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发电机有关 知识的介绍与问题解答
发布时间: 2012-7-18 阅读:3910次  

从本期开始 ,本栏目主要介绍发电机的有关知识,并对历年来,用户所提出的这方面的问题进行解答。
水电站综合 自动化系统设计

    水电站综合 自动化系统设计主要包括全站二次系统接线;同期系统;水轮发电机组及机组辅助设备和厂共用设备的自动控制系统,励磁系统;短路电流的计算,主设备及其他设备的继电保护;直流系统和电气试验室、通信设备等,同时也包 括电站计算机监控系统,火灾自动报警系统,工业电视监视系统,大坝监控系统。
1)继电保护
    电力系统继 电保护和安全自动装置是当电力系统本身发生了故障或发生危及其安全运行的事件时,向运行值班人员及时发出警告信号或直接向所控制的断路器发出跳闸命令,以终止故障或事件的发展的一种自动化措施和设备。用于保护电力 元件的成套设备,一般称为继电保护装置;用于保护电力系统的一般称为安全自动装置。继电保护是保证电力系统中电力元件安全运行的基本装备,任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行,当发电机、变压器、输电线路、 母线及用电设备等发生故障时,要求继电保护装置用可能**短的时限和 在可能**小的范围内 ,按预先设定的方式,自动把故障设备从运行系统中断开,以减轻故障设备的损坏程度和对临近地区供电的影响。安全自动装置是为了防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电事故的自动保护装置。如输电线路自 动重合闸、电力系统稳定控制、电力系统自动解列、按频率自动减负荷和按电压降低自动减负荷装置等。 

    电力系统对 继电保护的基本要求:继电保护和安全自动装置应符合可靠性(可信赖性和安全性)、选择性、灵敏性和速动性的要求。应综合考虑:电力设备和电力网的结构特点和运行特点;故障出现的概率和可能造成的后果;电力系统的近 期发展情况;经济上的合理性;国内和国外的经验。
2)同期系统
同期分为准 同期和自同期两种方式,准同期有自动准同期和手动准同期,均带有非同期闭锁。
同期点选择 :发电机出口断路器;三圈变三侧,双圈变一侧,线路和母联断路器。
水轮发电机 以自动准同步作为正常同步方式,手动准同步为备用同步方式,必须装设非同步合闸闭锁装置。每台机组宜装设一套自动准同步装置及手动准同步装置。
其他作为同 步点的线路、母线等回路中的断路器宜采用半自动准同步方式,必要时以手动准同步方式为备用,并需装设非同步合闸闭锁装置。全站宜装设一套多对象自动准同步装置及手动准同步装置。
3)调速器
调速器的调※ 节系统结构模式归纳为三类:单微机系统调节器、双微机系统调节器、单PLC调节器。
调速器主要 性能指标:静态性能指标(转速死区ix和轮叶不随 动ia)、动态性 能指标(空载转速摆动值、接力器不动 时间Tq和甩满负荷 后调节时间Tp)
接力器不动 时间Tq:含有可编 程调节器或/和二级液压随动装置对接力器不动 时间Tq有不利影响 ;而由性能档次高的微机调节器和一级电液随动装置对调速器的Tq影响较小, 即该系统结构模式的调速器具有较好的快速性;
甩满负荷后 调节时间Tp:主要取决 于调节器中CPU的性能档次 ,CPU档次越高, Tp值越小;Tp基本上不受液压部分的影响。调速器采用微机档次越高, 越有利于改善调速器动态性能指标之一的Tp,越有利于 改善调速器的快速性;
空载转速摆 动值:调速器在手动方式时,即水轮机在空载自然状态下机组的转速摆动值被称为手动空载转速摆动值。调速器在自动方式时,即水轮机在空载被控状态下机组的转速摆动值被称为自动空载转速摆动值。如果调速器自动控制作用 正常,则自动空载转速摆动值应该小于手动空载转速摆动值。这个规律在机组空载运行试验时用来检验调速器软件中的PID调节算法程 序的正确性。

调速器的性 能指标主要受两个因素的影响,即调速器的系统结构模式和微机的性能档次。

作为现代水 轮机微机调速器还必须注意另外两个重要性能指标:快速性与可靠性。

4)励磁系统
励磁系统是 同步发电机的重要组成部分,直接影响发电机的运行特性。励磁系统一般分为两部分构成:****部分是励磁 功率单元,它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流;第二部分是励磁调节器,它根据发电机的运行状态,自动调节功率单元输出的励磁电流,以满足发电机运行的要求。

励磁系统的 任务:维持电压水平和机组间稳定分担无功功率,提高同步发电机并列运行的稳定性。

5)直流系统

电站应装设 蓄电池组向控制负荷、动力负荷供电。

控制负荷包 括电气的控制、信号、继电保护、自动装置等负荷。

动力负荷包 括直流电动机、断路器电磁合闸机构、交流不停电电源装置以及事故照明等负荷。
经常性负荷 :要求直流电源在各种工况下均应可靠供电的负荷;

事故性负荷 :要求直流电源在交流电源事故停电时间内可靠供电的负荷,并应按事故初期负荷和事故持续负荷以及随机负荷分类。

蓄电池组不 宜设置端电池。

电池组在正 常浮充电运行方式下,直流母线电压应为直流系统额定电压的105%;其他运行 方式下直流系统母线电压不应超出直流用电设备所允许的电压波动范围85~110%。

蓄电池容量计算条件应满足全厂事故停电时间内(应按1H)的放电容 量;应计及事故初期直流电动机启动电流和其他冲击负荷电流;并应考虑蓄电池组持续放电时间内随机负荷电流的影响,应按**严重的事故 方式校验直流母线电压,其****值应满足直 流负荷的要求。

6)工业电视 监控

在水利水电 领域,随着我国许多泵站、水电站及变电站实现了“无人值班、少人值守”的运行管理模式,运行管理人员借助计算机监控系统进行水利水电工程内设备监视控制的同时能够观看远方稳定而且清晰的现场图像信息的愿望更为迫切 。但是,在水利电力行业视频监控系统(即工业电视)一般运行在低温、潮湿、风尘大、强电磁场干扰恶劣的环境条件下,组建一个能够长期可靠稳定运行,并且能够远程转送清晰的图像,操作又十分便捷视频监控系统就成为我们追求的目标。当前是信息化时代,应结合水利水电工程的实际充分考虑用户的需求构成**适合水利水 电工程的视频监控系统结构方案。

视频监控系 统主要根据现场需要放置摄像机,并通过通信电缆将摄像机解码器的图象数据传送到视频控制中心,以现场的实时图象作为信息内容,在控制中心通过对实时图象的处理,实现中控室对远方现场的实时监控,以直观的视频图象信 号及时了解现场环境、人员工作、设备运行情况,还可以将图象信息作为历史资料加以保存,供以后使用。同时利用视频监视系统兼作安全保卫使用,信号可以在电脑网络上传输,这样管理人员通过计算机网络,直接观察现场的 图像,随时了解现场的工作人员和设备的工作情况。特别是对一些无人值守的设备、对无人员操作和运转设备的监视,对环境恶劣的工作区域、水闸区域设备和人员设置监视点提供24小时不间断 监视,为故障分析等提供参考。通过多媒体技术使管理人员获取各类信息,发挥一定的安全保卫作用。

视频监控系 统主要包括前端摄像部分、信号传输部分、图像处理和控制部分、显示和记录部分等主要部分组成。

前端摄像部 分:主要负责摄取现场画面的图像信号并将这些图像信息转变为可传输的电信号,包括摄像机、镜头、云台、防护罩、支架等;

信号传输部 分:用于将现场的视频信号传送至计算机监控中心,及将监控中心的控制信号反馈传送到现场控制摄像点,包括解码器、视频放大器、视频电缆、信号电缆等;

图像处理和 控制部分:集中接收和处理现场发送回来的各种信号,并进行相应的控制和管理工作。这部分主要由数字硬盘录像机主机及多画面处理器完成;

显示及记录 部分:将前端设备传回的视频信号转化为图像信号并显示和记录,主要由显示器、监视器和刻录机完成。

视频监控系 统充分利用其他行业,如数字技术、计算技术、网络技术的发展,尤其是解码技术实现不同行业间的技术发展融合与成熟,形成行业间的相互渗透和融合,数字视频监控系统已逐渐成为视频监控系统发展的一个必然趋势。数字图 像分辨率的提高,是基于日益发展完善的网络,视频监控不再存在地域或者距离的限制,网络技术是今后视频监控系统建设中的基础。同时,随着数字化产品价格的降低,模拟监控系统难于与其他系统兼容,实现系统间的交换和 资源共享,模拟监控系统将随着市场需求量的降低而逐渐被数字设备所取代。未来的数字监控系统,不仅完成视频的存储,且支持视频的传输、控制、网络管理、智能化查询与访问。

7)火灾自动 报警系统

为了及早发 现和通报火灾事故,防止和减少火灾危害,体现以防为主,防消结合的原则,电站应按《火灾自动报警系统设计规范》和《水利水电工程设计防火规范》设置火灾自动报警及消防控制系统。

报警系统的 形式选择应符合二级保护对象宜采用区域报警系统(由区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成,或由火灾报警控制器和火灾探测器等组成功能简单的火灾自动报警系统);一级和二级保护对象宜采用集中报警系统(由集中火灾 报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成,或由火灾报警控制器、区域显示器和火灾探测器等组成功能较复杂的火灾自动报警系统);特一级和一级保护对象宜采用控制中心报警系统(由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成,或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器和火灾探测器等组成功能复杂的火灾自动报警系统)火灾自动 报警系统的保护对象根据其使用性 质、火灾危险性、疏散和扑救难度等分为特级、一级和二级。

三、电站计 算机监控系统

1)目的意义

实现水利水 电工程可持续发展离不开现代控制管理手段,实现自动化、信息化是水利水电工程现代化的基础和重要标志,通过自动化系统设施建设,提高信息采集、传输的时效性,为实现水利水电工程水资源优化配置提供手段,为防汛抗旱 决策提供依据,为水利水电工程更好地服务经济社会发展创造条件。

(1)自动化控 制信息化管理是实现水利水电工程水资源优化配置的需要

水利水电工 程的主要目的是尽可能****限度提高水 资源的综合利用效益,即结合天气、工程、农业生产状况等变化因素制定配水和蓄水计划。

(2)自动化控 制信息化管理是实现水利水电工程水资源优化调度的需要

优化调度是实施水利水电工程水资源优化配置的保障措施,优化调度的前提是要及时掌握水利水电工程水资源、设备运行、用水户的水资源的需求。水利水电水资源调配必须及时,不能滞后于客观实际的变化,才能达到优化调度的目的。

(3)自动化控 制信息化管理是实现水利水电工程防汛抗旱的需要

防汛抗旱是 建设水利水电的重要内容,水利水电工程防汛保安及灌区抗旱执行节约用水要求建立一套水电站水位实时监视控制系统才能满足用水管理控制技术的要求。

(4)自动化控 制信息化管理是实现水利水电工程无人值班少人值守的需要

为了适应时 代发展的要求,提高设备安全和自动化水平,改变水利水电管理用人多、效率低的落后局面,水利水电的值班方式逐步从多人值班向少人、无人值班方式过渡。运行管理体制的改革,必将促进水利水电厂站的技术进步,提高安全 经济运行管理水平,对设备提出了更高的要求。同时水利水电工程效益的发挥,需要整个系统工程的协调正常运行。因此,一项重要的任务是需要就地监视和控制水电站的运行状况,并将信息及时地传送到电站控制中心或电力调 度(或水利防汛指挥)中心,这就要求利用信息技术、计算机网络技术建设采集水电站的数据、信息,完成实时监视控制,以承担水利水电工程运行状况的监控任务。

2)监视控制 系统组成

监控系统可 按系统的结构模式、使用计算机的种类、控制方式、控制层次、冗余配置、功能性能及操作种类等不同原则分类,主要包括:

(1)常规控制: 主要指采用强电开关、强电小型开关在模拟图上进行的控制操作。

(2)直接控制: 是一种较传统的应用方式,其发展可实现数字直接控制。现主要用于小系统或单个设备,实际上是一种单级控制。

(3)经典控制 :一般指采用的比例、积分、微分(PID)调节规律 的控制方式。

(4)计算机辅 助监控系统:在此系统中,计算机仅作 为辅助环节,不构成系统 控制的主回路.或者说计算 机只能完成监视的功能,不能参加控 制和调节,计算机仅处 于辅助和次要的地位.计算机故障 原则上不会影响系统的工作.

(5)计算机为 基础的监控系统:在此系统中,计算机是监 控系统控制主回路的一部分.是完成水电 站生产过程监视和控制的基本环节,从原理上讲 计算机退出将使系统停止运行.由于容错、 冗余、失电动作等一系列提高可用率和可靠性措施,计算机故障将不会影响系统的功能,或将运行设备安全地切换到初始状态。

(6)集中式计 算机监控系统:指将计算机系统集中布置。通常是将该系统的各种功能,如数据采集、数据处理、人机通信等均集中起来完成。这里既包括地理上的集中,同时也含有物理上集中的意思。

(7)分布式处 理计算机监控系统:美国电工电子学会计算机学会给分布系统的定义为:“分布计算系统是这样一种系统,其中包含多个相连的物理资源,它们能够在全系统范围的统一控制下,对单一问题进行合作,而**少依赖集中 的处理、集中的数据或集中的硬件”。而英国国家科学研究委员会下属计算科学委员会的定义为:“分布计算系统是这样一种系统,其中包含多个独立但又有交互作用的计算机,它们对一个共同问题进行合作。这种系统的特性是 包含多个控制路径,它们执行一个程序的不同部分而又相互作用”[10]。分布式系 统**基本要求是 :多个分布的资源;统一的操作系统;资源独立而又相互作用。可按功能、对象以及两种方式结合构成应用系统。

(8)分散式处 理计算机监控系统:分散式处理计算机监控系统是在多计算机系统出现后得到应用的一种系统,主要是将地理上分散在一定的范围内而相互之间的联系较薄弱的、很少存在处理或计算上的因果关系控制对象连接起来。“分散”是 相对于“集中”而言的,主要强调位置上的分散。

(9)分层控制

分层控制理 论是20世纪80年代发展起 来的一种新理论,它是控制系统理论的一个分支,是从控制论的角度来研究多个互相影响的系统的控制方法。它把“中央的控制中心”对“各子系统的控制中心”的监视,以及确定“各子系统控制中心”的控制方向问题提高到理 论上来,从控制命令的产生、命令执行结果信息的反馈流向、被采集的信息上送关系、各级的操作权限等来看,是一个典型的正置三角形的中央??地方模式的 、带有一定程度中央集权性质的系统。因此将监控系统构成一个分层控制结构是合理的。