水電站自動化第五章自動化課件

1、生產(chǎn)過程自動化華中科技大學(xué)華中科技大學(xué)水電與數(shù)字化工程學(xué)院水電與數(shù)字化工程學(xué)院（第五章,2）5.2 自動控制的執(zhí)行元件 為了實現(xiàn)水電生產(chǎn)過程的自動控制，在水電站的油、氣、水管路上必須裝設(shè)電磁操作或液壓操作的自動閥門。其中包括：電磁閥、電磁空氣閥、電磁配壓閥和液壓操作閥等，統(tǒng)稱它們?yōu)閳?zhí)行元件。電磁閥 將電氣信號轉(zhuǎn)換為機械動作，用以自動控制油、氣、水管路閥門的開啟和關(guān)閉，是自動化系統(tǒng)中的重要執(zhí)行元件之一，常用于機組的制動、調(diào)相和冷卻等操作系統(tǒng)的管路中。 電磁閥的原理示意圖： 當(dāng)電磁閥通電時，動鐵芯受電磁力的作用向上運動，控制閥的上孔封閉，下孔打開，電磁閥的封口在壓力P=P1的作用下開啟，管路通流；

2、 當(dāng)電磁閥斷電時，動鐵芯失去電磁力的作用向下運動，控制閥的下孔封閉，上孔打開，電磁閥的封口在壓力P=P2-P1的作用下關(guān)閉，管路斷流。P1P2電磁鐵P2 P1 O常壓 O封口控制閥管路電磁空氣閥 將電氣信號轉(zhuǎn)換為機械動作，主要用于機組供氣、制動系統(tǒng)和碟閥密封圍帶充氣的低壓系統(tǒng)，實現(xiàn)供氣管道閥門的開啟和關(guān)閉的自動控制。以下是電磁空氣閥的原理示意圖： 電磁鐵電磁鐵排氣閥充氣閥氣源P排氣 O圍帶 A電磁配壓閥 是一種液壓中間放大的變換元件，一般與液壓操作閥、油閥等組合使用。 OBPA主閥輔助閥OBPA主閥輔助閥電磁鐵(斷電)PAOBPBOA電磁鐵(通電) 壓力油P通過對電磁鐵的控制，可與A或B接通，

3、O為回油，故形成二位四通，即：PA，BO，或PB，OA。 5.3 輔助設(shè)備的自動控制 主要介紹油壓裝置、技術(shù)供水裝置、集水井排水裝置和空氣壓縮裝置自動的原理。（1）油壓裝置的自動控制 油壓裝置是為水電設(shè)備運行操作提供動力的重要輔助設(shè)備，它產(chǎn)生并儲存高壓油，為機組啟動、停機和調(diào)整負荷提供操作的動力。 油壓裝置的自動控制應(yīng)滿足下列要求：機組在正常運行或事故情況下，均應(yīng)保證有足夠的壓力油來操作機組和主閥，特別是在廠用電消失的情況下應(yīng)有一定的能源儲備；無論機組是處于運行狀態(tài)還是處于停機狀態(tài)，油壓裝置都應(yīng)經(jīng)常處于準備工作狀態(tài)，即油壓裝置的自動控制是獨立的，并按本身規(guī)定的條件（油壓和油位）自動進行的；在機

4、組的操作過程中，油壓裝置的投入或切除應(yīng)自動地進行；油壓裝置應(yīng)設(shè)置備用油泵電動機組，當(dāng)工作油泵故障或油壓過低時，自動投入備用泵，并報警；油壓裝置發(fā)生故障，油壓下降至事故低油壓時，應(yīng)能迫使機組事故停機；油壓裝置應(yīng)采用自動和手動補氣。當(dāng)油位上升至上限值（對應(yīng)于35%Vr的油位），且油壓低于額定值Pr時補氣；當(dāng)油壓上升至額定值以上或油位下降至下限值（對應(yīng)于30%Vr的油位）時停止補氣。 兩臺油泵電動機組1M和2M，正常時一臺工作、一臺備用，采取定期交替互為備用運行方式，以利電機繞組干燥； 浮子信號器BF用于監(jiān)視壓力油槽的油位； 壓力信號器14BP用于監(jiān)視油壓。1BP2BP3BP4BP壓力信號器油位信號

5、器BF1BF2安全閥壓力表1M2M集油槽壓力油槽切換閥油壓裝置的構(gòu)成圖和接線原理圖 上圖為1號油泵電動機的控制接線圖（1號電動機與之相同）。圖中：QC為轉(zhuǎn)換開關(guān)；FM為空氣開關(guān)；YV為與調(diào)速器的接力器聯(lián)動的位置接點，當(dāng)接力器打開時動作；XB為連接片。2BP14BP13BP11KAM2KAM3KAM額定壓力油壓下降油壓過低重復(fù)繼電器1BP2BP3BP4BP事故過低下限上限2MA B2QK2QK2MFb2MFa2KHa2KHc2MFc2FU2QKC2FU2QC2MF12MF23KAM22KAM2YV22XB2KHa2KHc2MF油泵電動機備用投入斷續(xù)運行連續(xù)手動主回路自動1KAM2熱信號器 油壓裝

6、置可以自動操作，還可以手動操作。自動操作又分為連續(xù)運行、斷續(xù)運行和備用三種方式。 在連續(xù)運行時： 將2QC切換到自動位置，2XB連接。當(dāng)機組啟動時，YV2動作，接觸器線圈2MF勵磁，其接點2MFa,b,c閉合油泵電動機2M啟動，向壓力油槽打油。當(dāng)油壓達到上限值時，切換閥2RV抬起，壓力油經(jīng)切換閥排回集油槽油泵轉(zhuǎn)為空載運行。如果由于機組操作或漏油使油壓降低到2RV的額定壓力以下時，則2RV落下，以后的動作同前。 機組停機后，由于YV2斷開，油泵電動機退出連續(xù)運行方式。 在斷續(xù)運行時： 將2QC切換到自動位置，2XB斷開。壓力油槽的油壓下降到下限值時，4BP動作，其接點4BP1閉合使重復(fù)繼電器2K

7、AM動作，又使2MF動作，并通過其輔助接點2MF2自保持，接觸器線圈2MF勵磁，其接點2MFa,b,c閉合油泵電動機2M啟動，向壓力油槽打油。當(dāng)油壓恢復(fù)到上限值時，2BP閉合，使1KAM1斷開，1MF失磁，油泵電動機停止工作。 若油壓再次下降到下限值時，4BP再次動作，以下的動作同前。 在備用狀態(tài)時： 將2QC切換到備用位置。備用泵在下列情況下自動投入運行： 工作油泵電動機操作回路或工作油泵電動機以及工作泵本身發(fā)生故障時；當(dāng)機組甩負荷或油路嚴重漏油，使壓油槽油壓下降到過低油壓時。此時，3BP動作，使3KAM勵磁，其接點閉合又使2MF勵磁，結(jié)果使2M啟動，與工作泵并列運行。（2）油壓裝置的自動補

8、氣 油壓裝置的自動補氣是指自動控制壓油槽的油位在其容積的3035%。+220VDC1SBBP21FU1QC2BF1M OFF AYV02SB1KAM-220VDC2FUYV1YV2YVc1KAM11BF1BP12BF21KAM2補氣電磁閥開啟補氣電磁閥關(guān)閉上限油位中間繼電器 油壓裝置的自動補氣控制應(yīng)滿足下列要求： 油位高且油壓低時補氣； 油壓高或油位低時停止補氣。 自動補氣裝置由油位信號裝置和壓力信號器組成（如圖）。BF2BF1油位信號整定值30%Vr Vr 35%VrBP2BP1壓力信號整定值-1.5kPa Pc +0.5kPa 當(dāng)壓力油槽油位上升到上限值時，油位信號器接點1BF1接通中間繼

9、電器1KAM，使1KAM1閉合；若此時油壓低于額定值，壓力信號器接點BP2閉合，使補氣電磁閥開啟線圈YV0勵磁，從而打開補氣閥向壓油槽補氣； 當(dāng)壓力油槽油壓上升到額定值以上時，BP1將閉合（或因油位將至下限，2BF2閉合），使補氣電磁閥關(guān)閉線圈YVC勵磁，關(guān)閉補氣閥。（2）技術(shù)供水裝置的自動控制技術(shù)供水裝置的用途 對水電站運行設(shè)備進行冷卻和潤滑。供水對象包括：用于將發(fā)電機內(nèi)的熱空氣冷卻后，再重新進入發(fā)電機內(nèi)的發(fā)電機空氣冷卻器；用于對發(fā)電機推力軸承及導(dǎo)軸承潤滑油進行冷卻的油冷卻器；空氣壓縮機冷卻；油壓裝置集油槽冷卻器；水輪機導(dǎo)軸承的潤滑和冷卻。技術(shù)供水系統(tǒng)的水源 水源的選擇須考慮用水設(shè)備的水量、

10、水壓、水溫和水質(zhì)的要求以保證用水設(shè)備的安全運行。一般作為技術(shù)供水的水源可有：上游水庫、下游尾水和地下水源。技術(shù)供水系統(tǒng)的方式 技術(shù)供水方式因水電站水頭范圍不同而不同。常用的供水方式有自流供水、水泵供水和混合供水供水三種。自流供水： 自流供水系統(tǒng)的水壓是由水電站的自然水頭保證的。這種方式設(shè)備簡單、供水可靠。當(dāng)水電站的平均水頭（h）在2080m范圍內(nèi)，且水溫和水質(zhì)符合要求時，一般采用自流供水。 當(dāng)水頭小于20m時，水壓將不能滿足自流供水的要求； 當(dāng)水頭大于80m時，浪費水能且減壓困難。h 水泵供水： 當(dāng)水電站的水頭不滿足要求時，可采用水泵供水。對于低水頭電站，水源可取至上下游；對于高水頭電站，水源

11、可取至下游或地下水。水泵供水又分為有蓄水池和無蓄水池兩種。hh有蓄水池的水泵供水無蓄水池的水泵供水 混合供水： 當(dāng)水電站的水頭為1220m時，一般采用自流和水泵供水的混合供水方式。h混合供水對技術(shù)供水系統(tǒng)的控制方式 技術(shù)供水系統(tǒng)采用水泵供水并設(shè)置蓄水池時，水泵電動機的控制方式為： 自動啟動和停止工作水泵，維持蓄水池水位在規(guī)定的范圍內(nèi)；當(dāng)工作水泵故障或用水量大增而使蓄水池水位下降到備用泵啟動水位時，自動啟動備用泵并報警。 技術(shù)供水系統(tǒng)采用水泵供水并不設(shè)置蓄水池時，水泵電動機的控制方式為： 工作水泵隨著機組的啟動而自動啟動，并在機組運行期間保持運行；當(dāng)供水總管的水壓下降到備用泵啟動水壓時，自動啟動

12、備用泵并報警；機組停機過程結(jié)束后，自動停止水泵；供水管路上的閥門應(yīng)隨機組的啟動和停止而自動啟動和停止。 水泵供水方式的自動控制機械系統(tǒng)圖：供水水泵停止水位工作泵啟動水位備用泵啟動水位BF2M1M 技術(shù)供水系統(tǒng)采用水泵供水，并且不設(shè)置蓄水池時，水泵電動機的自動控制。1MA B1MFb1MFa1KHa1KHc1MFcC1FUc1QC(2QC)KST13K11KHa1KHc1MF手動操作開機時啟動1K31FUb1K12K21K21MF電動機控制調(diào)相時啟動發(fā)電時保持備用時啟動KST 開機繼電器，開機時動作，停機時復(fù)歸；1K 導(dǎo)葉開位置繼電器重復(fù)接點，導(dǎo)葉打開時動作，關(guān)閉時復(fù)歸；2K 示流信號器重復(fù)接點

13、，當(dāng)冷卻水中斷時動作；3K 導(dǎo)葉關(guān)位置繼電器重復(fù)接點，導(dǎo)葉關(guān)閉（調(diào)相運行）時動作；1MF，1QC 空氣開關(guān)和選擇開關(guān)。（3）集水井排水裝置的自動控制 為了保證水電站的生產(chǎn)安全，使廠房不至潮濕和被淹，采用集水井排水裝置來自動排除廠房滲漏水和生產(chǎn)污水。排水水泵停止水位工作泵啟動水位備用泵啟動水位水位信號器2M1M排水總管排水 根據(jù)水位信號器發(fā)出的信號，自動啟動和停止工作水泵，維持集水井水位在規(guī)定的范圍內(nèi)；當(dāng)工作水泵故障或排水量大增而使集水井水位下降到備用泵啟動水位時，自動啟動備用泵并報警。（4）空氣壓縮裝置的自動控制 空氣壓縮裝置為機組調(diào)相運行和制動等提供壓縮空氣?？諝鈮嚎s裝置的自動控制應(yīng)實現(xiàn)如下

14、操作： 根據(jù)壓力信號器發(fā)出的信號，自動向儲氣罐充氣，維持儲氣罐氣壓在規(guī)定的范圍內(nèi)；在空氣壓縮機啟動或停止過程中，自動關(guān)閉或打開空壓機的無負荷閥，對水冷式空壓機還須自動供給和停止冷卻水；當(dāng)儲氣罐的氣壓降低到工作壓力下限時，自動啟動備用空壓機并報警；當(dāng)壓力過高或空壓機出口溫度過高時發(fā)出報警信號。5.4 蝴蝶閥和進水口閘門的自動控制 在水輪機的過水系統(tǒng)中，裝置在水輪機蝸殼前的閥門為蝴蝶閥，裝置在進水口處的閘門為進水口閘門，都是用于打開或關(guān)閉進入水輪機的水流。進水口閘門蝴蝶閥水輪機Q（1）蝴蝶閥的自動控制蝴蝶閥的作用 減少停機時的漏水量：當(dāng)機組較長時間停機時，導(dǎo)葉漏水幾乎不可避免，漏水流量可達機組最大

15、流量的23%。由于蝴蝶閥關(guān)閉較嚴，可大大減少漏水。 縮短機組啟動時間：機組停機時，一般不希望關(guān)閉進水口閘門，因為這樣放掉引水管的水以后，機組啟動時又要重新充水，延長了啟動時間。 構(gòu)成機組檢修的安全工作條件：在岔管引水的水電站，當(dāng)其中一臺機組檢修時，為了不影響其它機組的運行，可關(guān)閉蝴蝶閥。 由于蝴蝶閥只有全開和全關(guān)兩種狀態(tài)，故只能用于切斷水源。蝴蝶閥的構(gòu)成 蝴蝶閥由閥體、活門、密封裝置、鎖定裝置和附屬部件構(gòu)成。蝴蝶閥工作的示意圖如下：閥體活門軸蝴蝶閥開啟時蝴蝶閥關(guān)閉時 密封裝置的作用是止漏。為了防止活門與閥體之間的漏水，常采用橡膠圍帶止漏，如圖。橡膠圍帶安裝在閥體上。當(dāng)活門關(guān)閉后，圍帶內(nèi)充入壓縮

16、空氣，圍帶膨脹，封住周圍間隙，活門開啟前應(yīng)先排氣，圍帶縮回方可進行活門開啟。壓縮空氣圍帶活門閥體鎖定水流 由于活門在稍偏離全開位置時即有自關(guān)閉的水力力矩，因此在全開位置必須設(shè)有鎖定裝置。同時，為了防止因漏油或液壓事故以及水的沖擊作用而引起的誤開或誤關(guān)，一般在全開和全關(guān)位置都應(yīng)投入鎖定裝置。 蝴蝶閥可以在動水下關(guān)閉。但在開啟時為了減少作用在活門上的水力矩，以及消除在動水開啟時所發(fā)生的振動，要求在活門兩側(cè)的壓力相等后才能開啟，故在閥體上裝設(shè)旁通管和旁通閥。開啟蝴蝶閥前，先開啟旁通閥，對閥充水，然后在靜水中開啟蝴蝶閥。旁通閥旁通管蝴蝶閥引水管蝴蝶閥開啟控制蝴蝶閥開啟條件： 導(dǎo)葉處于全關(guān)位置；蝴蝶閥處

17、于全關(guān)位置；機組無事故；無蝴蝶閥開啟命令。蝴蝶閥開啟控制過程： 打開旁通閥，對蝸殼充水；當(dāng)蝴蝶閥前后的水壓基本平衡后，空氣圍帶排氣；排氣完成后，將蝴蝶閥打開到全開位置；投入鎖定并關(guān)閉旁通閥。蝴蝶閥關(guān)閉控制 拔出鎖定；打開旁通閥；將蝴蝶閥關(guān)閉至全關(guān)位置；對空氣圍帶充氣；投入鎖定并關(guān)閉旁通閥。（2）進水閘門的自動控制 以油壓式啟閉機的自動操作為例，說明進水口閘門（一般兼作快速閘門）自動控制的一般原理。其操作必須滿足下列條件： 正常提升和關(guān)閉，且提升時應(yīng)滿足充水開度的要求； 機組事故時，應(yīng)在兩分鐘內(nèi)自動緊急關(guān)閉閘門； 閘門全開后，若由于某種原因使閘門下降到一定的位置，則應(yīng)自動將閘門重新提升到全開位置。2M1M水流操作用壓力油罐ST閘門壓力鋼管1BP3BP1YDV01YDVC2BP1YV2YV回油1YV，2YV 啟動閥，打開時油泵向啟閉機提供提升閘門的壓力油；1YDVO 電磁配壓閥開啟線圈；1YDVC 電磁配壓閥關(guān)閉線圈； 閘門開啟時，先將閘門開至充水開度，當(dāng)壓力鋼管充滿水后，再將閘門升至全開位置。 閘門全開后，由于某種原因使閘門下滑200mm時，工作泵執(zhí)行開閘；若下滑超過300mm時，備用泵執(zhí)行開閘。進水口閘門自動控制機械液壓系統(tǒng)圖作業(yè)：（1）簡述電磁閥、電磁空氣閥和電磁配壓閥在水電站自動化中的