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第卷第期年月中国水利水电科学研究院学报收稿日期文章编号我国农村水电厂基础自动化的现状和展望郭江王晓晨中国水利水电科学研究院天津水利机电研究所天津摘要水电厂基础自动化是水电厂实现无人值班少人值守的关键我国农村水电厂基础自动化正处于推广应用和快速蓬勃发展的一个阶段整体技术水平参差不齐本文叙述了我所自主研发的并适合目前市场上的水电厂基础自动化元件和设备基础自动化包括自动化测量和执行元件以及自动化辅助设备两大部分水电厂自动化元件和设备的质量优劣直接关系到水电厂企业的安全生产也影响着基础自动化的发展以及整体自动化水平的提高水电厂凶件和设备的选型一定要高起点高可靠性选用质量好的定型产品水利水电基础自动化向智能化发展逐步发展成为一个集计算机控制通信网络等为一体的综合系统关键词基础自动化水电厂无人值班自动化元件和设备智能化中图分类号文献标识码我国农村小水电的蕴藏量很大分布很广已成为我国很多地区水力资源的重要组成部分目前全国?以上地区电力资源由小型水电厂提供其中有多个县主要依靠小型水电厂供电开发小型水电厂已成为我国推进农村电气化的重要途径对于水电厂来说基础自动化元件和设备担负着水利水电机组及其辅助设备运行的状态监视和测量发出报警信号和按规定要求执行自动操作是计算机监控系统集群调度系统的传感部分耳目和执行部分手脚成为计算机监控系统中?设备在计算机监控系统和集群调度系统中占有十分重要的地位所以基础自动化元件和设备必须稳定可靠灵敏并适合在水利水电特殊的强磁强电潮湿环境下长期工作基础自动化的内容中国水利水电科学研究院天津水利电力机电研究所原水利部电力工业部机电研究所专门从事水利电力行业技术研究机电产品设计开发生产和服务等业务主要从事电力系统输变电电站自动化装置及控制系统高效泵产品等领域的研究和技术推广工作生产经营高压电器泵类产品液体过滤器弹性金属塑料轴瓦和电站自动化装置和控制系统等拥有自主知识产权的产品和工程技术性能均居国内领先地位达到国际先进水平部分产品为国家级重大新产品多年来我所各类产品行销全国出口国外受到顾客一致好评为我国水利水电工程的自动化技术进步作出了贡献水电厂基础自动化是水电厂实现无人值班少人值守的关键基础自动化的元件和设备要选用符合国家标准要求的质量可靠适应潮湿环境的成熟产品同时应注意改善自动化元件和设备的环境必须满足其说明书提出的要求基础自动化包括自动化测量和执行元件自动化辅助设备两大部分基础自动化电站自动化装置及控制系统是我所专业学科之一本文叙述的是我所针对水电厂的实际情况开展科技攻关和自主研发的以及目前市场上适合水电厂使用的基础自动化元件和设备自动化测量和执行元件自动化测量和执行元件担负着全厂主辅设备运行的自动监测并及时发出报警信号如转速测量装置油混水监测装置水库拦污栅压差测量装置流量水头效率测量装置超声波流量计电磁流量计压力?差压?液位?温度?位移变送器压力开关差压开关液位开关压力显控器流量开关示流信号器电磁阀电磁空气阀电磁配压阀电动蝶阀电动闸阀电动球阀自动补气装置水力控制阀等其中转速测量装置油混水监测装置液位变送器流量变送器压力?差压变送器位移变送器温度变送器等应选择具有模拟量输出或具有串行通讯接口的产品装机容量较大的水电厂转速测量装置应采用齿盘测速和?或残压测速方式冷却水流量开关应推广利用有源热扩散方式温度传感器应选用温度巡检装置应带或通讯接口转速测量装置转速测量装置有机械测速和电气测速两种机械测速由齿盘或钢带传感器或接近开关仪表组成有输出或通讯接口能与电站监控计算机通讯具有断电记忆过速记忆参数自动保护功能在转速上升或下降时应在规定的转速发出信号对机械转速信号装置同一触点的动作误差不超出油混水监测装置油混水监测装置采用电容式油混水信号装置由测量探头和仪表组成灵敏准确探测油混水状况有含水量显示并有输出有报警点输出报警值在含水量可调水库拦污栅压差测量装置水库拦污栅压差测量装置同时采集栅前栅后的水位信号同时显示个水位及其差值有断电记忆参数自动保护功能有变送器断线检测功能有对报警点及模拟量输出能与电站监控计算机通讯流量水头效率测量装置流量水头效率测量装置同时采集来自流量水头有功的信号同时显示瞬时流量累积流量水头效率和耗水率有断电记忆参数自动保护功能有变送器断线检测功能输出能与电站监控计算机通讯自动补气装置自动补气装置用于电站压油装置及其他储能器系统中为组合式多功能高压空气阀组接受系统控制回路控制实现自动补气该装置由手动球阀常闭电磁阀单向阀常开电磁阀手动球阀消声器及不锈钢管路组成阀体的优化组合避免了因阀漏气致使储能器的气压逐渐升高可实现自动补气手动补气和贮能器中多余气体的排放水力控制阀水力控制阀的主要工作原理是利用上下阀腔的压力差控制阀盘的运动再通过旁通管路和各种导阀的不同接法实现不同用途例如遥控浮球阀减压阀缓闭止回阀流量控制阀持压泄压阀电动阀水泵控制阀压差平衡阀紧急关闭阀定水位阀等水力控制阀建议小口径选用隔膜式大口径选用活塞式自动化辅助设备全自动滤水器设备全自动滤水器主要用于水电厂技术供水系统自动过滤排污是技术供水系统的必备装置适用于无人值班少人值守的水电厂全自动滤水器应具有自动过滤清污排污功能其自动清污排污功能是在线完成的不影响正常的技术供水在罐体上设置滤筒检修孔方便检修全自动滤水器由执行机构及自动控制机构组成执行机构主要由电动减速机滤水器壳体及壳体内的滤网组件反冲洗机构排污机构排污电动阀等组成自动控制机构主要由控制箱差压测量系统组成实现定时定差压和手动切换功能设置并输出运行故障冲洗差压报警差压过高报警等信号具有通讯接口满足智能化要求一体化全自动技术供水系统一体化全自动技术供水系统是集成全自动滤水器手?电动球阀减压阀安全阀和电气控制箱等的技术供水设备专门针对中小型水电厂设计生产满足无人值班少人值守水电厂的需要该系统不但省去了现场安装配管密封等还具有出口压力可调供水压力平稳安全的优点全自动密闭水循环冷却系统我国农村水电厂基础自动化的现状和展望郭江王晓晨全自动密闭水循环冷却系统由补水箱自动控制循环水泵系统尾水冷却器和电气控制箱等设备组成是专门针对中小型水电厂技术供水系统设计生产的技术供水设备满足无人值班少人值守水电厂的需要水电厂在运行过程中冷却水通过运行的机组后带走机组的热量进入布置在尾水中的尾水冷却器利用尾水冷却器外部流动的水进行热交换作用将循环水冷却使水温降低到满足机组对冷却水水温的要求然后由循环水泵再送到机组使用冷却水通过运行的机组后又回到尾水冷却器这样不断的循环机组的热量通过尾水水流与尾水冷却器进行热交换作用带走在补水箱内装有液位开关当系统内部由于管道及水池滴漏和蒸发箱内液位过低时会发出报警信号上位机收到信号自动打开补水阀门进行补水保证系统正常运行同时补水箱上还装有液位计可以在现场直观的看到内部水位变化本系统设计水流畅通安装检修方便管路上安装自动排气阀全自动四通换向阀双向供水用全自动四通换向阀是一种四通球阀结构阀门由电动执行机构和四通球阀及控制箱组成电动执行机构带动球阀阀芯转动通过球阀阀芯内部双流道的旋转实现水电厂发电机和变压器冷却用水的正反向技术供水防止单向供水引起冷却器堵塞使发电机冷却效率降低而影响机组正常运行配置可编程控制单元实现定时定差压和手动切换功能设置并输出运行故障切换动作差压报警等信号具有通讯接口满足智能化要求机组自动测温刹车制动柜机组自动测温刹车制动柜具有机组自动测温和机组刹车制动两种功能测温单元可实现机组多点温度的自动监测并输出的模拟量信号和温度报警的开关量信号机组制动单元可完成机组的刹车制动制动复位等功能机械部分采用进口电磁阀和不锈钢管路闸门自动控制系统闸门控制系统安装在闸门启闭机室由开度传感器荷重传感器智能闸门测控仪表控制电器逻辑保护电路操作按钮状态指示灯电流电压显示表等组成可以根据用户要求进行闸门的单控群控微机可控硅励磁装置系列中小型同步电机微机可控硅励磁装置是发电机组重要的辅助设备它对提高发电厂的自动化水平发电机组运行的可靠性电力系统的稳定性有着重要的作用随着现代科学技术的发展励磁方式已从直流电机励磁发展到可控硅励磁自动调节器从原来的模拟式发展到单微机和双微机数字式系列同步发电机微机可控硅励磁装置采用一体化可控硅功率单元和数字励磁调节器的技术设计具有抗干扰能力强运行可靠性能指标优良等特点特别适用于大电流等级的中小型的水电厂的励磁装置变频调速恒压供水系统变频调速恒压供水系统用变频器调速来实现恒压供水与用调节阀门来实现恒压供水相比节能效果好其优点是起动平衡起动电流可限制在额定电流以内从而避免了起动时对电网的冲击由于泵的平均转速降低了从而可延长泵和阀门等的使用寿命可以消除起动和停机时的水锤效应节电优化的节能控制软件使水泵实现昀大限度地节能运行节水根据实际用水情况设定管网压力自动控制水泵出水量减少了水的跑漏现象运行可靠由变频器实现泵的软起动使水泵实现由工频到变频的无冲击切换防止管网冲击避免管网压力超限管道破裂基础自动化的现状和展望现状我国农村水电厂的基础自动化水平正处于一个推广应用和快速蓬勃发展的阶段世纪年代以前所建的小型水电厂都不同程度的存在着设备和管理运行方式落后技术水平低下安全性能较差事故发生率高电能质量差经济效益低等弊端整体水平参差不齐部分水电厂基本没有自动化功能全部采用手动常规控制设备且设备老化可靠程度低往往由于设备原因而导致停机影响正常我国农村水电厂基础自动化的现状和展望郭江王晓晨供电在对一些电站的调研中发现有些电厂所选择的调速器同期装置和励磁装置没有与计算机监控系统的通讯接口或接口协议矛盾致使这些自动化设备不能正常接入计算机监控系统还有一些电站在进行自动化改造与实施计算机监控过程中没有认真对原有设备进行分析未按监控系统的自动化要求配备必须的传感器仪表对一些传统的手动操作设备也没有及时配备电动及气动液压等自动化操作机构致使底层设备必要的信号不能送入计算机监控系统系统下达的操作指令也不能自动执行特别是设置了公用却不能实现对辅助系统的自动监控有个别水电厂在监控系统设备选择时同一系统选用了数家的自动化设备各种设备之间的参数不匹配通讯协议不一致或数据格式不统一为设备之间的通讯带来很大困难也不易调试有的电站设备安装多年也无法实现设备的联网同时当某些设备出现问题后需找不同的厂家维修造成责任不分明相互推诿一个小的问题或局部故障往往数月得不到维修严重影响电站的正常运行以上这些问题都导致了计算机监控系统统一控制的水平难以实现因此也更难以实现少人值守和无人值班的技术要求随着计算机监控系统在大型水电厂中的成功应用一批小型水电厂自世纪年代中期开始也陆续实施计算机监控和自动化改造在已实施计算机监控和自动化改造的小型水电厂中绝大多数电站的改造是成功的特别是近几年新改造或新投入的小型水电厂但是在一些小型电厂的计算机监控和自动化系统中仍不同程度地存在一些缺陷少数小型水电厂存在问题比较严重影响了电站的正常运行针对水电厂基础自动化的现状水利部曾下发关于农村水电技术现代化指导意见要求新建水电厂都要按无人值班少人值守进行设计和建设世纪年代以前建设的水电厂要按总体目标要求做出更新改造规划在年前全部实现无人值班少人值守对已超过使用年限经技术改造认证仍达不到要求的发电机组要报废重建或强行淘汰在农村水电厂自动化改造中基础自动化的质量优劣直接关系到水电厂的安全运行也影响着综合自动化水平的提高因此基础自动化元件和设备的选型一定要高起点高可靠性选型一定要慎重要选用质量好的定型产品为实现无人值班少人值守打下坚实的基础展望我国农村水电总装机容量达到截至年底水利部统计数据约占全国水电总装机的年发电量多亿千瓦时成为国家电力供应的重要组成部分为推动我国可再生能源产业的发展起到了领头羊的作用水电农村电气化标准总则条文说明规定农村水电是指主要由地方组织建设和管理的中小水电站及其电网农村水电或小水电世纪年代是指及以下的水电站和送电线路年代是指单机总容量及以下的水电站和送电线路到年代是指单机总容量及以下的水电站和相应的送变电工程进入年代扩大到单站容量在及以下的水电站和配套小电网进入年代是指单站容量在及以下的水电站和配套电网同时一些地方开始经营总装机及以