PDF《我国农村水电厂基础自动化的现状和展望》

第卷第期年月中国水利水电科学研究院学报 收稿日期 文章编号 我国农村水电厂基础自动化的现状和展望 郭江王晓晨 中国水利水电科学研究院 天津水利机电研究所 天津 摘要 水电厂基础自动化是水电厂实现无人值班 少人值守 的关键 我国农村水电厂基础自动化正处于推广应用 和快速蓬勃发展的一个阶段 整体技术水平参差不齐 本文叙述了我所自主研发的 并适合目前市场上的水电厂 基础自动化元件和设备 基础自动化包括自动化测量和执行元件以及自动化辅助设备两大部分 水电厂自动化 元件和设备的质量优劣直接关系到水电厂企业的安全生产 也影响着基础自动化的发展以及整体自动化水平的提 高 水电厂凶件和设备的选型一定要高起点 高可靠性 选用质量好的定型产品 水利水电基础自动化向智能化 发展 逐步发展成为一个集计算机 控制 通信 网络等为一体的综合系统 关键词 基础自动化 水电厂无人值班 自动化元件和设备 智能化 中图分类号 文献标识码 我国农村小水电的蕴藏量很大 分布很广 已成为我国很多地区水力资源的重要组成部分 目前全 国?以上地区电力资源由小型水电厂提供 其中有 多个县主要依靠小型水电厂供电 开发小型 水电厂已成为我国推进农村电气化的重要途径 对于水电厂来说 基础自动化元件和设备担负着水利 水电机组及其辅助设备运行的状态监视和测量 发出报警信号和按规定要求执行自动操作 是计算机监 控系统 集群调度系统的传感部分 耳目 和执行部分 手脚 成为计算机监控系统中 ? 设备 在计算 机监控系统和集群调度系统中占有十分重要的地位 所以 基础自动化元件和设备必须稳定 可靠 灵敏并适合在水利水电特殊的强磁 强电 潮湿环境下长期工作 基础自动化的内容 中国水利水电科学研究院天津水利电力机电研究所 原水利部电力工业部机电研究所 专门从事水 利电力行业技术研究 机电产品设计 开发 生产和服务等业务 主要从事电力系统输变电 电站自动化 装置及控制系统 高效泵产品等领域的研究和技术推广工作 生产经营高压电器 泵类产品 液体过滤 器 弹性金属塑料轴瓦和电站自动化装置和控制系统等拥有自主知识产权的产品和工程 技术性能均居 国内领先地位 达到国际先进水平 部分产品为国家级重大新产品 多年来我所各类产品行销全国 出 口国外 受到顾客一致好评 为我国水利水电工程的自动化技术进步作出了贡献 水电厂基础自动化是水电厂实现无人值班 少人值守 的关键 基础自动化的元件和设备要选用符 合国家标准要求的 质量可靠 适应潮湿环境的成熟产品 同时应注意改善自动化元件和设备的环境 必 须满足其说明书提出的要求 基础自动化包括自动化测量和执行元件 自动化辅助设备两大部分 基 础自动化 电站自动化装置及控制系统 是我所专业学科之一 本文叙述的是我所针对水电厂的实际情 况开展科技攻关和自主研发的 以及目前市场上适合水电厂使用的基础自动化元件和设备 自动化测量和执行元件 自动化测量和执行元件担负着全厂主 辅设备运行的自动监测并及时发 出报警信号 如 转速测量装置 油混水监测装置 水库拦污栅压差测量装置 流量水头效率测量装置 超声波流量计 电磁流量计 压力 ? 差压 ? 液位 ? 温度 ? 位移变送器 压力开关 差压开关 液位开关 压力显 控器 流量开关 示流信号器 电磁阀 电磁空气阀 电磁配压阀 电动蝶阀 电动闸阀 电动球阀 自动补 气装置 水力控制阀等 其中转速测量装置 油混水监测装置 液位变送器 流量变送器 压力 ? 差压变送 器 位移变送器 温度变送器等应选择具有 模拟量输出或具有串行通讯接口的产品 装机容量 较大的水电厂 转速测量装置应采用齿盘测速和 ? 或残压测速方式 冷却水流量开关应推广利用有源热 扩散方式 温度传感器应选用 温度巡检装置应带 或 通讯接口 转速测量装置 转速测量装置有机械测速和电气测速两种 机械测速由齿盘或钢带 传感器或接近开关 仪表组成 有 输出 或 通讯接口 能与电站监控计算机通讯 具有断电记忆 过速记 忆 参数自动保护功能 在转速上升或下降时 应在规定的转速发出信号 对机械转速信号装置 同一触 点的动作误差不超出 油混水监测装置 油混水监测装置采用电容式油混水信号装置 由测量探头和仪表组成 灵敏 准确探测油混水状 况 有含水量显示 并有 输出 有报警点输出 报警值在含水量 可调 水库拦污栅压差测量装置 水库拦污栅压差测量装置同时采集栅前栅后的水位信号 同时显示 个水位及其差值 有断电记 忆 参数自动保护功能 有变送器断线检测功能 有 对报警点及 模拟量输出 能与电站 监控计算机通讯 流量水头效率测量装置 流量水头效率测量装置同时采集来自流量 水头 有功的信号 同时显示瞬时流量 累积流量 水头 效率和耗水率 有断电记忆 参数自动保护功能 有变送器断线检测功能 输出 能与电站 监控计算机通讯 自动补气装置 自动补气装置用于电站压油装置及其他储能器系统中 为组合式多功能高压空气阀组 接受系统控 制回路控制 实现自动补气 该装置由手动球阀 常闭电磁阀 单向阀 常开电磁阀 手动球阀 消声器及 不锈钢管路组成 阀体的优化组合 避免了因阀漏气致使储能器的气压逐渐升高 可实现自动补气 手 动补气和贮能器中多余气体的排放 水力控制阀 水力控制阀的主要工作原理是利用上 下阀腔的压力差控制阀盘的运动 再通过旁通管路和各种导 阀的不同接法实现不同用途 例如 遥控浮球阀 减压阀 缓闭止回阀 流量控制阀 持压 泄压阀 电动 阀 水泵控制阀 压差平衡阀 紧急关闭阀 定水位阀等 水力控制阀建议小口径选用隔膜式 大口径选 用活塞式 自动化辅助设备 全自动滤水器设备 全自动滤水器主要用于水电厂技术供水系统自动过滤排污 是技术供水系统的必备装置 适用于无 人值班 少人值守 的水电厂 全自动滤水器应具有自动过滤 清污 排污功能 其自动清污 排污功能是 在线完成的 不影响正常的技术供水 在罐体上设置滤筒检修孔 方便检修 全自动滤水器由执行机构 及自动控制机构组成 执行机构主要由电动减速机 滤水器壳体及壳体内的滤网组件 反冲洗机构 排 污机构 排污电动阀等组成 自动控制机构主要由控制箱 差压测量系统组成 实现定时 定差压和手动 切换功能设置 并输出运行 故障 冲洗 差压报警 差压过高报警等信号 具有通讯接口 满足智能化要 求 一体化全自动技术供水系统 一体化全自动技术供水系统是集成全自动滤水器 手?电动球阀 减压阀 安全阀和电气控制箱等的 技术供水设备 专门针对中小型水电厂设计生产 满足无人值班 少人值守 水电厂的需要 该系统不 但省去了现场安装 配管 密封等 还具有出口压力可调 供水压力平稳 安全的优点 全自动密闭水循环冷却系统 我国农村水电厂基础自动化的现状和展望 郭江王晓晨 全自动密闭水循环冷却系统由补水箱 自动控制循环水泵系统 尾水冷却器和电气控制箱等设备组 成 是专门针对中小型水电厂技术供水系统设计生产的技术供水设备 满足无人值班 少人值守 水电厂 的需要 水电厂在运行过程中 冷却水通过运行的机组后 带走机组的热量 进入布置在尾水中的尾水 冷却器 利用尾水冷却器外部流动的水进行热交换作用 将循环水冷却 使水温降低到满足机组对冷却 水水温的要求 然后由循环水泵再送到机组使用 冷却水通过运行的机组后 又回到尾水冷却器 这样 不断的循环 机组的热量通过尾水水流与尾水冷却器进行热交换作用带走 在补水箱内装有液位开关 当系统内部由于管道及水池滴漏和蒸发 箱内液位过低时 会发出报警信号 上位机收到信号 自动打开 补水阀门 进行补水 保证系统正常运行 同时补水箱上还装有液位计 可以在现场直观的看到内部水 位变化 本系统设计水流畅通 安装检修方便 管路上安装自动排气阀 全自动四通换向阀 双向供水用 全自动四通换向阀是一种四通球阀结构阀门 由电动执行机构和四通球阀及控制箱组成 电动执行 机构带动球阀阀芯转动 通过球阀阀芯内部双流道的旋转实现水电厂发电机和变压器冷却用水的正 反 向技术供水 防止单向供水引起冷却器堵塞使发电机冷却效率降低而影响机组正常运行 配置可编程 控制单元 实现定时 定差压和手动切换功能设置 并输出运行 故障 切换动作 差压报警等信号 具有 通讯接口 满足智能化要求 机组自动测温刹车制动柜 机组自动测温刹车制动柜具有机组自动测温和机组刹车制动两种功能 测温单元可实现机组多点 温度的自动监测 并输出 的模拟量信号和温度报警的开关量信号 机组制动单元可完成机组 的刹车制动 制动复位等功能 机械部分采用进口电磁阀和不锈钢管路 闸门自动控制系统 闸门控制系统安装在闸门启闭机室 由开度传感器 荷重传感器 智能闸门测控仪表 控制电器 逻 辑保护电路 操作按钮 状态指示灯 电流电压显示表等组成 可以根据用户要求进行闸门的单控 群控微机可控硅励磁装置 系列中小型同步电机微机可控硅励磁装置是发电机组重要的辅助设备 它对提高发电厂的自 动化水平 发电机组运行的可靠性 电力系统的稳定性有着重要的作用 随着现代科学技术的发展 励 磁方式已从直流电机励磁发展到可控硅励磁 自动调节器从原来的模拟式发展到单微机和双微机数字 式 系列同步发电机微机可控硅励磁装置采用一体化可控硅功率单元和 数字励磁调节器的 技术设计 具有抗干扰能力强 运行可靠 性能指标优良等特点 特别适用于大电流等级的中小型的水 电厂的励磁装置 变频调速恒压供水系统 变频调速恒压供水系统用变频器调速来实现恒压供水 与用调节阀门来实现恒压供水相比 节能效 果好 其优点是 起动平衡 起动电流可限制在额定电流以内 从而避免了起动时对电网的冲击 由 于泵的平均转速降低了 从而可延长泵和阀门等的使用寿命 可以消除起动和停机时的水锤效应 节电 优化的节能控制软件 使水泵实现最大限度地节能运行 节水 根据实际用水情况设定管网压 力 自动控制水泵出水量 减少了水的跑 漏现象 运行可靠 由变频器实现泵的软起动 使水泵实现由 工频到变频的无冲击切换 防止管网冲击 避免管网压力超限 管道破裂 基础自动化的现状和展望 现状 我国农村水电厂的基础自动化水平正处于一个推广应用和快速蓬勃发展的阶段 世纪 年代以前所建的小型水电厂都不同程度的存在着设备和管理运行方式落后 技术水平低下 安全性 能较差 事故发生率高 电能质量差 经济效益低等弊端 整体水平参差不齐 部分水电厂基本没有自动 化功能 全部采用手动常规控制设备 且设备老化 可靠程度低 往往由于设备原因而导致停机影响正常 我国农村水电厂基础自动化的现状和展望 郭江王晓晨 供电 在对一些电站的调研中发现 有些电厂所选择的调速器 同期装置和励磁装置没有与计算机监控 系统的通讯接口或接口协议矛盾 致使这些自动化设备不能正常接入计算机监控系统 还有一些电站 在进行自动化改造与实施计算机监控过程中 没有认真对原有设备进行分析 未按监控系统的自动化要 求配备必须的传感器 仪表 对一些传统的手动操作设备 也没有及时配备电动及气动 液压等自动化操 作机构 致使底层设备必要的信号不能送入计算机监控系统 系统下达的操作指令也不能自动执行 特 别是设置了公用 却不能实现对辅助系统的自动监控 有个别水电厂在监控系统设备选择时 同一 系统选用了数家的自动化设备 各种设备之间的参数不匹配 通讯协议不一致或数据格式不统一 为设 备之间的通讯带来很大困难 也不易调试 有的电站设备安装多年 也无法实现设备的联网 同时 当某 些设备出现问题后 需找不同的厂家维修 造成责任不分明 相互推诿 一个小的问题或局部故障 往往 数月得不到维修 严重影响电站的正常运行 以上这些问题都导致了计算机监控系统统一控制的水平 难以实现 因此 也更难以实现少人值守和无人值班的技术要求 随着计算机监控系统在大型水电厂中的成功应用 一批小型水电厂自 世纪 年代中期开始 也 陆续实施计算机监控和自动化改造 在已实施计算机监控和自动化改造的小型水电厂中 绝大多数电站 的改造是成功的 特别是近几年新改造或新投入的小型水电厂 但是 在一些小型电厂的计算机监控和 自动化系统中仍不同程度地存在一些缺陷 少数小型水电厂存在问题比较严重 影响了电站的正常运 行 针对水电厂基础自动化的现状 水利部曾下发关于 农村水电技术现代化指导意见 要求 新建水 电厂都要按无人值班 少人值守 进行设计和建设 世纪 年代以前建设的水电厂 要按总体目标 要求做出更新改造规划 在 年前全部实现无人值班 少人值守 对已超过使用年限 经技术改造 认证仍达不到要求的发电机组 要报废重建或强行淘汰 在农村水电厂自动化改造中 基础自动化的质 量优劣直接关系到水电厂的安全运行 也影响着综合自动化水平的提高 因此基础自动化元件和设备 的选型一定要高起点 高可靠性 选型一定要慎重 要选用质量好的定型产品 为实现无人值班 少人值 守 打下坚实的基础 展望 我国农村水电总装机容量达到 截至 年底水利部统计数据 约占全国水 电总装机的 年发电量 多亿千瓦时 成为国家电力供应的重要组成部分 为推动我国可再生能 源产业的.

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