電力系統(tǒng)自動裝置 課件 第8章水電站自動控制技術(shù)

電力系統(tǒng)自動裝置福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院第8章水電站自動控制技術(shù)

重點

輔助設(shè)備自動控制接線原理；

碟閥自動控制接線；微機單元自動控制程序。教學(xué)目的：了解水輪發(fā)電機組自動化的要求,了解機組自動化元件作用、原理，掌握輔助設(shè)備自動控制接線原理和掌握碟閥的自動控制電氣接線原理，掌握微機單元自動控制功能及程序。8.1水輪發(fā)電機組自動化概述指對主閥、水輪發(fā)電機組及其輔助設(shè)備、附屬設(shè)備的操作實現(xiàn)按程序自動控制。水力機械自動化

定義水輪發(fā)電機組的自動控制設(shè)計中考慮了機組不同型式和結(jié)構(gòu)、調(diào)速器型式、自動化元件配置、配套附屬設(shè)備和運行方式等因素。

8.1.1水輪發(fā)電機組自動化1）以一個指令完成機組的開機或停機；

2）根據(jù)系統(tǒng)要求，以一個指令完成發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相或進行相反操作；

3）開機過程中，應(yīng)能進行相反的操作；4）機組內(nèi)部事故應(yīng)動作事故停機或同時關(guān)閉進水閥（或快速閘門）；外部事故可動作空載運行或事故停機；

5）事故停機引出繼電器自保持回路應(yīng)由手動解除；

6）水電站的發(fā)電機層應(yīng)設(shè)緊急停機按鈕或事故停機按鈕。

1.水輪發(fā)電機組自動控制基本要求

8.1.1水輪發(fā)電機組自動化1）采用內(nèi)循環(huán)冷卻的機組，冷卻水應(yīng)在開機的同時獲得，冷卻水中斷時應(yīng)立即投入備用水源。

2）外循環(huán)冷卻的機組，必須在開機前獲得潤滑油；潤滑油中斷時，應(yīng)自動投入備用油源。

2.水輪發(fā)電機組軸承潤滑系統(tǒng)自動控制要求3）彈性金屬塑料瓦的軸承潤滑油系統(tǒng)，當(dāng)其油槽油位降低時可發(fā)出信號。

4）采用水潤滑的導(dǎo)軸承，應(yīng)在開機的同時投入潤滑水，當(dāng)確認(rèn)有水后，才允許起動機組；當(dāng)潤滑水中斷時，應(yīng)立即投入備用水源。

5）水輪發(fā)電機組應(yīng)在開機同時打開冷卻水，機組冷卻水管總管的排水側(cè)應(yīng)裝設(shè)反映供水狀態(tài)的示流信號裝置。

8.1.1水輪發(fā)電機組自動化3.水輪發(fā)電機組制動裝置的自動控制要求

1）發(fā)電機組應(yīng)裝機械制動裝置，也可同時裝電氣制動裝置。

2）在停機過程中，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速降到35%Ne以下時應(yīng)投入機械制動裝置，機組停止轉(zhuǎn)動后解除制動。貫流式機組停機后，若無停機鎖錠裝置，不宜解除制動。

3）機組采用電氣制動裝置時，可在機組轉(zhuǎn)速下降到60%Ne左右時投入電氣制動，待機組轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降到10%Ne以下時投入機械制動裝置，機組停轉(zhuǎn)后解除制動。

8.1.1水輪發(fā)電機組自動化

4）推力軸承采用彈性金屬塑料瓦的機組，機械制動裝置投入的轉(zhuǎn)速允許低于20%Ne。

5）沖擊式機組，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速下降到70%Ne左右時，投入反噴嘴制動裝置，機組停止轉(zhuǎn)動后解除制動。

6）在停機過程中當(dāng)導(dǎo)水葉剪斷銷剪斷時，制動后不應(yīng)解除制動。

7）具有高壓油減載裝置的機組，停機過程機組轉(zhuǎn)速下降到90%Ne時，投入高壓油減載裝置，機械制動裝置投入的轉(zhuǎn)速可降低到10%Ne。

8.1.1水輪發(fā)電機組自動化

1）作用于緊急停機的保護機組過速事故停機過程剪斷銷剪斷

軸承溫度過高

油壓裝置油壓過低

水輪機導(dǎo)軸承潤滑水中斷

4.水輪發(fā)電機組應(yīng)裝設(shè)的水力機械事故保護

2）作用于事故停機的保護作用于事故停機同時關(guān)進水閥（或快速閘門）

重力油箱油位過低

作用于先關(guān)閉導(dǎo)水葉，在導(dǎo)水葉關(guān)至空載位置時跳開發(fā)電機斷路器，并執(zhí)行正常停機程序。

5.水輪發(fā)電機組應(yīng)裝設(shè)的水力機械故障保護（1）軸承溫度升高

（2）空氣冷卻器溫度升高

（3）軸承油槽油位異常

水力機械故障的保護（4）機組冷卻水中斷

（5）油壓裝置油壓降低

作用于發(fā)預(yù)告信號，提醒運行人員注意。（6）導(dǎo)水葉剪斷銷剪斷

（7）集油槽油位異常（8）漏油箱油位過高

（9）重力油箱油位降低

（10）水輪機頂蓋水位過高

（11）開停機未完成

（12）備用冷卻水潤滑水投入

（13）水力機械操作回路電源消失

8.1.2水電站輔助設(shè)備自動化1.進水閥自動控制要求

(1)進水閥（蝴蝶閥、球閥、閘閥）自動控制應(yīng)能按一個控制指令完成開閥、關(guān)閥的自動控制。

(2)進水閥的自動控制應(yīng)作為機組開機、停機控制的一個程序，由正常開、停機控制指令聯(lián)動完成。(3)水電站的快速閘門應(yīng)在中控室或主機室設(shè)置緊急關(guān)閉閘門的控制按鈕。

8.1.2水電站輔助設(shè)備自動化2.油壓裝置自動控制要求

(1)調(diào)速器的油壓裝置油壓應(yīng)保持在規(guī)定的工作壓力范圍內(nèi)。壓力油泵電動機應(yīng)根據(jù)工作壓力實現(xiàn)自動控制。(2)輔助設(shè)備控制接線中的切換開關(guān)宜設(shè)有手動、自動、備用和斷開四個位置；采用自動轉(zhuǎn)換工作制時宜設(shè)手動、自動、斷開三個位置。8.1.2水電站輔助設(shè)備自動化3.空氣壓縮裝置自動控制要求

(1)貯氣罐或供氣管道壓力應(yīng)保持在規(guī)定的工作壓力范圍內(nèi)，空壓機應(yīng)根據(jù)工作壓力實現(xiàn)自動控制?？諌簷C出氣管溫度過高時應(yīng)動作停泵并發(fā)出信號。(2)空壓機采用水冷卻時，應(yīng)先自動檢查有水時才開機；停機時切除冷卻水?？諌簷C起動一般以空載起動，經(jīng)延時關(guān)閉空載起動閥后，再向貯氣罐內(nèi)充氣。8.1.2水電站輔助設(shè)備自動化4.技術(shù)供水系統(tǒng)及集水井排水系統(tǒng)自動控制要求

(1)采用單元技術(shù)供水的發(fā)電機組，全廠設(shè)有一臺公用的備用供水泵組。當(dāng)總技術(shù)供水管水壓下降時自動起動備用供水泵并自保持，同時發(fā)出信號。(2)滲漏排水泵組控制接線的切換開關(guān)宜設(shè)有手動、自動、備用和斷開四個位置；并宜按自動輪換工作制的方式工作。(3)全廠集水井應(yīng)裝設(shè)水位信號器，水位升高時，啟動工作排水泵。當(dāng)水位過高時應(yīng)自動起動備用排水泵組并發(fā)出信號。

水電站輔助設(shè)備互為備用的電動機宜采用自動輪換工作制。當(dāng)輔助設(shè)備采用可編程控制器控制時，可編程控制器可采用分散設(shè)置。無人值班（少人值守）的水電站可編程控制器宜集中設(shè)置。8.2水輪發(fā)電機組自動化元件8.2水輪發(fā)電機組自動化元件

水輪發(fā)電機組的自動化元件分為：信號元件執(zhí)行元件轉(zhuǎn)速信號器溫度信號器壓力信號器液流信號器液位信號器剪斷銷信號器電磁閥配壓操作閥8.2.1信號元件

1.轉(zhuǎn)速信號器（1）作用：用于測量機組轉(zhuǎn)速，反映機組的不同工況。8.2.1信號元件

（2）轉(zhuǎn)速信號器類型

機械型ZL-01電磁型ZZX-3A數(shù)字式AXP8.2.1信號元件（3）AXP型數(shù)字轉(zhuǎn)速信號器

AXP型數(shù)字轉(zhuǎn)速信號器集頻率表、轉(zhuǎn)速表、轉(zhuǎn)速繼電器、轉(zhuǎn)速測控儀表于一體，能夠記憶并保存當(dāng)前機組轉(zhuǎn)速的最大值，給機組過速事故分析帶來方便。8.2.1信號元件

AXP型數(shù)字轉(zhuǎn)速信號器公共端COM8個轉(zhuǎn)速分別為2%、35%、60%、80%、85%、95%、115%、140%額定轉(zhuǎn)速的信號繼電器輸出觸點8.2.1信號元件

AXP型數(shù)字轉(zhuǎn)速信號器通過測周期進行測頻。單片微型計算機的主頻為6MHz，被測得的機組轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過限幅、放大、整形為標(biāo)準(zhǔn)的矩形方波，送入單片機進行周期計算，經(jīng)計算后換算成頻率值、轉(zhuǎn)速的百分比值、最大轉(zhuǎn)速值等，供顯示和記憶。AXP型數(shù)字轉(zhuǎn)速信號器原理框圖8.2.1信號元件

AXP型數(shù)字式轉(zhuǎn)速信號器前面板示意及背面接線如圖所示。

前面板上有4位數(shù)碼顯示屏，用于顯示頻率值、轉(zhuǎn)速的百分比值或機組最大轉(zhuǎn)速值等。

有功能指示燈，用于指示4位數(shù)碼顯示的內(nèi)容是頻率、轉(zhuǎn)速的百分比或是轉(zhuǎn)速最大值。有8個輸出指示燈，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速達到某設(shè)定的轉(zhuǎn)速時，相應(yīng)的指示燈亮，同時繼電器動作，并發(fā)出信號。#1~#8燈亮分別表示機組轉(zhuǎn)速小于2%、小于35%、小于60%、小于80%、小于85%、小于95%、小于115%、小于140%額定轉(zhuǎn)速。

“顯示轉(zhuǎn)換”鍵用于轉(zhuǎn)換數(shù)碼顯示的內(nèi)容。

“調(diào)顯”鍵用于把機組最大轉(zhuǎn)速值在數(shù)碼顯示屏中顯示出來。

“復(fù)位”鍵用于清除轉(zhuǎn)速信號器恢復(fù)正常工作。8.2.1信號元件

轉(zhuǎn)速信號器背面接線的“COM”端為8個轉(zhuǎn)速信號繼電器輸出觸點的公共端。當(dāng)轉(zhuǎn)速信號繼電器的觸點控制作電壓大于DC110V感性負(fù)載時，應(yīng)在感性負(fù)載的兩端并一個續(xù)流二極管VD，如圖所示，用于轉(zhuǎn)速信號繼電器觸點的滅磁。8.2.1信號元件2.溫度信號器

溫度信號器作用：用于監(jiān)測水輪機導(dǎo)軸承、上下導(dǎo)軸承、推力軸承的溫度及發(fā)電機空氣冷卻器的進出口風(fēng)溫等。當(dāng)溫度升高至允許上限值時，發(fā)出故障信號；溫度繼續(xù)上升至危險的過高值時，發(fā)事故信號并作用于事故停機。8.2.1信號元件

溫度信號器類型WTZ型電接點WXG型電接點玻璃水銀溫度計數(shù)字式TDS-20008.2.1信號元件

3.壓力信號器

壓力信號器作用：主要用于油、氣、水系統(tǒng)的壓力監(jiān)視類型：電接點壓力表、YTK-01型壓力信號器。8.2.1信號元件4.液流信號器

液流信號器用途：主要用于發(fā)電機冷卻水、水輪機導(dǎo)軸承潤滑水、上下導(dǎo)軸承冷卻水等水流情況的監(jiān)視。水流中斷時，發(fā)出信號并自動投入備用水源，或作用于事故停機。8.2.1信號元件

SLX系列液流信號器為雙向液流信號器，采用靶式結(jié)構(gòu)，如圖（a）、（b）所示，其測量元件是一長方形的平板靶，靶置于管路中央，并與水流方向垂直。當(dāng)管路中有正常水流流過時，流體的流動對靶產(chǎn)生一作用力，此力與靶桿拔高旋轉(zhuǎn)中心構(gòu)成力矩，當(dāng)管路中的水流大于整定的動作流量時，靶桿和靶在這個力矩的作用下發(fā)生傾斜，克服彈簧的作用力直至極限位置，如圖（c）所示，在靶桿旋轉(zhuǎn)過程中，帶動推桿推動微動開關(guān)，使其動作，動合觸點閉合，發(fā)出信號，表明管路中水流正常。8.2.1信號元件5.液位信號器

液位信號器用途：主要用于機組推力、下導(dǎo)、水導(dǎo)等軸承油槽、油壓裝置漏油箱的油位監(jiān)視；水輪機頂蓋排水、集水井排水、調(diào)相壓水等水位的自動控制。類型：浮子式、電極式

當(dāng)監(jiān)視處的液位過高或過低時，其觸點動作，向控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號。8.2.1信號元件

ZWX-150軸承油位信號器為浮子式液位信號器，主要由外管、磁性浮球、濕簧繼電器、出線板等組成，如圖所示。8.2.1信號元件6.剪斷銷信號器

防止導(dǎo)葉被硬物卡住而在操作時可能造成水機機構(gòu)損壞用途類型JX型剪斷銷信號器有：

觸點式

常閉式剪斷銷信號器由剪斷銷信號元件和剪斷銷信號裝置組成，反應(yīng)水輪機導(dǎo)葉剪斷銷剪斷信號。一般裝設(shè)在剪斷銷的軸孔內(nèi)，每一個剪斷銷軸孔內(nèi)裝設(shè)一件。

8.2.1信號元件

ZJX-1型剪斷銷信號裝置由變壓器、整流橋、繼電器、電阻、電容等元件組成，如圖示。所有元件均裝入嵌入式的DZ-200系列中間繼電器的殼體內(nèi)。8.2.2執(zhí)行元件

為了實現(xiàn)自動控制的目的，在油、水、氣的管道上必須裝設(shè)電磁操作或液壓操作的自動閥門，統(tǒng)稱它們?yōu)閳?zhí)行元件。1.電磁配壓閥一種液壓中間放大的變換元件，用于將電氣信號轉(zhuǎn)換為機械動作，控制油、氣、水管道的通斷，一般均由電磁操作部分和閥體構(gòu)成。性能：具有雙線圈、短時通電、鎖扣機構(gòu)。8.2.2執(zhí)行元件

（1）DPW-8-63(B)型電磁配壓閥

該閥是一種帶有輔助觸頭的二位四通電磁換向閥，可以用于電站的各種液壓控制系統(tǒng)中。主要由配壓閥閥體、配壓閥閥心、電磁鐵和輔助觸頭裝置等四個部分組成。若右側(cè)電磁鐵通電，電磁鐵鐵芯被吸合，推動閥心移向左端，使壓力油口P與油口A接通，油口B與回油口O接通。同時，柱塞體左側(cè)油腔進入壓力油，柱塞體釋放左端行程開關(guān)，使其觸點閉合，為電磁配壓閥的反方向動作做好準(zhǔn)備。若左側(cè)電磁鐵通電，電磁鐵鐵芯被吸合，推動閥心移向右端，使壓力油口P與油口B接通，油口A與回油口O接通。同時，柱塞體右側(cè)油腔進入壓力油，左側(cè)油腔排油，將柱塞體推向左端，柱塞體推動左端行程開關(guān)，切斷左側(cè)電磁鐵電源，柱塞體釋放右端行程開關(guān)，使其觸點閉合，為電磁配壓閥的反方向動作做好準(zhǔn)備。8.2.2執(zhí)行元件

（2）DP2型電磁配壓閥

油路"O"孔與回油管通，壓力油由"P"孔進入，并使主閥右端受到常壓；主閥左端受輔助閥控制；輔助閥由左右兩個電磁鐵驅(qū)動。

當(dāng)電磁鐵線圈W1通電時,輔助閥向左移，主閥左端與壓力油相通，因左端活塞受壓面積與右端活塞受壓面積之比為2：1，故當(dāng)左端接通壓力油時，就把主活塞推向右端，使"P"孔與"B"孔通,"A"孔與"O"孔回油通；當(dāng)電磁鐵線圈W2通電時，則輔助閥向右移，進行相反切換。電磁鐵線圈都是短時通電的，由FK自動切斷操作回路。8.2.2執(zhí)行元件2.液壓操作閥

液壓操作閥是一種用油壓操作啟閉的截止閥門，用于油、氣、水管路上，以實現(xiàn)對管路內(nèi)流體的通與斷進行遠(yuǎn)距離控制。使用時一般與電磁配壓閥組合在一起并需具備220V