的

7、監(jiān)視，上下游水位的測量監(jiān)視，引水壓力管的保護(hù)（指引水式電站）等。（二）水電站檢測與自動化技術(shù)的發(fā)展隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，電子計算機在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，一種模塊化的基于現(xiàn)場總線的水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)，逐步取代了傳統(tǒng)的以常規(guī)控制、人工操作為主的控制模式，大大提高水電站的自動化程度，實現(xiàn)水電站“無人值班，少人值守”。1.系統(tǒng)構(gòu)成：采用了計算機、可編程序控制器（PLC）或智能I/0、微機繼電保護(hù)裝置和專用智能測控裝置，通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線將主控機與各個現(xiàn)地控制站、智能裝置等有機連接在一起，構(gòu)成了按功能分工協(xié)作的分層分布式綜合監(jiān)控系統(tǒng)。2.系統(tǒng)的主要特點：（1）開放式體系結(jié)構(gòu)，層次分明，具

8、有良好的擴展性。（2）分層分布式系統(tǒng)，可以根據(jù)監(jiān)控對象、功能進(jìn)行配置，具有很好的分散性、開放性和靈活性。（3）采用冗余配置，具有很高的可靠性。（4）用中文Windows 操作系統(tǒng)和智能通信等先進(jìn)技術(shù)，便于系統(tǒng)升級。（5）靈活的組態(tài)界面，人機接口能力強，界面友善，易于掌握，方便設(shè)計、調(diào)試和現(xiàn)場運行。3.系統(tǒng)主要功能：（1）對電站設(shè)備實現(xiàn)自動監(jiān)視與記錄：計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動完成電站設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、處理以及設(shè)備運行狀況的自動監(jiān)視與記錄，包括開關(guān)量信息監(jiān)視，模擬量信息監(jiān)視，故障/事故報警、記錄與顯示，SOE 點記錄與顯示。（2）對電站實現(xiàn)自動控制：根據(jù)上級調(diào)度要求和電站自身的具體情況，對電站設(shè)備進(jìn)行操作

9、或調(diào)節(jié)，包括機組的自動開停和并列以及運行工況的自動轉(zhuǎn)換、機組有功和無功負(fù)荷的自動調(diào)節(jié)、自動發(fā)電控制AGC、自動電壓控制AVC、斷路器操作等。（3）對發(fā)電機、主變、線路等主要設(shè)備及輔助設(shè)備進(jìn)行保護(hù)與監(jiān)控。（4）實現(xiàn)電站運行管理的自動化：實現(xiàn)運行報表的自動生成，運行操作的自動記錄，電站設(shè)備參數(shù)或整定值的記錄與保存，所有報表均可自動或召喚打印以及運行人員仿真培訓(xùn)等。（5）系統(tǒng)通訊：實現(xiàn)與上級調(diào)度、水情測報系統(tǒng)、辦公自動化網(wǎng)絡(luò)等計算機系統(tǒng)之間通信，達(dá)到信息資源共享，充分發(fā)揮整個系統(tǒng)的綜合效益。（三）水電站檢測與自動化技術(shù)的應(yīng)用目前國內(nèi)一大批水利水電工程已建成投入運營或正在建設(shè)中，隨著水電廠無人值班(少

10、人值守)和在線監(jiān)測、故障診斷及狀態(tài)檢修工作的不斷深入開展，對水電廠檢測和自動化的發(fā)展提出了新的要求，為檢測和自動化推廣應(yīng)用開辟了廣闊的空間。水電站的自動化是實現(xiàn)水輪發(fā)電機組自動化的關(guān)鍵部分，是利用計算對整個水電生產(chǎn)過程監(jiān)控的“耳目 手腳”，它擔(dān)負(fù)自動監(jiān)測機組和輔助設(shè)備的狀態(tài)，發(fā)出擬定的報警信號、執(zhí)行自動操作任務(wù)。水電站自動化的程度取決于電站的規(guī)模，電站的型式及主要機電設(shè)備的性能。檢測及自動化承擔(dān)水電廠機組和輔機設(shè)備正常運行狀態(tài)的監(jiān)視和測量，并按規(guī)定要求發(fā)出報警信號和執(zhí)行自動操作任務(wù)，是計算機監(jiān)控系統(tǒng)、集群調(diào)度系統(tǒng)的測量部分和執(zhí)行部分，也是計算機監(jiān)控系統(tǒng)中IO設(shè)備。在計算機監(jiān)控系統(tǒng)和集群調(diào)度系統(tǒng)

11、中占有十分重要的地位。檢測及自動化包括自動化元件(裝置)和輔機設(shè)備自動控制單元，自動化元件(裝置)是基礎(chǔ)，輔機設(shè)備自動控制單元是實現(xiàn)自動控制、保護(hù)和通信的平臺。檢測和自動化元件(裝置)按功用分為測量及顯示元件、執(zhí)行元件。測量及顯示元件按用途分類：溫度、壓力、流量、液位、位移、轉(zhuǎn)速、軸電流、油混水、壓力脈動、水位差、流量水頭效率等測量傳感器、變送器、測量儀表和控制器、開關(guān)等。執(zhí)行元件包括各種電磁閥、電磁空氣閥和執(zhí)行機構(gòu)等。簡要概述如下：（1） 用于測速1轉(zhuǎn)速測量裝置有機械測速和電氣測速兩種，機械測速由齒盤或鋼帶、傳感器或接近開關(guān)和儀表組成。有DC 420mA輸出、RS232或RS485通訊接口；

12、能與電站監(jiān)控計算機通訊。具有斷電記憶、過速記憶和參數(shù)自動保護(hù)功能。在轉(zhuǎn)速上升或下降時，應(yīng)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速發(fā)出信號，對機械轉(zhuǎn)速信號裝置，同一觸點的動作誤差不超過3。2油混水監(jiān)測裝置采用電容式油混水信號裝置，由測量探頭和儀表組成。靈敏、準(zhǔn)確探測油混水狀況；有含水量顯示，并有DC 420mA輸出；有報警點輸出，報警值在含水量01 5可調(diào)(2) 用于測定壓力水庫攔污柵壓差測量裝置同時采集柵前柵后的水位信號，同時顯示2個水位及其差值；有斷電記憶和參數(shù)自動保護(hù)功能；有變送器斷線檢測功能；有2對報警點及DC 420mA模擬量輸出；能與電站監(jiān)控計算機通訊。測量時，作用在高、低壓側(cè)隔離膜片上的過程壓力通過灌充液傳遞

13、到-室傳感器中心的測量膜片上。測量膜片是一個張緊的彈性元件，其位移量與壓力成正比。測量膜片兩電容固定極板的被放大電路線性地轉(zhuǎn)換成420mA 的二線制標(biāo)準(zhǔn)信號輸出（3）測定流量1 熱導(dǎo)式流量計測量時，由發(fā)熱模塊發(fā)出熱量，如果管道內(nèi)沒有介質(zhì)流動，則感熱模塊接收到的熱量是一個固定值，當(dāng)有介質(zhì)流動時，感熱模塊所接受到的熱量將隨介質(zhì)的流速變化而變化，感熱模塊將這溫差信號轉(zhuǎn)化成電信號，再通過處理器將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號或接點信號輸出，流量開關(guān)通過這個信號對介質(zhì)的流速進(jìn)行顯示及控制。 2 擋板式流量計 通過旋動調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)定流速動作點，當(dāng)管道內(nèi)有流體流過時，流體推動擋板偏轉(zhuǎn)，擋板帶動磁性模塊上移，如果

14、流體流速大于等于設(shè)定流速， 則腔室內(nèi)開關(guān)模塊動作，輸出接點信號；如果流體流速小于設(shè)定流速，則磁性模塊下移，開關(guān)復(fù)位，接點斷開。3 電磁流量計工 作 原 理 電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律設(shè)計的，在測量管軸線和磁場磁力線相互垂直的管壁上安裝一對檢測電極，當(dāng)導(dǎo)電液體沿測量管流過交變磁場(磁力線垂直于液體流動方向)時，導(dǎo)電液體切割磁力線,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過測量管上的兩個檢測電極能夠檢測出這個感應(yīng)電動勢，通過以下公式可以計算出流量，最后轉(zhuǎn)換成420mA輸出。 這些就是一些基本的應(yīng)用，其他的復(fù)雜的還有很多，就不贅述了?？傊娬静捎镁C合自動化系統(tǒng)后不僅提高水電站運行的經(jīng)濟(jì)性和工作的可靠性、保證電

15、能質(zhì)量；而且提高勞動生產(chǎn)率、改善勞動條件和減少運行人員，從而提高電站運行的效益，例如利用計算機系統(tǒng)監(jiān)控水庫來水和中長期預(yù)報在內(nèi)的優(yōu)化運行，曲線繪制及科學(xué)調(diào)度，多發(fā)峰電等，每年可增加發(fā)電量2%左右；同時采用計算機監(jiān)控電站各種參量及運行工況后，及時發(fā)現(xiàn)并排除事故隱患，事故后能及時處理事故，避免事故擴大，盡快恢復(fù)供電使系統(tǒng)事故率下降，處理事故時間減少，如此每年增加發(fā)電量1%左右；另外采用計算機監(jiān)控在減少人員的同時也減少了相應(yīng)的生活辦公設(shè)備和工資支出，因而能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益?？梢?，水電站綜合自動化系統(tǒng)與水電站的生產(chǎn)、效益密切相關(guān)，隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，水資源開發(fā)利用程度的加大，水電站綜合自動化系統(tǒng)

16、在越來越多的水利樞紐工程中得到更廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮更大的作用。第四章 在實習(xí)中收獲最大和體會最深的內(nèi)容本次實習(xí)，雖然只有短短的七天，但在這短短的一個星期，我仍然收獲了很多，實習(xí)中的很多東西給我留下了深刻的印象。我們亦深知實習(xí)不光是鞏固和學(xué)習(xí)專業(yè)知識，它對培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、專業(yè)素養(yǎng)、和對事情的看法也起著至為關(guān)鍵的作用。通過本次實習(xí)，有一點我感觸很深，那就是扎實的理論功底和豐富的實踐經(jīng)驗對一個工程技術(shù)人員來講的重要性。1 扎實理論功底的重要性大學(xué)四年的歲月，我們更多的用來學(xué)習(xí)理論知識，提高專業(yè)素養(yǎng)，由于種種原因，我們一邊埋怨書本知識的無趣和無味，一邊匆匆的學(xué)完了許多課程，到頭來，能記下，能理解的就

17、很少了，更別說能應(yīng)用了，這就造成很多大學(xué)生什么都不知道，這個問題在實習(xí)中就有著鮮明的體現(xiàn).2 實踐經(jīng)驗的重要性電氣行業(yè)屬于傳統(tǒng)的工科行業(yè)，工程經(jīng)驗起著重要的作用，由于工程技術(shù)的復(fù)雜性，很多現(xiàn)象，我們至今無法完全解釋清楚，很多標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范也只能根據(jù)大量的工程經(jīng)驗來總結(jié)，很多在工作崗位上奮斗多年的老前輩，并不是他們的理論上升到了一個多么高的水平，而是他們的工程經(jīng)驗與日俱增，并發(fā)揮著重大的作用。由于很多現(xiàn)象，我們至今無法弄清，這就導(dǎo)致很多事故常常出人意料的發(fā)生，我們也只能通過事故去發(fā)現(xiàn)問題，然后解決問題，從而獲得工程經(jīng)驗，將其上升為理論，進(jìn)而指導(dǎo)以后的工程實踐。第五章 對實習(xí)的改進(jìn)意見1 對實習(xí)的意見

18、和建議 本次實習(xí)雖然收獲很大，學(xué)院組織工作做得很好，葛洲壩方面也做了很細(xì)致的接待工作。但仍感覺其實本次實習(xí)可以發(fā)揮更大的作用，可以讓學(xué)生收獲跟多，實習(xí)安排仍有一些值得改進(jìn)和注意的地方：（1）本次實習(xí)時間太短，不足一個星期。即便同學(xué)們有著極高的學(xué)習(xí)效率和實習(xí)熱情，無奈時間太短，實習(xí)過于倉促，不能讓同學(xué)們有更大的收獲。（2）實習(xí)人員太多，葛洲壩實習(xí)大隊多達(dá)一百五六十人，隊伍過于龐大，而講解老師太少，致使一百多人坐在一起聽課，二三十人圍著一個講解老師，效果自然大打折扣。（3）實習(xí)內(nèi)容安排略顯不足，講座太多，而參觀太少，與現(xiàn)場工人師傅的接觸和交流明顯不足.六、心得體會： 這次實習(xí)，讓我收獲良多。實習(xí)是大學(xué)里必不可少的一課，它提供一個機會給我們，讓我們?nèi)バｒ炞约旱闹R是否正確，是否離實際太遠(yuǎn)，是否真正能派上用場，更重要的是通過實踐去得知自己的知識是否足夠。 曾經(jīng)以為課堂上講的東西只在考試時有用，在