水電站輔機設備及PLC控制

1、水電站輔機設備及PLC控制主要內容主要內容輔機系統(tǒng)的原理及作用輔機系統(tǒng)的原理及作用輔機系統(tǒng)控制輔機系統(tǒng)控制輔機常用設備輔機常用設備PLCPLC在輔機控制中的應用在輔機控制中的應用兩臺泵輪換程序介紹兩臺泵輪換程序介紹一 輔機系統(tǒng)的原理及作用1 油系統(tǒng)分類：水電站用油主要有潤滑油和絕緣油。潤滑油包括透平油、壓縮機油、機械油和潤滑脂；絕緣油包括變壓器油、開關站油和電纜油。油作用：透平油的作用有潤滑、散熱和液壓操作。（軸承潤滑、軸承冷卻、調速器導葉等控制），絕緣油在設備中的作用是絕緣、消弧和散熱。油系統(tǒng)：是用管網把用油、貯油、油處理設備連接起來所組成的油務系統(tǒng)。油系統(tǒng)的作用：接受新油； 貯備凈油； 給

2、設備充油； 給運行設備添油； 從設備中排出污油； 污油凈化處理； 油的監(jiān)督與維護； 收集和保存廢油；油系統(tǒng)組成：油庫、油處理室、油化驗室、油再生設備、管網和測量及控制元件。二 氣系統(tǒng)：分類：廠內高壓氣系統(tǒng)、廠內低壓氣系統(tǒng)廠外高壓氣系統(tǒng)、廠外低壓氣系統(tǒng)。氣系統(tǒng)：是由空氣壓縮裝置（空壓機及其附屬設備）、管網和測量控制元件組成。氣系統(tǒng)作用：是滿足用戶對壓縮空氣的氣量和質量（壓力、清潔及干燥）的要求。廠內高壓氣：系統(tǒng)壓力為2.54MPa，供油壓裝置壓油槽用氣。廠內低壓氣系統(tǒng)：壓力為0.7MPa，供機組停機制動、調相壓水、風動工具及吹掃用氣，及水導軸承檢修密封圍帶、蝴蝶閥止水圍帶充氣。廠內低壓氣系統(tǒng)供以

3、下設備用氣：a) 機組制動供氣： 在停機過程中，當轉速下降到35%nr時，通常用壓縮空氣通入制動閘，強迫機組停止轉動。制動裝置供氣系統(tǒng)，主要由制動閘、制動柜及供氣管網組成部分。制動閘一般裝置在發(fā)電機下機架上或水輪機頂蓋的推力軸承油槽支架上。b) 機組調相壓水供氣： 在電力系統(tǒng)中，常選用距離負荷中心較近，年利用小時數不高的水輪發(fā)電機組作調相機運行，向系統(tǒng)輸送超負荷運轉功率，以提高電力系統(tǒng)的功率因素和保持電壓水平。在調相運行時，為了減少電能消耗，通常采用壓縮空氣強制壓低轉輪室水位，使轉輪在空氣中旋轉。 c) 風動工具、防凍吹冰供氣： 水電站機組及其它設備檢修時，常使用各種風動工具，常采用壓縮空氣除

4、塵、吹污、吹掃。因此需用風動工具和其它工業(yè)供氣。d) 空氣圍帶供氣： 水輪機常用空氣圍帶止水，如水導軸承檢修密封圍帶充氣、蝴蝶閥止水圍帶充氣等。廠內高壓氣系統(tǒng)供以下設備用氣：a) 油壓裝置壓油槽是機組調節(jié)系統(tǒng)和機組控制系統(tǒng)的一種能源，也是進水閥、調壓閥和電磁液壓閥的能源。在壓油槽（罐）容積中3040%是透平油，6070%是壓縮空氣。由于壓縮空氣具有彈性和可貯存壓能，所以能保證和維持調節(jié)系統(tǒng)及其它設備操作所需的工作壓力。b) 配電裝置供氣，主要是空氣斷路器、氣動隔離開關及壓縮空氣操作的油開關。3 供水系統(tǒng)：分類：水電站的供水包括技術供水、消火供水和生活供水。作用：發(fā)電機空氣冷卻器的冷卻，發(fā)電機推

5、力軸承及導軸承油冷卻器的冷卻，水輪機導軸承的潤滑冷卻，調節(jié)系統(tǒng)油壓裝置集油槽冷卻器的冷卻，水冷式變壓器的冷卻，水冷式空氣壓縮機的冷卻，等等技術供水的水源：有上游水庫、下游尾水和地下水源。其中上游水庫有壓力鋼管或蝸殼取水、壩前取水兩種。供水方式有自流供水、水泵供水、混合供水、射流泵供水及其它供水方式。排水系統(tǒng)分類：生產用水的排水（一般列入技術供水系統(tǒng)之內），滲漏排水，檢修排水，廠區(qū)排水。作用：防止廠房內部積水和潮濕，保證機組過水部分和廠房水下部分檢修。滲漏排水： 電廠內滲漏排水是指排除廠房、機械設備的滲漏水和廠房下部設備的生產排水及生活的污水。它們經排水管或排水溝，依靠自流排入集水井，由液位信號

6、器自動控制滲漏排水泵排至下游。水泵類型，常采用立式深井泵、臥式離心泵、射流泵等型式。檢修排水： 主要是檢修時排出尾水管中的積水。水泵類型常用立式深井泵及離心泵。水泵臺數應不少于兩臺，常用兩臺，無需備用泵，每臺泵的揚程必須大于上、下游閘門漏水量之和，保持檢修時尾水管無積水。排水方式：直接排水，常用離心泵；廊道排水，常用深井泵。二 輔機系統(tǒng)控制控制的要求及功能：輔機系統(tǒng)信號采集、狀態(tài)顯示、信號處理及自動控制、泵等設備運行次數及主備切換處理及外部通信等。為了提高可靠性，輔機控制系統(tǒng)電源宜采用交流、直流兩路輸入，或兩路交流輸入。為了防止外部干擾損壞內部設備，宜采用兩套開關電源，分別給PLC、人機界面等

7、內部設備及I/O信號回路使用。1 1 油系統(tǒng)油系統(tǒng) PLC按照預置程序完成對油壓系統(tǒng)的自動測量控制，實現(xiàn)油泵電機的自動啟停及工作、備用運行狀態(tài)的自動切換，以維持壓力油罐中的工作壓力。當油面升高并達到補氣油位時, 自動地控制補氣閥組進行補氣。壓力油罐的油壓、油位、回油箱油位及各種運行狀態(tài)可在當地人機界面上顯示，并通過硬接線或通信方式上送LCU。中低壓氣系統(tǒng)中低壓氣系統(tǒng) PLC按照預置程序完成對壓力控制系統(tǒng)的自動測量控制，實現(xiàn)空氣壓縮機的自動啟停和排污閥的開閉，以及兩臺空壓機的工作、備用運行狀態(tài)的自動切換，保證儲氣罐的正常工作壓力。壓力控制系統(tǒng)的儲氣罐壓力值和各種運行狀態(tài)，可在當地人機界面上顯示，

8、并通過硬接線或通信方式上送LCU。 PLC 按照預置程序完成對水位控制系統(tǒng)的自動測量控制，實現(xiàn)水泵電機的自動啟停，以及水泵的工作、備用運行狀態(tài)的自動切換以維持供水的正常運轉，水位值和各種運行故障狀態(tài)可在當地人機界面上顯示，并通過硬接線或通信方式上送LCU。技術供水系統(tǒng)技術供水系統(tǒng)滲漏排水水系統(tǒng)滲漏排水水系統(tǒng) PLC 按照預置程序完成對水位控制系統(tǒng)的自動測量控制，實現(xiàn)水泵電機的自動啟停，以及水泵的工作、備用運行狀態(tài)的自動切換，以維持集水井的正常工作水位。水位控制系統(tǒng)的集水井水位和各種運行狀態(tài)可在當地人機界面上顯示，并通過硬接線或通信方式上送LCU。檢修排水水系統(tǒng)檢修排水水系統(tǒng) PLC 按照預置程

9、序完成對水位控制系統(tǒng)的自動測量控制，實現(xiàn)水泵電機的自動啟停，以及水泵的工作、備用運行狀態(tài)的自動切換，以維持集水井的正常工作水位。水位控制系統(tǒng)的集水井水位和各種運行狀態(tài)可在當地人機界面上顯示，并通過硬接線或通信方式上送LCU。三輔機常用設備三輔機常用設備1 軟起動器什么是軟起動器：軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能與一體的新穎電機電機控制裝置，被國外稱為Soft Starter。它的主要構成是串聯(lián)于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。軟起動器的工作方式：軟起動器是一種減壓起動器，既能保證電動機在負載要求的啟動特性下平滑起動，降低電動機自身所承受的較大結構沖

10、擊力，又能降低對電網的沖擊。軟起動指的是裝置輸出電壓按指定要求上升，使被控電機電壓由零按指定斜率上升到全電壓，轉速相應地由零平滑加速至額定轉速地過程。傳統(tǒng)減壓起動方式：傳統(tǒng)的減壓起動方式有Y起動，自耦降壓起動，電抗器起動等，最常用的是Y起動。Y起動：在電機啟動時將電機負載降低采用星型接線, 當電機啟動成功后再將電機改接成三角型接線，慢慢加載。傳統(tǒng)的啟動方式存在以下幾個問題:a) 對電網的沖擊大,影響了電網供電質量,對變壓器裕量要求較大； b) 對機械設備沖擊大,降低設備使用壽命；c) Y啟動的切換時間一般根據經驗設定,對生產工藝要求穩(wěn)啟動的場合不宜采用；軟起動器的優(yōu)點：軟啟動是使用調壓裝置在規(guī)

11、定的啟動時間內,自動地將啟動電壓連續(xù)、平滑地上升,直到達到額定電壓。此時電動機的轉矩就會平滑地增大,一直到轉矩為最大值Mm時為止,啟動過程結束。軟啟動可以使電動機啟停自如,減少空轉,有節(jié)能作用。軟啟動器具有下列優(yōu)點：a) 減少沖擊力,延長設備壽命；b) 根據不同負載選用不同啟動方式以提高加/減速特性；c) 保護功能全面；d) 提高可靠性；e) 通過 修改參數,匹配不同的負載對象；f) 智能化,可以與PLC等相互通訊；軟起動的起動方式：a) 斜坡升壓軟起動： 這種起動方式最簡單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調整晶閘管導通角，使之與時間成一定函數關系增加。其缺點是，由于不限流，在電機起動過程中，有時要產

12、生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對電網影響較大，實際很少應用。b) 斜坡恒流軟起動： 這種起動方式是在電動機起動的初始階段起動電流逐漸增加，當電流達到預先所設定的值后保持恒定（t1至t2階段），直至起動完畢。起動過程中，電流上升變化的速率是可以根據電動機負載調整設定。電流上升速率大，則起動轉矩大，起動時間短。該起動方式是應用最多的起動方式，尤其適用于風機、泵類負載的起動。 c) 階躍起動: 開機，即以最短時間，使起動電流迅速達到設定值，即為階躍起動。通過調節(jié)起動電流設定值，可以達到快速起動效果。d) 脈沖沖擊起動:在起動開始階段，讓晶閘管在級短時間內，以較大電流導通一段時間后回落，再按原設定值線

13、性上升，連入恒流起動,該起動方法。在一般負載中較少應用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動場合。 電動機的軟停車: 電機停機時,傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的,但有許多應用場合，不允許電機瞬間關機。例如：高層建筑、大樓的水泵系統(tǒng)，如果瞬間停機，會產生巨大的“水錘”效應，使管道，甚至水泵遭到損壞。為減少和防止“水錘”效應，需要電機逐漸停機，即軟停車，采用軟起動器能滿足這一要求。在泵站中，應用軟停車技術可避免泵站的“拍門”損壞，減少維修費用和維修工作量。軟起動器中的軟停車功能是，晶閘管在得到停機指令后，從全導通逐漸地減小導通角，經過一定時間過渡到全關閉的過程。停車的時間根據實際需要在0120

14、s調整。軟起動器的主要保護功能：a) 過載保護功能： 軟起動器引進了電流控制環(huán)，因而隨時跟蹤檢測電機電流的變化狀況。通過增加過載電流的設定和反時限控制模式，實現(xiàn)了過載保護功能，使電機過載時，關斷晶閘管并發(fā)出報警信號。b) 缺相保護功能： 工作時，軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護反應。 c) 過熱保護功能： 通過軟起動器內部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動關斷晶閘管，并發(fā)出報警信號。 軟起動結束，旁路接觸器閉合，使軟起動器退出運行，直至停車時，再次投入，這樣即延長了軟起動器的壽命，又使電網避免了諧波污染，還可減少軟起動器中的晶閘管發(fā)熱

15、損耗。軟起動器的旁路：2 變頻器:什么是變頻器: 變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備。軟起動器和變頻器的區(qū)別: 變頻器是用于需要調速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時改變頻率；軟起動器實際上是個調壓器，用于電機起動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。變頻器具備所有軟起動器功能，但它的價格比軟起動器貴得多，結構也復雜得多。 。變頻器的應用:3 接觸器:什么是接觸器: 接觸器是一種應用廣泛的開關電器。接觸器主要用于頻繁接通或分斷交、直流主電路和大容量的控制電路，可遠距離操作，配合繼電器可以實現(xiàn)定時操作，聯(lián)鎖控制及各種定量控制和失壓及欠壓保護，

16、廣泛應用于自動控制電路，其主要控制對象是電動機，也可用于控制其它電力負載，如電熱器、照明、電焊機、電容器組等。接觸器的分類: 接觸器按被控電流的種類可分為交流接觸器和直流接觸器。交流接觸器又可分為電磁式和真空式2種。 交流接觸器的結構:a) 電磁系統(tǒng)：電磁系統(tǒng)包括電磁線圈和鐵心，是接觸器的重要組成部分，依靠它帶動觸點的閉合與斷開。 b) 觸點系統(tǒng)：觸點是接觸器的執(zhí)行部分，包括主觸點和輔助觸點。主觸點的作用是接通和分斷主回路，控制較大的電流，而輔助觸點是在控制回路中，以滿足各種控制方式的要求。 c) 滅弧系統(tǒng)：滅弧裝置用來保證觸點斷開電路時，產生的電弧可靠的熄滅，減少電弧對觸點的損傷。為了迅速熄

17、滅斷開時的電弧，通常接觸器都裝有滅弧裝置，一般采用半封式縱縫陶土滅弧罩，并配有吹弧回路。 d) 其它部分：有絕緣外殼、彈簧、短路環(huán)、傳動機構。交流接觸器的工作原理: 當接觸器電磁線圈不通電時，彈簧的反作用力和銜鐵芯的自重使主觸點保持斷開位置。當電磁線圈通過控制回路接通控制電壓(一般為額定電壓)時，電磁力克服彈簧的反作用力將銜鐵吸向靜鐵心，帶動主觸點閉合，接通電路，輔助接點隨之動作。4 熱繼電器:什么是熱繼電器: 熱繼電器是用于電動機或其它電氣設備、電氣線路的過載保護的保護電器。熱繼電器的結構: 熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點組成，如圖所示，熱元件由發(fā)熱電阻絲做成。雙金屬片由兩種熱膨脹系數

18、不同的金屬輾壓而成，當雙金屬片受熱時，會出現(xiàn)彎曲變形。使用時，把熱元件串接于電動機的主電路中,而常閉觸點串接于電動機的控制電路中。1-熱元件 2-金屬片 3-導板 4-常閉觸點熱繼電器的工作原理: 當電動機正常運行時，熱元件產生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但還不足以使熱繼電器的觸點動作。當電動機過載時，雙金屬片彎曲位移增大，推動導板使常閉觸點斷開，從而切斷電動機控制電路以起保護作用。熱繼電器動作后一般不能自動復位，要等雙金屬片冷卻后按下復位按鈕復位。熱繼電器動作電流的調節(jié)可以借助旋轉凸輪于不同位置來實現(xiàn)。熱繼電器的缺點: 雙金屬片靠發(fā)熱元件間接加熱，熱偶合較差；元件容易老化,雙金屬片的彎曲程度受

19、環(huán)境溫度影響較大，不能正確反映負載的過流情況。 5 塑殼斷路器:塑殼斷路器結構: 塑殼斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機構、脫扣器、外殼等構成。塑殼斷路器工作原理:當短路時,大電流（一般10至12倍）產生的磁場克服反力彈簧，脫扣器拉動操作機構動作，開關瞬時跳閘。當過載時，電流變大，發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動機構動作（電流越大，動作時間越短)。現(xiàn)在有電子型的，使用互感器采集各相電流大小，與設定值比較，當電流異常時微處理器發(fā)出信號，使電子脫扣器帶動操作機構動作。 四四 PLCPLC在輔機控制中的應用在輔機控制中的應用1 輔機PLC程序需實現(xiàn)的功能:綜合狀態(tài)判斷: 電磁閥全開/全關位

20、、主泵具備啟動條件等。被控設備的啟動、停止條件判斷: 模入量、開入量均可作為設備啟停條件，模入量信號優(yōu)先。正常情況下以模入量信號作為啟停的判斷條件，當模入量品質壞時，使用開入量作為啟停的判斷條件。信號滿足時，需進行一定的延時濾波（一般為12s），防止誤信號。設備運行次數、運行時間統(tǒng)計: 運行時間包括：時、分、秒。主、備輪換:a) 能分別按運行次數、運行時間兩種方式進行倒換，并能在觸摸屏上進行選擇。默認方式可在初始程序中設置。b) 運行次數輪換： 當主泵運行次數大于m次（m次數在初始程序中設置，可在觸摸屏上修改），進行主備倒換。c) 運行時間輪換： 當主泵運行時間大于n小時（n小時數在初始程序中設置，可在觸摸屏上修改），進行主備倒換。 通信功能:a) 送給外部系統(tǒng)的數據： 開入量：模件開入量、模件開出量、綜合狀態(tài)量、報警信息等。 模入量：模件模入量、綜合模擬量（如設備運行次數、時間等），所有模入量均需轉換成工程實際值，