水電站自動化第五章自動化課件

水電站自動化第五章自動化課件第一頁，共32頁。5.2自動控制的執(zhí)行元件

為了實現(xiàn)水電生產(chǎn)過程的自動控制，在水電站的油、氣、水管路上必須裝設(shè)電磁操作或液壓操作的自動閥門。其中包括：電磁閥、電磁空氣閥、電磁配壓閥和液壓操作閥等，統(tǒng)稱它們?yōu)閳?zhí)行元件。電磁閥將電氣信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械動作，用以自動控制油、氣、水管路閥門的開啟和關(guān)閉，是自動化系統(tǒng)中的重要執(zhí)行元件之一，常用于機(jī)組的制動、調(diào)相和冷卻等操作系統(tǒng)的管路中。第二頁，共32頁。

電磁閥的原理示意圖：

當(dāng)電磁閥通電時，動鐵芯受電磁力的作用向上運(yùn)動，控制閥的上孔封閉，下孔打開，電磁閥的封口在壓力P=P1的作用下開啟，管路通流；當(dāng)電磁閥斷電時，動鐵芯失去電磁力的作用向下運(yùn)動，控制閥的下孔封閉，上孔打開，電磁閥的封口在壓力P=P2-P1的作用下關(guān)閉，管路斷流。P1P2電磁鐵P2>P1>O常壓O封口控制閥管路第三頁，共32頁。電磁空氣閥

將電氣信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械動作，主要用于機(jī)組供氣、制動系統(tǒng)和碟閥密封圍帶充氣的低壓系統(tǒng)，實現(xiàn)供氣管道閥門的開啟和關(guān)閉的自動控制。以下是電磁空氣閥的原理示意圖：電磁鐵電磁鐵排氣閥充氣閥氣源P排氣O圍帶A第四頁，共32頁。電磁配壓閥是一種液壓中間放大的變換元件，一般與液壓操作閥、油閥等組合使用。

OBPA主閥輔助閥OBPA主閥輔助閥電磁鐵(斷電)P→AO←BP→BO←A電磁鐵(通電)

壓力油P通過對電磁鐵的控制，可與A或B接通，O為回油，故形成二位四通，即：P→A，B→O，或P→B，O→A。

第五頁，共32頁。5.3輔助設(shè)備的自動控制

主要介紹油壓裝置、技術(shù)供水裝置、集水井排水裝置和空氣壓縮裝置自動的原理。（1）油壓裝置的自動控制油壓裝置是為水電設(shè)備運(yùn)行操作提供動力的重要輔助設(shè)備，它產(chǎn)生并儲存高壓油，為機(jī)組啟動、停機(jī)和調(diào)整負(fù)荷提供操作的動力。油壓裝置的自動控制應(yīng)滿足下列要求：機(jī)組在正常運(yùn)行或事故情況下，均應(yīng)保證有足夠的壓力油來操作機(jī)組和主閥，特別是在廠用電消失的情況下應(yīng)有一定的能源儲備；第六頁，共32頁。無論機(jī)組是處于運(yùn)行狀態(tài)還是處于停機(jī)狀態(tài)，油壓裝置都應(yīng)經(jīng)常處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)，即油壓裝置的自動控制是獨立的，并按本身規(guī)定的條件（油壓和油位）自動進(jìn)行的；在機(jī)組的操作過程中，油壓裝置的投入或切除應(yīng)自動地進(jìn)行；油壓裝置應(yīng)設(shè)置備用油泵電動機(jī)組，當(dāng)工作油泵故障或油壓過低時，自動投入備用泵，并報警；油壓裝置發(fā)生故障，油壓下降至事故低油壓時，應(yīng)能迫使機(jī)組事故停機(jī)；油壓裝置應(yīng)采用自動和手動補(bǔ)氣。當(dāng)油位上升至上限值（對應(yīng)于35%Vr的油位），且油壓低于額定值Pr時補(bǔ)氣；當(dāng)油壓上升至額定值以上或油位下降至下限值（對應(yīng)于30%Vr的油位）時停止補(bǔ)氣。第七頁，共32頁。

兩臺油泵電動機(jī)組1M和2M，正常時一臺工作、一臺備用，采取定期交替互為備用運(yùn)行方式，以利電機(jī)繞組干燥；浮子信號器BF用于監(jiān)視壓力油槽的油位；壓力信號器1—4BP用于監(jiān)視油壓。1BP2BP3BP4BP壓力信號器油位信號器BF1BF2安全閥壓力表1M2M集油槽壓力油槽切換閥油壓裝置的構(gòu)成圖和接線原理圖第八頁，共32頁。

上圖為1號油泵電動機(jī)的控制接線圖（1號電動機(jī)與之相同）。圖中：QC為轉(zhuǎn)換開關(guān)；FM為空氣開關(guān)；YV為與調(diào)速器的接力器聯(lián)動的位置接點，當(dāng)接力器打開時動作；XB為連接片。2BP14BP13BP11KAM2KAM3KAM額定壓力油壓下降油壓過低重復(fù)繼電器1BP2BP3BP4BP事故過低下限上限2MAB2QK2QK2MFb2MFa2KHa2KHc2MFc2FU2QKC2FU2QC2MF12MF23KAM22KAM2YV22XB2KHa2KHc2MF油泵電動機(jī)備用投入斷續(xù)運(yùn)行連續(xù)手動主回路自動1KAM2熱信號器第九頁，共32頁。

油壓裝置可以自動操作，還可以手動操作。自動操作又分為連續(xù)運(yùn)行、斷續(xù)運(yùn)行和備用三種方式。在連續(xù)運(yùn)行時：將2QC切換到自動位置，2XB連接。當(dāng)機(jī)組啟動時，YV2動作，接觸器線圈2MF勵磁，其接點2MFa,b,c閉合油泵電動機(jī)2M啟動，向壓力油槽打油。當(dāng)油壓達(dá)到上限值時，切換閥2RV抬起，壓力油經(jīng)切換閥排回集油槽油泵轉(zhuǎn)為空載運(yùn)行。如果由于機(jī)組操作或漏油使油壓降低到2RV的額定壓力以下時，則2RV落下，以后的動作同前。機(jī)組停機(jī)后，由于YV2斷開，油泵電動機(jī)退出連續(xù)運(yùn)行方式。第十頁，共32頁。

在斷續(xù)運(yùn)行時：將2QC切換到自動位置，2XB斷開。壓力油槽的油壓下降到下限值時，4BP動作，其接點4BP1閉合使重復(fù)繼電器2KAM動作，又使2MF動作，并通過其輔助接點2MF2自保持，接觸器線圈2MF勵磁，其接點2MFa,b,c閉合油泵電動機(jī)2M啟動，向壓力油槽打油。當(dāng)油壓恢復(fù)到上限值時，2BP閉合，使1KAM1斷開，1MF失磁，油泵電動機(jī)停止工作。若油壓再次下降到下限值時，4BP再次動作，以下的動作同前。第十一頁，共32頁。

在備用狀態(tài)時：將2QC切換到備用位置。備用泵在下列情況下自動投入運(yùn)行：工作油泵電動機(jī)操作回路或工作油泵電動機(jī)以及工作泵本身發(fā)生故障時；當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷或油路嚴(yán)重漏油，使壓油槽油壓下降到過低油壓時。此時，3BP動作，使3KAM勵磁，其接點閉合又使2MF勵磁，結(jié)果使2M啟動，與工作泵并列運(yùn)行。（2）油壓裝置的自動補(bǔ)氣油壓裝置的自動補(bǔ)氣是指自動控制壓油槽的油位在其容積的30—35%。第十二頁，共32頁。+220VDC1SBBP21FU1QC2BF1MOFFAYV02SB1KAM-220VDC2FUYV1YV2YVc1KAM11BF1BP12BF21KAM2補(bǔ)氣電磁閥開啟補(bǔ)氣電磁閥關(guān)閉上限油位中間繼電器

油壓裝置的自動補(bǔ)氣控制應(yīng)滿足下列要求：

油位高且油壓低時補(bǔ)氣；油壓高或油位低時停止補(bǔ)氣。自動補(bǔ)氣裝置由油位信號裝置和壓力信號器組成（如圖）。BF2BF1油位信號整定值30%VrVr35%VrBP2BP1壓力信號整定值-1.5kPaPc+0.5kPa第十三頁，共32頁。

當(dāng)壓力油槽油位上升到上限值時，油位信號器接點1BF1接通中間繼電器1KAM，使1KAM1閉合；若此時油壓低于額定值，壓力信號器接點BP2閉合，使補(bǔ)氣電磁閥開啟線圈YV0勵磁，從而打開補(bǔ)氣閥向壓油槽補(bǔ)氣；當(dāng)壓力油槽油壓上升到額定值以上時，BP1將閉合（或因油位將至下限，2BF2閉合），使補(bǔ)氣電磁閥關(guān)閉線圈YVC勵磁，關(guān)閉補(bǔ)氣閥。第十四頁，共32頁。（2）技術(shù)供水裝置的自動控制技術(shù)供水裝置的用途對水電站運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行冷卻和潤滑。供水對象包括：用于將發(fā)電機(jī)內(nèi)的熱空氣冷卻后，再重新進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)的發(fā)電機(jī)空氣冷卻器；用于對發(fā)電機(jī)推力軸承及導(dǎo)軸承潤滑油進(jìn)行冷卻的油冷卻器；空氣壓縮機(jī)冷卻；油壓裝置集油槽冷卻器；水輪機(jī)導(dǎo)軸承的潤滑和冷卻。技術(shù)供水系統(tǒng)的水源水源的選擇須考慮用水設(shè)備的水量、水壓、水溫和水質(zhì)的要求以保證用水設(shè)備的安全運(yùn)行。一般作為技術(shù)供水的水源可有：上游水庫、下游尾水和地下水源。第十五頁，共32頁。技術(shù)供水系統(tǒng)的方式技術(shù)供水方式因水電站水頭范圍不同而不同。常用的供水方式有自流供水、水泵供水和混合供水供水三種。自流供水：自流供水系統(tǒng)的水壓是由水電站的自然水頭保證的。這種方式設(shè)備簡單、供水可靠。當(dāng)水電站的平均水頭（h）在20—80m范圍內(nèi)，且水溫和水質(zhì)符合要求時，一般采用自流供水。當(dāng)水頭小于20m時，水壓將不能滿足自流供水的要求；當(dāng)水頭大于80m時，浪費(fèi)水能且減壓困難。h第十六頁，共32頁。

水泵供水：當(dāng)水電站的水頭不滿足要求時，可采用水泵供水。對于低水頭電站，水源可取至上下游；對于高水頭電站，水源可取至下游或地下水。水泵供水又分為有蓄水池和無蓄水池兩種。hh有蓄水池的水泵供水無蓄水池的水泵供水第十七頁，共32頁。

混合供水：當(dāng)水電站的水頭為12—20m時，一般采用自流和水泵供水的混合供水方式。h混合供水第十八頁，共32頁。對技術(shù)供水系統(tǒng)的控制方式

技術(shù)供水系統(tǒng)采用水泵供水并設(shè)置蓄水池時，水泵電動機(jī)的控制方式為：自動啟動和停止工作水泵，維持蓄水池水位在規(guī)定的范圍內(nèi)；當(dāng)工作水泵故障或用水量大增而使蓄水池水位下降到備用泵啟動水位時，自動啟動備用泵并報警。

技術(shù)供水系統(tǒng)采用水泵供水并不設(shè)置蓄水池時，水泵電動機(jī)的控制方式為：工作水泵隨著機(jī)組的啟動而自動啟動，并在機(jī)組運(yùn)行期間保持運(yùn)行；當(dāng)供水總管的水壓下降到備用泵啟動水壓時，自動啟動備用泵并報警；機(jī)組停機(jī)過程結(jié)束后，自動停止水泵；供水管路上的閥門應(yīng)隨機(jī)組的啟動和停止而自動啟動和停止。第十九頁，共32頁。

水泵供水方式的自動控制機(jī)械系統(tǒng)圖：供水水泵停止水位工作泵啟動水位備用泵啟動水位BF2M1M第二十頁，共32頁。

技術(shù)供水系統(tǒng)采用水泵供水，并且不設(shè)置蓄水池時，水泵電動機(jī)的自動控制。1MAB1MFb1MFa1KHa1KHc1MFcC1FUc1QC(2QC)KST13K11KHa1KHc1MF手動操作開機(jī)時啟動1K31FUb1K12K21K21MF電動機(jī)控制調(diào)相時啟動發(fā)電時保持備用時啟動KST—開機(jī)繼電器，開機(jī)時動作，停機(jī)時復(fù)歸；1K—導(dǎo)葉開位置繼電器重復(fù)接點，導(dǎo)葉打開時動作，關(guān)閉時復(fù)歸；2K—示流信號器重復(fù)接點，當(dāng)冷卻水中斷時動作；3K—導(dǎo)葉關(guān)位置繼電器重復(fù)接點，導(dǎo)葉關(guān)閉（調(diào)相運(yùn)行）時動作；1MF，1QC—空氣開關(guān)和選擇開關(guān)。第二十一頁，共32頁。（3）集水井排水裝置的自動控制為了保證水電站的生產(chǎn)安全，使廠房不至潮濕和被淹，采用集水井排水裝置來自動排除廠房滲漏水和生產(chǎn)污水。排水水泵停止水位工作泵啟動水位備用泵啟動水位水位信號器2M1M排水總管排水

根據(jù)水位信號器發(fā)出的信號，自動啟動和停止工作水泵，維持集水井水位在規(guī)定的范圍內(nèi)；當(dāng)工作水泵故障或排水量大增而使集水井水位下降到備用泵啟動水位時，自動啟動備用泵并報警。第二十二頁，共32頁。（4）空氣壓縮裝置的自動控制空氣壓縮裝置為機(jī)組調(diào)相運(yùn)行和制動等提供壓縮空氣?？諝鈮嚎s裝置的自動控制應(yīng)實現(xiàn)如下操作：根據(jù)壓力信號器發(fā)出的信號，自動向儲氣罐充氣，維持儲氣罐氣壓在規(guī)定的范圍內(nèi)；在空氣壓縮機(jī)啟動或停止過程中，自動關(guān)閉或打開空壓機(jī)的無負(fù)荷閥，對水冷式空壓機(jī)還須自動供給和停止冷卻水；當(dāng)儲氣罐的氣壓降低到工作壓力下限時，自動啟動備用空壓機(jī)并報警；當(dāng)壓力過高或空壓機(jī)出口溫度過高時發(fā)出報警信號。第二十三頁，共32頁。5.4蝴蝶閥和進(jìn)水口閘門的自動控制

在水輪機(jī)的過水系統(tǒng)中，裝置在水輪機(jī)蝸殼前的閥門為蝴蝶閥，裝置在進(jìn)水口處的閘門為進(jìn)水口閘門，都是用于打開或關(guān)閉進(jìn)入水輪機(jī)的水流。進(jìn)水口閘門蝴蝶閥水輪機(jī)Q第二十四頁，共32頁。（1）蝴蝶閥的自動控制蝴蝶閥的作用減少停機(jī)時的漏水量：當(dāng)機(jī)組較長時間停機(jī)時，導(dǎo)葉漏水幾乎不可避免，漏水流量可達(dá)機(jī)組最大流量的2—3%。由于蝴蝶閥關(guān)閉較嚴(yán)，可大大減少漏水。縮短機(jī)組啟動時間：機(jī)組停機(jī)時，一般不希望關(guān)閉進(jìn)水口閘門，因為這樣放掉引水管的水以后，機(jī)組啟動時又要重新充水，延長了啟動時間。構(gòu)成機(jī)組檢修的安全工作條件：在岔管引水的水電站，當(dāng)其中一臺機(jī)組檢修時，為了不影響其它機(jī)組的運(yùn)行，可關(guān)閉蝴蝶閥。由于蝴蝶閥只有全開和全關(guān)兩種狀態(tài)，故只能用于切斷水源。第二十五頁，共32頁。蝴蝶閥的構(gòu)成蝴蝶閥由閥體、活門、密封裝置、鎖定裝置和附屬部件構(gòu)成。蝴蝶閥工作的示意圖如下：閥體活門軸蝴蝶閥開啟時蝴蝶閥關(guān)閉時

密封裝置的作用是止漏。為了防止活門與閥體之間的漏水，常采用橡膠圍帶止漏，如圖。橡膠圍帶安裝在閥體上。當(dāng)活門關(guān)閉后，圍帶內(nèi)充入壓縮空氣，圍帶膨脹，封住周圍間隙，活門開啟前應(yīng)先排氣，圍帶縮回方可進(jìn)行活門開啟。壓縮空氣圍帶活門閥體鎖定水流第二十六頁，共32頁。

由于活門在稍偏離全開位置時即有自關(guān)閉的水力力矩，因此在全開位置必須設(shè)有鎖定裝置。同時，為了防止因漏油或液壓事故以及水的沖擊作用而引起的誤開或誤關(guān)，一般在全開和全關(guān)位置都應(yīng)投入鎖定裝置。蝴蝶閥可以在動水下關(guān)閉。但在開啟時為了減少作用在活門上的水力矩，以及消除在動水開啟時所發(fā)生的振動，要求在活門兩側(cè)的壓力相等后才能開啟，故在閥體上裝設(shè)旁通管和旁通閥。開啟蝴蝶閥前，先開啟旁通閥，對閥充水，然后在靜水中開啟蝴蝶閥。旁通閥旁通管蝴蝶閥引水管第二十七頁，共32頁。蝴蝶閥開啟控制蝴蝶閥開啟條件：導(dǎo)葉處于全關(guān)位置；蝴蝶閥處于全關(guān)位置；機(jī)組無事故；無蝴蝶閥開啟命令。蝴蝶閥開啟控制過程：打開旁通閥，對蝸殼充水；當(dāng)蝴蝶閥前后的水壓基本平衡后，空氣圍帶排氣；排氣完成后，將蝴蝶閥打開到全開位置；投入鎖定并關(guān)閉旁通閥。蝴蝶閥關(guān)閉控制拔出鎖定；打開旁通閥