電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置 課件 第8章水電站自動(dòng)控制技術(shù)

電力系統(tǒng)自動(dòng)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(dòng)控制技術(shù)

重點(diǎn)

輔助設(shè)備自動(dòng)控制接線原理；

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

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

8.1.1水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化1）以一個(gè)指令完成機(jī)組的開(kāi)機(jī)或停機(jī)；

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

3）開(kāi)機(jī)過(guò)程中，應(yīng)能進(jìn)行相反的操作；4）機(jī)組內(nèi)部事故應(yīng)動(dòng)作事故停機(jī)或同時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閥（或快速閘門(mén)）；外部事故可動(dòng)作空載運(yùn)行或事故停機(jī)；

5）事故停機(jī)引出繼電器自保持回路應(yīng)由手動(dòng)解除；

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

1.水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制基本要求

8.1.1水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化1）采用內(nèi)循環(huán)冷卻的機(jī)組，冷卻水應(yīng)在開(kāi)機(jī)的同時(shí)獲得，冷卻水中斷時(shí)應(yīng)立即投入備用水源。

2）外循環(huán)冷卻的機(jī)組，必須在開(kāi)機(jī)前獲得潤(rùn)滑油；潤(rùn)滑油中斷時(shí)，應(yīng)自動(dòng)投入備用油源。

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

4）采用水潤(rùn)滑的導(dǎo)軸承，應(yīng)在開(kāi)機(jī)的同時(shí)投入潤(rùn)滑水，當(dāng)確認(rèn)有水后，才允許起動(dòng)機(jī)組；當(dāng)潤(rùn)滑水中斷時(shí)，應(yīng)立即投入備用水源。

5）水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)在開(kāi)機(jī)同時(shí)打開(kāi)冷卻水，機(jī)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(hào)裝置。

8.1.1水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化3.水輪發(fā)電機(jī)組制動(dòng)裝置的自動(dòng)控制要求

1）發(fā)電機(jī)組應(yīng)裝機(jī)械制動(dòng)裝置，也可同時(shí)裝電氣制動(dòng)裝置。

2）在停機(jī)過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降到35%Ne以下時(shí)應(yīng)投入機(jī)械制動(dòng)裝置，機(jī)組停止轉(zhuǎn)動(dòng)后解除制動(dòng)。貫流式機(jī)組停機(jī)后，若無(wú)停機(jī)鎖錠裝置，不宜解除制動(dòng)。

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

8.1.1水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化

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

5）沖擊式機(jī)組，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到70%Ne左右時(shí)，投入反噴嘴制動(dòng)裝置，機(jī)組停止轉(zhuǎn)動(dòng)后解除制動(dòng)。

6）在停機(jī)過(guò)程中當(dāng)導(dǎo)水葉剪斷銷(xiāo)剪斷時(shí)，制動(dòng)后不應(yīng)解除制動(dòng)。

7）具有高壓油減載裝置的機(jī)組，停機(jī)過(guò)程機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到90%Ne時(shí)，投入高壓油減載裝置，機(jī)械制動(dòng)裝置投入的轉(zhuǎn)速可降低到10%Ne。

8.1.1水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化

1）作用于緊急停機(jī)的保護(hù)機(jī)組過(guò)速事故停機(jī)過(guò)程剪斷銷(xiāo)剪斷

軸承溫度過(guò)高

油壓裝置油壓過(guò)低

水輪機(jī)導(dǎo)軸承潤(rùn)滑水中斷

4.水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)裝設(shè)的水力機(jī)械事故保護(hù)

2）作用于事故停機(jī)的保護(hù)作用于事故停機(jī)同時(shí)關(guān)進(jìn)水閥（或快速閘門(mén)）

重力油箱油位過(guò)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(shí)跳開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器，并執(zhí)行正常停機(jī)程序。

5.水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)裝設(shè)的水力機(jī)械故障保護(hù)（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(jī)械故障的保護(hù)（4）機(jī)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(hào)，提醒運(yùn)行人員注意。（6）導(dǎo)水葉剪斷銷(xiāo)剪斷

（7）集油槽油位異常（8）漏油箱油位過(guò)高

（9）重力油箱油位降低

（10）水輪機(jī)頂蓋水位過(guò)高

（11）開(kāi)停機(jī)未完成

（12）備用冷卻水潤(rùn)滑水投入

（13）水力機(jī)械操作回路電源消失

8.1.2水電站輔助設(shè)備自動(dòng)化1.進(jìn)水閥自動(dòng)控制要求

(1)進(jìn)水閥（蝴蝶閥、球閥、閘閥）自動(dòng)控制應(yīng)能按一個(gè)控制指令完成開(kāi)閥、關(guān)閥的自動(dòng)控制。

(2)進(jìn)水閥的自動(dòng)控制應(yīng)作為機(jī)組開(kāi)機(jī)、停機(jī)控制的一個(gè)程序，由正常開(kāi)、停機(jī)控制指令聯(lián)動(dòng)完成。(3)水電站的快速閘門(mén)應(yīng)在中控室或主機(jī)室設(shè)置緊急關(guān)閉閘門(mén)的控制按鈕。

8.1.2水電站輔助設(shè)備自動(dòng)化2.油壓裝置自動(dòng)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(dòng)機(jī)應(yīng)根據(jù)工作壓力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。(2)輔助設(shè)備控制接線中的切換開(kāi)關(guān)宜設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)、備用和斷開(kāi)四個(gè)位置；采用自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作制時(shí)宜設(shè)手動(dòng)、自動(dòng)、斷開(kāi)三個(gè)位置。8.1.2水電站輔助設(shè)備自動(dòng)化3.空氣壓縮裝置自動(dòng)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(jī)應(yīng)根據(jù)工作壓力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制?？諌簷C(jī)出氣管溫度過(guò)高時(shí)應(yīng)動(dòng)作停泵并發(fā)出信號(hào)。(2)空壓機(jī)采用水冷卻時(shí)，應(yīng)先自動(dòng)檢查有水時(shí)才開(kāi)機(jī)；停機(jī)時(shí)切除冷卻水。空壓機(jī)起動(dòng)一般以空載起動(dòng)，經(jīng)延時(shí)關(guān)閉空載起動(dòng)閥后，再向貯氣罐內(nèi)充氣。8.1.2水電站輔助設(shè)備自動(dòng)化4.技術(shù)供水系統(tǒng)及集水井排水系統(tǒng)自動(dòng)控制要求

(1)采用單元技術(shù)供水的發(fā)電機(jī)組，全廠設(shè)有一臺(tái)公用的備用供水泵組。當(dāng)總技術(shù)供水管水壓下降時(shí)自動(dòng)起動(dòng)備用供水泵并自保持，同時(shí)發(fā)出信號(hào)。(2)滲漏排水泵組控制接線的切換開(kāi)關(guān)宜設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)、備用和斷開(kāi)四個(gè)位置；并宜按自動(dòng)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(hào)器，水位升高時(shí)，啟動(dòng)工作排水泵。當(dāng)水位過(guò)高時(shí)應(yīng)自動(dòng)起動(dòng)備用排水泵組并發(fā)出信號(hào)。

水電站輔助設(shè)備互為備用的電動(dòng)機(jī)宜采用自動(dòng)輪換工作制。當(dāng)輔助設(shè)備采用可編程控制器控制時(shí)，可編程控制器可采用分散設(shè)置。無(wú)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(jī)組自動(dòng)化元件8.2水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化元件

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

1.轉(zhuǎn)速信號(hào)器（1）作用：用于測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速，反映機(jī)組的不同工況。8.2.1信號(hào)元件

（2）轉(zhuǎn)速信號(hào)器類(lèi)型

機(jī)械型ZL-01電磁型ZZX-3A數(shù)字式AXP8.2.1信號(hào)元件（3）AXP型數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)器

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

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

AXP型數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)器通過(guò)測(cè)周期進(jìn)行測(cè)頻。單片微型計(jì)算機(jī)的主頻為6MHz，被測(cè)得的機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)限幅、放大、整形為標(biāo)準(zhǔn)的矩形方波，送入單片機(jī)進(jìn)行周期計(jì)算，經(jīng)計(jì)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(hào)器原理框圖8.2.1信號(hào)元件

AXP型數(shù)字式轉(zhuǎn)速信號(hào)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(jī)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(gè)輸出指示燈，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到某設(shè)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，相應(yīng)的指示燈亮，同時(shí)繼電器動(dòng)作，并發(fā)出信號(hào)。#1~#8燈亮分別表示機(jī)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(jī)組最大轉(zhuǎn)速值在數(shù)碼顯示屏中顯示出來(lái)。

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

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

溫度信號(hào)器作用：用于監(jiān)測(cè)水輪機(jī)導(dǎo)軸承、上下導(dǎo)軸承、推力軸承的溫度及發(fā)電機(jī)空氣冷卻器的進(jìn)出口風(fēng)溫等。當(dāng)溫度升高至允許上限值時(shí)，發(fā)出故障信號(hào)；溫度繼續(xù)上升至危險(xiǎn)的過(guò)高值時(shí)，發(fā)事故信號(hào)并作用于事故停機(jī)。8.2.1信號(hào)元件

溫度信號(hào)器類(lèi)型WTZ型電接點(diǎn)WXG型電接點(diǎn)玻璃水銀溫度計(jì)數(shù)字式TDS-20008.2.1信號(hào)元件

3.壓力信號(hào)器

壓力信號(hào)器作用：主要用于油、氣、水系統(tǒng)的壓力監(jiān)視類(lèi)型：電接點(diǎn)壓力表、YTK-01型壓力信號(hào)器。8.2.1信號(hào)元件4.液流信號(hào)器

液流信號(hào)器用途：主要用于發(fā)電機(jī)冷卻水、水輪機(jī)導(dǎo)軸承潤(rùn)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(shí)，發(fā)出信號(hào)并自動(dòng)投入備用水源，或作用于事故停機(jī)。8.2.1信號(hào)元件

SLX系列液流信號(hào)器為雙向液流信號(hào)器，采用靶式結(jié)構(gòu)，如圖（a）、（b）所示，其測(cè)量元件是一長(zhǎng)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(guò)時(shí)，流體的流動(dòng)對(duì)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(dòng)作流量時(shí)，靶桿和靶在這個(gè)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(guò)程中，帶動(dòng)推桿推動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，使其動(dòng)作，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，發(fā)出信號(hào)，表明管路中水流正常。8.2.1信號(hào)元件5.液位信號(hào)器

液位信號(hào)器用途：主要用于機(jī)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(jī)頂蓋排水、集水井排水、調(diào)相壓水等水位的自動(dòng)控制。類(lèi)型：浮子式、電極式

當(dāng)監(jiān)視處的液位過(guò)高或過(guò)低時(shí)，其觸點(diǎn)動(dòng)作，向控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。8.2.1信號(hào)元件

ZWX-150軸承油位信號(hào)器為浮子式液位信號(hào)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(hào)元件6.剪斷銷(xiāo)信號(hào)器

防止導(dǎo)葉被硬物卡住而在操作時(shí)可能造成水機(jī)機(jī)構(gòu)損壞用途類(lèi)型JX型剪斷銷(xiāo)信號(hào)器有：

觸點(diǎn)式

常閉式剪斷銷(xiāo)信號(hào)器由剪斷銷(xiāo)信號(hào)元件和剪斷銷(xiāo)信號(hào)裝置組成，反應(yīng)水輪機(jī)導(dǎo)葉剪斷銷(xiāo)剪斷信號(hào)。一般裝設(shè)在剪斷銷(xiāo)的軸孔內(nèi)，每一個(gè)剪斷銷(xiāo)軸孔內(nèi)裝設(shè)一件。

8.2.1信號(hào)元件

ZJX-1型剪斷銷(xiāo)信號(hào)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)閥門(mén)，統(tǒng)稱(chēng)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(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)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(shí)通電、鎖扣機(jī)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(gè)部分組成。若右側(cè)電磁鐵通電，電磁鐵鐵芯被吸合，推動(dòng)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(shí)，柱塞體左側(cè)油腔進(jìn)入壓力油，柱塞體釋放左端行程開(kāi)關(guān)，使其觸點(diǎn)閉合，為電磁配壓閥的反方向動(dòng)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(dòng)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(shí)，柱塞體右側(cè)油腔進(jìn)入壓力油，左側(cè)油腔排油，將柱塞體推向左端，柱塞體推動(dòng)左端行程開(kāi)關(guān)，切斷左側(cè)電磁鐵電源，柱塞體釋放右端行程開(kāi)關(guān)，使其觸點(diǎn)閉合，為電磁配壓閥的反方向動(dòng)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(jìn)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(gè)電磁鐵驅(qū)動(dòng)。

當(dāng)電磁鐵線圈W1通電時(shí),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(shí)，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(shí)，則輔助閥向右移，進(jìn)行相反切換。電磁鐵線圈都是短時(shí)通電的，由FK自動(dòng)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(mén)，用于油、氣、水管路上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)管路內(nèi)流體的通與斷進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。使用時(shí)一般與電磁配壓閥組合在一起并需具備220V