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自动化技术在水力发电领域中的应用 自动化技术在水力发电领域中的应用 摘要本文介绍了水轮机控制系统,同步发电机励磁系统,计 算机监控系统基本原理,特点现状以及发展趋势 关键词水轮机同步发电机调速器励磁系统计算机监控 0前言 利用江河,湖泊,海洋的水流位能发电的方式称为水力发 电.水能是一种取之不尽,用之不竭,可再生的清洁能源.水力 发电是利用江河水流从高处流到低处的落差所具备的位能做 功,推动水轮机旋转,带动发电机发电.水轮发电机组在电力系 统中要做到持续,安全,可靠地运行必然涉及自动化技术的应 用.本文主要介绍水轮机控制系统,同步发电机励磁系统,计算 机监控系统基本原理,特点现状以及发展趋势. 1水轮机控制 1.1水轮机调节的任务 水轮机是靠自然水能进行工作的动力机械.与其它动力机 械相比,具有效率高,成本低,环境卫生,便于综合利用等优点. 绝大多数水轮机都是用来带动同步交流发电机,构成水轮机发 电机组. 水轮机发电机组把水能转变为电能供工农业生产及生活 使用,用户除要求供电安全可靠外,对电网频率的质量要求十 分严格.按我国电力部门规定:大电网频率为50赫兹(Hz),允 许偏差为±0.2赫兹;对于中,小电网,允许偏差为±0.5赫兹. 我国目前的中,小电网,系统负荷波动可达总容量的(5-10%); 即使是大的电力系统,其负荷波动也可达总容量的(2-3%).电 力系统负荷的不断变化将导致系统频率的波动. 因此,必须适应负荷的变动不断地调节水轮发电机的有功 功率输出,维持机组的转速(频率)在规定范同内,这就是水轮 机调节的基本任务.水轮机调速器与油压装置是水电站的辅助 设备,它承担了水轮机调节的主要任务——维持被控水轮机发 电机的转速(频率)在允许范围内,并与电站二次回路和自动化 元件一起,完成水轮发电机组的自动开机,正常停机,紧急停 机,增减负荷等操作控制功能.水轮机调速器还可以与其它设 备相配合,实现成组调节,流量控制,按水位信号调节等自动化 运行方式. 水轮机调节的实质就是:根据偏离了额定丁况的转速(频 率)偏差信号,调节水轮机导水机构,不断地维持水轮机发电机 功率与负荷功率的平衡状态. 1I2水轮机调节的基本原理和特点 水电站的过水管道系统,水轮机,发电机及其励磁调节器, 罗景华(东方电机控制设备有限全司) 电网和水轮机调速器构成了一个自动调节系统.从水轮机速度 调节的观点来看,调节对象(过水管道系统,水轮机,发电机及 励磁调节器,电网)和调节器(水轮机调速器)构成了水轮机调 节系统.由实现水轮机调速及相应控制作用的机构和指示仪表 组成一个或几个装置总称为调速器;我们把用来检测转速,并 将它按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些环节的组合 称为调速系统.所以,如果把调节对象称为被控制系统,那么, 由调速系统和被控制系统组成的闭环系统就是水轮机调节系 统. 水轮机调节系统是一个包含有水流,机械运动,电气的复 杂的闭环自动调节系统,我们先从概念叙述一下其工作原理 和特点. 1.21水轮机调节的特点 水轮机调节系统除了具有一般闭环控制系统的共性之外, 还有一些值得我们尤为重视的特点: 1)水轮机调节是通过控制水轮机导水机构来改变通过水 轮机的流量,由于水轮机流量很大,操作导水机构就需要很大 的力.因此,即使是中小型调速器,也需要一级或二级液压放 大. 2)水轮机调节系统有机电惯性和水流惯性. 3)水轮机调节系统是一个复杂的变结构和非线性系统. 从控制系统来看,不仅在开机,停机,正常运行不同运行状态 下,水轮机调节系统有不同的结构;就在正常运行的同一情况 下,也由于导叶开度限制和速度限制的作用与否使系统的结构 发生变化.另外,水轮机的特性具有明显的非线性,工况发生变 化,水轮机调节系统在不变的调节参数下,其动态品质也会有 明显的变化. 4)水轮机型式多种多样,对调速器就有不同的要求.混流 式和轴流定桨式水轮机,只要求一套调整机构(导叶),而轴流 转桨式和冲击式水轮机就要求两套调整机构(导叶和转轮叶 片,喷嘴和折向器),至于抽水蓄能式机组对调速器的要求就更 加复杂了. 12.2手动进行水轮机调节的情况 水电站值班人员手动控制水轮机导水机构时,必须监视被 控制水轮发电机组或电网的频率.当频率大于或小于50Hz时, 相应关闭或开启水轮机导水机构,使频率恢复到50Hz左右的 一 个允许范围内. 1.2.3水轮机自动调节的基本原理 水轮机凋速器就是消除运行人员繁重劳动,进一步提高调 节水平,代替人工操作的机械.示意图见网1,图中,虚线框内 即为水轮机调速器. 自动化信息AUTOMATIONINFORMATION L…....——................——..................—.....................