水电厂自动控制系统.

一、水电厂自动控制系统概况

水电厂自动控制系统采用全分布开方式系统结构，以适应其水电厂生产设备分散布置的特点，整个监控系统分为两级即主控级（上位机系统）和现地控制单元级（LCU）。

主控级设有操作员工作站（冗余）、工程师站（兼仿真培训）、通信处理计算机、厂长终端等设备。

现地控制单元级包括水轮发电机组、开关站、公用设备、主变、闸门等设备的控制装置。

监控系统的功能可在监控室内全部实现，现地各LCU在主控层和网络全部失效情况下也应能独立运行操作。

现地各LCU采用冗余设计。

网络接口和通信协议符合IEEE802.4Etheret标准，设计为总线式双网，以利于功能扩展和网络间的互联。

网络介质采用光纤缆。技术要求：传输速率100Mbps，通信距离2000m，最大网络节点1024个。

二、水电厂主要调节系统

水电厂主要调节系统有：有功功率调节系统、无功功率调节系统、机组压油装置自动化系统、机组冷却水系统、主变冷却装置自动控制系统、机组压油装置综合自动化系统等。

（一）有功功率调节系统

有功功率调节系统包括有功功率给定和有功功率调节两部份组成。

有功功率给定方式有：调度所给定，负荷曲线给定，或通过键盘在显示器上实时设定等方式。

调度所给定电厂有功功率有二种方式，即调度所给定全厂总功率，然后由电厂监控系统分配到机组；或调度所直接给定机组功率。

华东总调采用的是给定全厂总功率方式，以便电厂根据机组的具体情况（如避开机组运行的振动区，功率上下限等）更合理地在机组间分配负荷，且容易采取适当的措施提高有功功率的调节精度。例如，当某台机组因故不能及时响应系统的给定功率变化时，则可在调节系统程序中增加积分环节，适当选择积分速率，即

可自动调整功率给定值，将功率差值转移到调节性能正常的机组上，从而满足了系统功率调节的要求，提高了系统功率调节品质。

浙江省调采用的是由省调直接给定机组功率方式，乌溪江水电厂和紧水滩水电厂参加AGC的机组有功功率直接由浙江省省调度所控制，但开停机操作是由电厂负责执行的。

当现地控制单元级（LCU）即机组控制器接收到机组功率设定值后，由于新型的微机调速器调节品质较好，以PID调节方式调节机组有功率即可达到较为满意的效果。

当丰水季节水位较高时，为了防止弃水可采用负荷曲线给定运行方式，或通过键盘在显示器上实时设定等方式给定机组功率。

注：新安江水电厂的水轮发电机组经华东电力试验研究院改进后，机组的振动区已不复存在，因此可在任何功率下长期运行。再也不用为了避开在振动区行运而较大幅度地在机组间进行负荷转移，从而使水电站的经济运行更为合理。

改进措施是：通过机组大轴中心孔进行自然补气，破坏尾水管涡流带和尾水管的真空，从而消除了机组的振动区。

附1：水轮机调速器简介

近十年来，我国水轮机电液调速器得到了很大的发展，出现了多种类形的产品。从它的核心环节来说，电气部份有嵌入工业级微机（PC）和可编程序控制器（PLC）两大类。

现代调速器的系统结构可分为调节器和电液随动系统两大部份。

1. 调节器的系统结构模式

（1）PLC模式

PLC调节器一般都是单系统结构。并且，PLC一般不会采用高档的产品，因此解决不了频率测量的精度和实时性问题。而是采用另加一个单片机完成测频任务。PLC调节器的系经结构如下图所示所示。

（2）PC模式

PC模式是指单系统模式的PC调节器，其系统如下图所示。

（3）双PC模式

双PC模式是指调节器采用两套PC而输出功放为一套，其系统如下图所示。图6-3 双PC调节器框图

（4）带通信双PC模式在双PC模式的基有础上，使PC1与PC2之间实现数据通信，实现了两套PC之间的自动跟踪，即所谓带通信双PC模式。其系统如下图所示。

（5）双PCS模式

在双PC模式上再增加一套输出功放，则其输入至输出是完全独立的两套系统，称之为双PCS模式。其系统结构模式的简化图如下图所示。

（6）带通信双PCS模式

在双PCS模式的基础上，实现两系统之间数据通信双系统之间实现自动跟踪，即所谓带通信双PCS模式。其系统结构模式的简化图如下图所示。

（1）带通信双PCS容错模式

全数字式的带通信双PCS容错式调节器，其特点是：输入端采用交流采样测频技术，反馈采用数字技术；而且在硬件和软件上采用容错控制技术和变结构技术。

2. 液压装置的系统结构模式

（1）电-机式液压随动装置

BDY-S型和STARS型两种转换装置由步进电动机、液压缸和机械杆件组成；LAND型转换装置由稍大容量步进电动机及丝杆组成；“长控”转换装置由力矩电

动机和丝杆组成。这些转换装置的共同特征是：输入是电位号，输出是机械位移信号，无“复中”特性，是积分环节。它可以代替老式调速器中的电液转换器和中间增力器，合二为一的装置。由电－机转换装置为核心的液压系统必然是二级随动系统，其系统结构模式如下图所示。它的第二级是机械－液压随动系统。

（2）电-液式随动装置

国内开发的的HDY环喷式和DYS双锥阀式两种电液转换器，其抗油污能力相对于传统老式调速器有所改善，但其频率响应性能尚不能令人满意。与电－机式转换装置相比，电-液式随动装置有它不可取代的优点，因而新型电液转换器件仍是开发新型液压系统的主要方向。

以电－液转换装置为核心的液压系统，目前都设计成一级随动系统，其系统结构如下图所示。

国内于1994年首次开发了容错电液一级式随动系统，其系统结构模式如下图。

附2：步进式水轮机调速器

步进式水轮机调速器是由步进式电－位移伺服系统，带动液压随动系统，实现了对水轮机的控制。

由可编程序控器和步进电机组成的步进式电－位移伺服系统，取消了传统的电－液随动系统，特别是取消了电液转换器，因此消除了由于电液转换器引起的一系列问题。

1．主要特点

（1）电气回路中完全取消了电位器和继电器，大大减少了接触不良等不安全因素。电柜内无功率放大器等模拟电路，避免了模拟电路存在的漂移，抗干扰性能差等问题。

（2）独特的变速控制方式，具有自动检测步进电机失步等故障诊断处理功能。保证了整个系统的安全性和可靠性。

（3）具有频率跟踪、开度跟踪和功率跟踪的功能，保证了调速器手动／自动无扰动切换，以及运行模式无扰动切换。

（4）自动按工况改变运行参数，调节平稳，速动性好。

（5）采用梯型图编程，使程序易懂易读，修改方便，用户容易掌握。

（6）采用单片机测频，线性好，精度高，速度快。

（7）当电源消失时，调速器自动进入手动运行方式，在手动操作前维持原有的导叶开度不变。

（8）手／自动运行方式切换平稳，无论是从手动运行方式进入自动运行方式