第三章 水轮发电机微机综合自动化装置运行操作

第三章水轮发电机微机综合自动化装置运行操作
第三章水轮发电机综
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第一节 概述 水轮发电机组采用微机综合自动化装置以实
现对其进行微机保护、监控。

达到以下要求： 1． 提高水电站设备运行的可靠性。

2． 保证水电站的电能质量和电网运行的稳定性。

3． 加快水电站控制调节过程及设备的安全运行。

4． 实现水电站的优化运行。

5． 减轻运行人员的劳动强度，减少运行人员，提供减员增效的必要条件。

在水电站采用微机综合自动化装置可减轻运行人员的劳动，减少运行人员。

但水电站的运行中、值班人员还必须在特定情况下进行必要的操作，对机组进行必要的调节，对设备进行必要的巡视检查，在中控室进行一定的监控，这就要求熟悉发电机监控单元（例如：EDCS-6310）、发电机主保单元（例如：EDCS-6320）、发电机辅保单元（例如EDCS-6330）和微机综合自动化装置系统的上位机操作说明书，PLC 温度巡检仪性能以及辅助设备调速器、励磁系统、油水气等设备性能的了解，能对其进行操作、维护、管理。

第二节 水电站计算机监控、保护要求
水电站计算机监控的内容在不同的水电站有所不同，但基本内容不外乎：水电站设备的控制，水电站设备的调节，水电站设备的保护，水电站
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设备的监测，水电站设备的运行状态、运行参数的自动记录、打印，作为调度自动化系统的远方终端(RTU)，水电站优化运行，水电站的事故处理。

上述内容中，有部分是水电站常规自动控制系统同样具有的，有部分内容是水电站采用计算机监控后增加的。

一、水电站设备的控制
水电站设备控制操作的内容有：水电站机组的控制，水电站辅助设备的控制，水电站进水主阀、进水闸门的控制，水电站升压站电气设备的控制和厂用电的控制。

1．水电站机组的控制
水电站机组的控制包括机组的自动开机发电、自动停机、事故停机等的控制操作，控制操作对象是机组。

中小水电站一般不担负电网的调相任务，若有调相任务的水电站，则还有自动开机到调相运行，调相运行到自动停机的控制操作。

2．水电站辅助设备的控制
水电站辅助设备的控制主要有技术供水系统、渗漏排水系统、高低压压缩空气系统等，中小水电站的油系统，检修排水系统较简单，在水
电站中对自动化要求较低。

对于采用水泵供水的技术供水系统，控制操
作对象一般为供水水泵，也包括部分供水系统的阀门。

对于采用自流供水的技术供水系统，控制操作对象为阀门，根据机组的启停及技术供水情况进行切换操作。

渗漏排水系统的控制操作对象为排水水泵，
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根据集水井水位的高低控制排水水泵的启停。

高、低压压缩空气的控制对象为高低压空气压缩机，根据高低压储气罐中的压力高低，分别控制高低压空气压缩机的启停。

3．水电站进水主阀、进水闸门的控制
水电站在正常运行的情况下，进水主阀、进水闸门是处于开启状态，在机组正常开停机操作过程中是不操作的，但若水轮机导叶漏水严重，正常运行停机时，机组不能停下来，将影响推力轴瓦的寿命，则须关闭进水主阀或进水闸门，同时也保证机组停机后不致浪费水量；还有就是当水轮机的导叶被杂物卡住或其他的原因不能关闭时，也必须关闭进水主阀或进水闸门，保证机组停机；当水轮机的引水管破裂时，须通过关闭进水闸门切断水流，保证电站的安全。

可见，对水电站进水主阀、进水闸门控制操作的可靠性要求很高，很明显，水电站进水主阀、进水闸门的控制操作对象就是进水主阀、进水闸门。

4．水电站升压站的控制
水电站升压站的控制操作对象是油断路器，控制油断路器的分合。

隔离开关一般是采用手动操作的，当隔离开关配上电动或电磁操作机构时，也可由计算机控制操作。

5．厂用电的控制
厂用电的控制对象是交直流厂用电、自动开关、接触器等。

二、水电站机组的调节
水电站设备的调节有：水电站机组的调节、整个水电站的调节、水电站升压站的调节。

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1．水电站机组的调节
在采用计算机监控的电站，水电站机组计算机控制系统的调节主要是针对并入电网担负基荷的机组而言，调节的内容为调节机组的有功功率和无功功率(或功率因数)，调节对象为水轮发电机组。

对于在电网中担负调频任务的电站的机组来讲，频率调节是由水轮机调速器自动完成的，电压调节是由发电机励磁调节系统自动完成的，机组计算机控制系统对水轮机调速器、发电机励磁调节系统进行控制，但不直接调节机组的频率和电压。

2．整个水电站的调节
并网运行并采用常规自动控制系统的水电站，是利用有功功率和无功功率成组调节装置来完成水电站所有机组的有功功率和无功功率分配。

采用计算机监控的水电站，可利用监控系统配置的优化运行软件对水电站所有机组的有功功率和无功功率进行分配，还可使水电站按照上游水位运行，利用中长期洪水预报及实时雨量测报系统调整整个水电站的运行方式，整个水电站的调节对象为水电站的所有机组。

3．水电站升压站的调节
水电站升压站的调节对象是升压变压器，随着水电站所在电网运行方式的改变，需调节变压器分接头，以改变变压器高压侧的电压。

采用无载调压的变压器需停电后由运行人员改变分接头的位置，无法实现自动调节；采用有载调压的变压器，则不需停电，即可由水电站计算机监控系统自动调节分接头的位置，达到调节变压器高压侧电压的目的。

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三、水电站设备的保护
水电站设备的保护有：水电站机组的保护、水电站升压站电气设备的保护和厂用电的保护。

1． 水电站机组的保护
水电站机组的保护分为电气保护和机械保护。

（1） 电气保护
机组的电气保护是指发电机的电气保护，主要内容有：过电流保护、过负荷保护、过电压保护、欠电压保护、低频保护、差动保护、零序保护、负序保护、转子一点接地保护等。

保护对象是发电机，对于不同的机组，保护的数量和种类是有差别的。

（2） 机械保护 水轮发电机组的机械保护主要有：轴承温度过高、轴承油位过高、轴承油位过低、定子温度过高、技术供水中断、导叶剪断销剪断、机组过速等，保护对象是水轮发电机组。

对于不同的机组，保护的数量和种类同样是有差别的。

2．水电站升压站电气设备的保护
水电站升压站电气设备的保护分为出线保护和主变压器保护，有的还有母线保护。

（1） 出线保护 出线保护主要内容有：过电流保护、过负荷保护、过电压保护、欠电压保护、零序保护、负序保护等。

保护对象为出线，对于不同的线路，保护的数量和种类是不同的。

（2） )主变压器保护主要内容有：差动保
护、过电流保护、过电压保护、气体保护、
3-6 3 温度过高保护等。

保护对象为主变压器，对于不同的变压器，保护的数量和种类是
不同的。

3．厂用电保护
交流厂用电的保护对象为厂用变压器，主要内容有：过电流保护、过负荷保护、过电压保护等。

对于不同的厂用变压器保护是有差别的。

厂用直流系统的保护对象为直流屏，主要内容有：直流系统接地、充电机故障等，对于不同的直流系统，保护是有差别的。

四、水电站设备的监测
水电站设备的监测内容一般有：水电站机组的监测、水电站升压站电气设备的监测、水电站进水口拦污栅及上下游水位的监测、水电站辅助设备的监测、厂用电的监测等。

1．水电站机组的监测
水电站机组的监测对象为水轮发电机组，监测内容一般有：发电机三相电压、发电机三相电流、机组频率、有功功率、无功功率、功率因数、励磁电流、励磁电压、有功电能、无功电能、定子温度、轴承温度、技术供水水压、蜗壳、压力、顶盖压力、尾水管压力真空、
主轴的摆度、导叶开度等。

2．水电站升压站电气设备的监测
水电站升压站电气设备的监测分为出线监测、主变压器监测和母线监测。

（1） 出线监测
出线监测的对象为出线线路，监测内容一般
有：三相电压、三相电流、频率、功率因数、有
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功功率、无功功率、有功电能、无功电能等。

（2） 主变压器监测 主变压器监测的对象为主变压器自身，监测内容一般有：三相电压、三相电流、功率因数、有功功率、无功功率、温度等。

（3） 母线监测
母线监测对象为升压站内的母线，监测内容一般有：母线三相电压、频率等。

3．水电站进水口拦污栅及上下游水位的监测 （1） 水电站进水口拦污栅的监测
水电站进水口拦污栅的监测内容一般有：拦污栅前后压差。

（2） 上、下游水位的监测
上、下游水位的监测内容为水电站上下游的水位。

4．水电站辅助设备的监测
水电站辅助设备的监测分为技术供水监测、高低压压缩空气监测、渗漏排水监测。

（1） 技术供水监测
技术供水监测的内容通常为技术供水水压。

（2） 高低压压缩空气监测
高低压压缩空气监测内容为高压压缩空气气压和低压压缩空气气压。

（3） 渗漏排水监测
渗漏排水监测内容为渗漏排水集水井水位。

5．水电站厂用电的监测
水电站交流厂用电的监测内容主要是厂用变压器的三相电压、三相电流、功率因数、有功功
3-8 3 率、无功功率、有功电能、无功电能等。

直流厂用电的监测内容主要是直流电压。

五、水电站设备的运行状态、运行参数的自动记录、打印
采用常规自动控制系统的水电站，水电站运行情况、运行参数的记录，由运行人员在运行日志上人工记录，水电站实现计算机监控后，则可由计算机监控系统自动完成数据采集，并打印出运行日志，自动统计日、月、年运行报表。

水电站设备的运行状态、运行参数的自动记录、打印的内容有：整个水电站的运行状态、运行参数，水电站机组的运行状态、运行参数，水电站升压站的运行状态、运行参数，水电站厂用电设备的运行状态、运行参数。

上述这些运行状态、运行参数可由计算机监控系统自动按设计好的日、月、年运行报表打印出来。

1．整个水电站的运行状态、运行参数
整个水电站的运行状态、运行参数的记录打印内容有：水电站日、月、年的最大、平均、最小有功功率、无功功率，水电站日、月、年的最大、平均、最小负荷曲线，水电站日、月、年的有功电能、无功电能，水电站上、下游水位等。

2．水电站机组的运行状态、运行参数。

水电站机组的运行状态、运行参数的记录打印内容有：三相电压、三相电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、励磁电流、励磁电压、机组蜗壳水压、顶盖水压、尾水管水压、主轴摆度、机组开停机时间、机组
事故情况等。

3 3．水电站升压站的运行状态、运行参数
水电站升压站的运行状态、运行参数的记录打印内容有：升压站油开关的分合状态，升压站母线三相电压、频率，主变压器三相电压、三相电流、功率因数、有功功率、无功功率，出线线路三相电流、功率因数、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能等。

4．水电站辅助设备的运行状态、运行参数 水电站辅助设备的运行状态、运行参数的记录打印内容有：技术供水系统的主备用切换状态、水压，高、低压压缩空气系统的主备用切换状态、气压，渗漏排水系统主备用切换状态、工作时间间隔、集水井水位等。

5．水电站进水口设备的运行状态、运行参数
水电站进水口设备的运行状态、运行参数的记录打印内容有：进水口闸门启闭状态，拦污栅压差等。

6．水电站厂用电设备的运行状态、运行参数 水电站交流厂用电设备的运行状态、运行参数的记录打印内容有：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、厂用电切换状态等。

水电站直流系统设备的运行状态、运行参数的记录打印内容有：直流电压。

六、作为调度自动化系统的远方终端(RTU)
水电站计算机监控系统，能直接对水电站设备进行控制操作、数据采集，因此可以作为调度自动化系统的远方终端(RTU ：Remote Terminal
Unit)，通过水电站计算机监控系统的通信口与
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调度端的计算机进行数据交换。

采用常规自动控制系统的水电站，要实现调度自动化，则必须增加RTU 、电气量、非电气量变送器、传感器等。

七、水电站优化运行
在水电站实现优化运行也是水电站计算机监控的内容，水电站计算机监控系统利用中长期洪水预报及实时雨量测报，可使水电站进行优化运行，合理调整水电站的运行，合理分配机组间的负荷，使整个水电站运行的综合效率最高，达到消耗尽量少的水发出尽量多的电的目的。

对于径流式水电站，水电站计算机监控系统可使电站机组按上游水位调节机组出力，实现简易优化运行。

八、水电站的事故处理 水电站计算机监控系统的事故处理内容主要分为机组事故处理和升压站电气设备事故处理。

自然也还有水电站其他设备的事故处理。

1．机组事故处理
当水电站计算机监控系统检测到机组出现事故，计算机监控系统即中止正常运行，转向事故处理，分发电机出口断路器；机组与电网解列，关机。

当关机过程中出现水轮机导叶不能关闭的情况，则关进水主阀或进水口闸门，同时进行事故记录、发出告警。

2．升压站电气设备事故处理
当水电站计算机监控系统检测到升压站电气设备出现事故，计算机监控系统自动转向事故处理。

若是线路事故，分线路断路器；若是变压器
3 事故，分变压器二侧断路器，同时进行事故记录并发出告警。

第三节 水轮发电机组的开机
不论采用常规自动控制设备或采用计算机监控设备来控制水轮发电机组，水轮发电机的控制过程基本是不变的，只不过实现的设备各有差异而已。

1．开机条件
（1） 发电机断路器在跳闸位置，断路器合闸位置继电器的动合触点在断开位置。

（2） 发电机制动闸内无风压，制动闸在落下位置，制动闸位置开关在断开位置。

（3） 水轮发电机组无事故、故障。

紧急停
机按钮没有按下；发电机灭磁开关在跳闸位置，灭磁开关动合辅助触头在断开位置；水轮机导水机构剪断销正常，剪断销信号
器的动合触点在断开位置；机组轴承、绕组温度正常，温度信号器的动合触点在断开位置；各轴承的油位正常，液位信号器
的动合触点在断开位置；调速器油压正常，油压偏低、事故低油压压力信号器的动合触点在断开位置；发电机励磁风机运行，
励磁风机接触器的动合辅助触点在闭合位置；发电机无电气事故，发电机电气事故
出口继电器的动合触点在断开位置，也就是说发电机差动继电器、复合电压过电流继电器、过电压继电器、发电机失磁继电
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继电器、发电机电压互感器TV 断线监视继
电器、发电机电流互感器TA 断线监视继电器等的动合触点在断开位置；主变压器无
事故，事故出口继电器的动合触点在断开位置。

2．开机操作
当上述开机条件满足后，开机准备信号发出。

开机操作过程如下。

（1） 蝶阀开启
a ． 开机联动开启蝶阀
操作开停机控制开关，将控制开关拧向开机方向，其触点1、2接通。

首先检测蝶阀启闭位置，若蝶阀全关限位开关的动合触点闭合，则表明蝶阀在关闭位置，主机先联动开启蝶阀，蝶阀开启中间继电器动作，向蝶阀开启回路发出开启命令，蝶阀开启中间继电器由主机经一定延时后动作复归；在蝶阀开启过程中，蝶阀开启位置信号灯闪烁；当蝶阀开启后，蝶阀全关限位开关的动合触点断开，蝶阀关闭位置信号灯熄灭；当蝶阀到达全开位置时，蝶阀全开限位开关的动合触点闭合，蝶阀开启位置信号灯为平光点亮。

b ． 直接操作开启蝶阀
开启蝶阀的另一种方法，就是不采用开机联动开启蝶阀，在把开停机控制开关拧向开机方向前，在蝶阀就地控制柜或机旁屏操作蝶阀启闭控制开关，先把蝶阀开启。

如在机旁屏上操作蝶阀启闭控制开关，把控制开关拧向蝶阀开启方向，其触点1、2接通，主机控制蝶阀开启中间继电器动作，向蝶阀开启回路发出开启命令，蝶阀开在
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蝶阀开启过程中，蝶阀开启位置信号灯闪烁；当蝶阀开启后，蝶阀全关限位开关的动合触点断开，蝶阀关闭位置信号灯熄灭；当蝶阀到达全开位置时，蝶阀全开限位开关的动合触点闭合，蝶
阀开启位置信号灯为平光点亮。

（2） 投技术供水
当机组开停机控制开关拧向开机方向，蝶阀已开启，主机检测蝶阀全开限位开关的动合触点闭合，蝶阀开启位置信号灯点亮。

则主机继续检测上导轴承冷却水、推力轴承冷却水、主轴密封水等的示流信号器的动合触点，若这些动合触点没有闭合，则表明技术供水未投入，主机开机联动投技术供水，投技术供水中间继电器动作，若投切技术供水的电磁阀为瞬时通电型的，则由主机经一定的延时后复归；当技术供水投入后，使得上导轴承冷却水、推力轴承冷却水、主轴密封
水等的示流信号器的动合触点闭合。

（3） 合发电机灭磁开关
主机控制合发电机灭磁开关中间继电器动作，接通灭磁开关合闸回路，灭磁开关合闸，灭磁开关动合辅助触点闭合。

（4） 开水轮机导叶
采用机械液压或电气液压调速器的机组，可以取消开机继电器和停机继电器。

主机控制调速器开度限制增加中间继电器动作，调速器开度限制开至空载位置，开度限制空载位置开关的动合触点闭合；主机控制导叶开度增加中间继电器动作，水轮机导叶开至空载开度，导叶空载开度位置开关的动合触点闭合；水
3 在开机过程中，主机控制开机继电器动作，向微机调速器发出开机命令，微机调速器自动开启导叶开度限制和导叶至空载位置，水轮机导叶开至空载开度，导叶空载开度位置开关的动合触点闭合；水轮发电机组随着导叶的开启而起动旋转。

（5） 起励
水轮发电机组起动后逐渐加速，当转速信号器中表示80％额定转速的动合触点闭合，机组的转速达到80％额定转速时，发电机的电压还没有建立，主机控制起励中间继电器动作，接通发电机的起励回路，使发电机建压。

（6） 自动准同期并网
在开机前或开机过程中，操作自动投切自动准同期装置，当机组转速达到95％额定转速的动合触点闭合，主机控制投自动准同期装置的中间继电器动作，把自动准同期装置投入运行，自动准同期装置自动调节机组的频率和电压，当达到准同期条件时，自动准同期装置发出合闸命令，发电机机端断路器合闸，断路器合闸位置继电器的动合触点闭合，中间继电器动作，退出自动准同期装置。

对于机械液压或电气液压调速器采讲，发电机断路器合闸后，主机将把调速器导叶开度限制打开至全开位置，主机控制调速器开度限制增中间继电器动作，当导叶开度限制打开至全开位置时，导叶开度限制全开位置开关动合触点闭合。

当自动投切自动准同期装置选择开关在断开位置时，即使机组转速达到95％额定转速时，
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能通过自动准同期装置并网，但是可以通过运行人员参质MZ-10同期表指示，由手动准同期并网。

若机组不需并网，可以不进行同期操作，水轮发电机组由调速器和励磁装置调节机组的频率和电压，使机组在空载状态下运行。

（7） 发电运行
当机组转速达到95%N H 时，由主机命令励磁系统开始起励程序操作（或人工控制起励过程）在接近额定电压，发出同期合闸命令，经检同期（检无压）自动并网。

（8） 机组有功功率和无功功率给定(或功
率因数给定)
（9） 开机未完成
当开机命令发出经过一定的时间后，机组还没有完成开机过程，主机就控制机组故障继电器和机组故障保持继电器动作，主系统送去机组开停机未完成信号。

3．水轮发电机组的开机流程图如下所示：
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第四节水轮发电机组的停机
1．正常停机
（1）卸负荷
操作开停机控制开关，将控制开关拧向停机
方向，其触点接通，主机控制水轮机导叶开度减
小中间继电器动作，减小水轮机导叶开度，机组
卸负荷。

操作开停机控制开关，将控制开关拧向停机
方向，其触点接通，主机控制机组停机中间继电
器KSP动作，向微机调速器发出停机命令，微
机调速器减小水轮机导叶开度，机组卸负荷。

（2）断路器跳闸、灭磁开关跳闸
当水轮机导叶关至空载开度，导叶空载开度
位置开关动合触点从闭合状态变为断开状态，主
机控制断路器跳闸中间继电器动作，接通断路器
跳闸回路，发电机断路器跳闸，断路器合闸位置
继电器动合触点处于断开位置；主机控制灭磁开
3 路，发电机灭磁开关跳闸，灭磁开关动合辅助触点断开。

对于采用微机调速器的机组，断路器跳闸命令也有从调速器发出的。

（3） 导叶开度限制关至全关
a ． 采用机械液压或电气液压调速器的机组 当发电机断路器跳闸后，主机控制导叶开度限制减小中间继电器和导叶开度减小中间继电器动作，调速器导叶开度限制和水轮机导叶均关至全关；开度限制全关位置开关的动合触点闭合，导叶开度全关位置开关的动合触点闭合。

b ． 采用微机调速器的机组 当发电机跳闸后，调速器导叶开度限制和水轮机导叶均关至全关，开度限制全关位置开关的动合触点闭合，导叶开度全关位置开关的动合触点闭合。

（4） 机组制动
水轮机导叶全关后，机组转速下降，当转速信号器SN 表示30％额定转速的动合触点闭合，主机控制制动器制动中间继电器动作，机组制动
器制动。

（5） 制动解除、切技术供水
当机组停止转动后，转速信号器SN 表示0转速的动合触点闭合，主机经一定的延时，控制制动器复归中间继电器、切除技术供水中间继电器动作，解除机组的制动，切除机组的技术供水，完成机组正常停机。

（6） 停机未完成
当停机命令发出经过一定的时间后，机组还没有完成停机过程，主机就控制机组故障继电器。