水電工程畢業(yè)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要階段，是畢業(yè)前的綜合學(xué)習(xí)階段,是深化、拓寬、綜合教和學(xué)的重要過(guò)程,是對(duì)大學(xué)期間所學(xué)專業(yè)知識(shí)的全面總結(jié)。下面是小編為大家整理的水電工程畢業(yè)設(shè)計(jì)，歡迎閱讀。
摘 要：就水利設(shè)施電氣自動(dòng)化自身而言，它涉及到多方面理論與最新技術(shù)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與電子數(shù)字技術(shù)的發(fā)展使電子計(jì)算機(jī)在水電站控制領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。文章就水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：水利設(shè)施；電氣自動(dòng)化；應(yīng)用
在我國(guó)，水電站產(chǎn)電能占總電能的22％左右。水電是通過(guò)水的位能來(lái)發(fā)電，故成本較低，大概是火電發(fā)電成本的幾分之一。另外，水電站清潔環(huán)保，它的能源來(lái)源于水庫(kù)中。在特定的蓄水量條件下，發(fā)電量的多少和調(diào)度的是否得當(dāng)直接相關(guān)，同時(shí)還要考慮到季、年、日這些時(shí)間因素，根據(jù)長(zhǎng)中短的時(shí)間段來(lái)調(diào)節(jié)水庫(kù)的發(fā)電量。據(jù)水庫(kù)的“收入”情況，來(lái)安排其“支出”，制定水電站不同時(shí)間段的發(fā)電計(jì)劃。但梯級(jí)水電站就與其不同，水電站的日總發(fā)電量計(jì)劃是由規(guī)定的日用水量預(yù)算而定的。設(shè)計(jì)水電站的運(yùn)行方式的'時(shí)候，能源的“近期庫(kù)存”情況必須在考慮的列表中，就是水電與其它發(fā)電方式在運(yùn)行方式上的一個(gè)不同。
1 水電站的概念
水力發(fā)電是指利用水流的位能差而產(chǎn)生的電能。其產(chǎn)生原理為：水能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能后再一次轉(zhuǎn)化為電能。通過(guò)在高落差的上游段或者是水庫(kù)中引水的方法以及水體本身的壓力或水流速度足以帶動(dòng)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到水能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)變，再沿特制的輸水路線利用水輪機(jī)經(jīng)過(guò)的水流流至下游。發(fā)電機(jī)由水輪機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，讓機(jī)械能再一次向電能轉(zhuǎn)換，電流再經(jīng)由升壓變壓器和配、送電線路輸送至負(fù)荷中心，降壓后可向市場(chǎng)供給。當(dāng)中水量和落差是構(gòu)成水能的前提要素。
2 水電站自動(dòng)化的內(nèi)容
首先，水電站自動(dòng)化的內(nèi)容與水電站型式、容雖、需要實(shí)現(xiàn)的功能密切相關(guān)。通常而言，它有下列幾個(gè)主要內(nèi)容：
2.1 自動(dòng)化檢測(cè)
檢測(cè)整個(gè)水電站的基礎(chǔ)是電站自動(dòng)化運(yùn)行設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)。其中包括：機(jī)組及其輔助設(shè)備、電站的公用設(shè)備、水工建筑物與其操作設(shè)備、變電稠開(kāi)關(guān)沒(méi)備等，甚至還連帶水庫(kù)的水持測(cè)報(bào)系統(tǒng)。其中非電雖有轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速、水量、溫度、壓力、波位和機(jī)械振動(dòng)及轉(zhuǎn)速等，電星有電流、電壓、頻率、電能和功率及功率因數(shù)等，而檢測(cè)的內(nèi)容是：檢查、最值、監(jiān)視及記錄與顯示。記錄有定時(shí)和連續(xù)兩種。和定時(shí)兩種。檢測(cè)的結(jié)果是電站安全運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)下述的自動(dòng)操作、自動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)。
2．2 自動(dòng)操作
按不同的操作對(duì)象分為此四種:
(1) 遠(yuǎn)動(dòng)通訊系統(tǒng)、報(bào)警信號(hào)系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)站設(shè)備的操作等是全廠性基本操作 (2) 引水式水電站首部機(jī)組取水口閘門(mén)的操作和溢洪閘門(mén)的操作和一陣閥門(mén)的操作等是水工建筑物設(shè)備的自動(dòng)操作(3) 排水系統(tǒng)、樂(lè)縮空氣系統(tǒng)、廣用供電系統(tǒng)等為電納公用設(shè)備的自動(dòng)操作（4）讓脈沖自動(dòng)按照規(guī)定的程序完成不同操作是機(jī)器自動(dòng)操作，即開(kāi)機(jī)且發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相、進(jìn)入系統(tǒng)、停機(jī)、發(fā)電轉(zhuǎn)抽水等。此脈沖指令通常從中央控制室和自機(jī)旁盤(pán)發(fā)出，分別為集中控制式和就地控制式
2.3 自動(dòng)化控制
由自動(dòng)控制原理的解釋來(lái)看，上述各項(xiàng)操作的性質(zhì)都是開(kāi)環(huán)操作。除此之外也是有一些是屬于閉環(huán)性質(zhì)的控制。機(jī)組和電站的最基本的自動(dòng)控制裝置，是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與調(diào)速器，前者為機(jī)組電壓的閉環(huán)操控系統(tǒng)，后者為機(jī)組轉(zhuǎn)速的閉環(huán)操控系統(tǒng)。通過(guò)改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的一些數(shù)值來(lái)控制機(jī)組的無(wú)功出力，再通過(guò)改變調(diào)速器的整定值來(lái)調(diào)整機(jī)組的有功出力。此外，還有如設(shè)置成組調(diào)節(jié)設(shè)備的方法，將全廠機(jī)組視為一臺(tái)機(jī)組來(lái)調(diào)整，這樣就形成自動(dòng)調(diào)頻裝置、有功功率成組調(diào)控裝置和無(wú)功功率成組調(diào)控裝置的目的了。
2.4自動(dòng)化保護(hù)
水電站的自動(dòng)保護(hù)措施主要分為三個(gè)基本等級(jí):（1）發(fā)出警報(bào)：針對(duì)一些對(duì)機(jī)組危害不嚴(yán)重的運(yùn)行情況，包括加發(fā)電機(jī)定于推力軸承或者導(dǎo)軸承升溫機(jī)組冷卻水源中斷、溫度超限、油槽油面異常等意外，這時(shí)保護(hù)就會(huì)自動(dòng)做出警告或立刻投入使用，提示相關(guān)工作人員嚴(yán)格監(jiān)視，并采取及時(shí)防護(hù)措施。（2）關(guān)閉進(jìn)水閘門(mén)(或閥)：在一些緊急情況下，自動(dòng)保護(hù)除跳開(kāi)斷路器并停機(jī)外，還要關(guān)閉機(jī)組的進(jìn)水閘門(mén)(或閥)或動(dòng)作事故配壓閥。如事故停機(jī)時(shí)搖上導(dǎo)水葉剪斷銷(xiāo)將其剪斷，機(jī)組速度過(guò)快且調(diào)速器失靈，又或者壓力銅管爆破等。(3)跳閘停機(jī)：產(chǎn)生在導(dǎo)軸承溫度、機(jī)組發(fā)生推力軸承和壓油裝置油壓異常等影響設(shè)備常規(guī)運(yùn)行的狀況下，保護(hù)裝置將自動(dòng)跳開(kāi)斷路器并實(shí)現(xiàn)停機(jī)。
3設(shè)備選型及自動(dòng)化設(shè)計(jì)
設(shè)備進(jìn)行選型和自動(dòng)化設(shè)計(jì)十分迫切和需要，當(dāng)前水電站的自動(dòng)控制的安全受到主機(jī)配套的自動(dòng)化機(jī)件性能不夠穩(wěn)定、靈敏度較差、精確度較低等原因以及自動(dòng)化制定上的不足等不同程度上的影響。
3.1 PLC 在軸流槳式水輪機(jī)調(diào)速器中的應(yīng)用
目前水輪發(fā)電機(jī)組制造商調(diào)速器內(nèi)導(dǎo)葉與漿葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系通過(guò)制造的水輪機(jī)所給予不同水頭下導(dǎo)葉開(kāi)度和漿葉轉(zhuǎn)角的協(xié)聯(lián)曲線設(shè)置。這樣看似可為電廠帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)效益。但在實(shí)際電站運(yùn)行時(shí)，廠家給定的參數(shù)與水輪機(jī)水頭的區(qū)別及上下游水位的區(qū)別相差較大，如果只按協(xié)聯(lián)曲線運(yùn)行時(shí)機(jī)組運(yùn)行性能差不能達(dá)到最佳狀態(tài)。所以就需要使用可以改變程序的PLC 可編程控制器的調(diào)速器。在機(jī)組今后的使用操控中可針對(duì)手動(dòng)協(xié)聯(lián)導(dǎo)葉，修改原協(xié)聯(lián)曲線，和不同水頭及上、漿葉、下游輸入 PLC使機(jī)組達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。
3.2調(diào)節(jié)水庫(kù)式電站調(diào)速器中的PLC 的使用
水庫(kù)式電站的調(diào)速器及起動(dòng)開(kāi)度，大多數(shù)是按水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭方式設(shè)計(jì)的。但其偶爾會(huì)出現(xiàn)電站水頭降低的狀況，具體表現(xiàn)為：當(dāng)水輪機(jī)處于低水頭狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電液調(diào)整器不能完全發(fā)揮作用，無(wú)法體現(xiàn)其全部功能，這時(shí)，機(jī)組便沒(méi)有辦法達(dá)到全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)，為增加調(diào)整器的起動(dòng)開(kāi)度，需更通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)，一為在在開(kāi)度指示儀或芯片中鏈接適當(dāng)數(shù)據(jù)的電阻，這樣可使調(diào)節(jié)器輸出正確的開(kāi)度指示值與產(chǎn)生差值以開(kāi)動(dòng)機(jī)組；二為設(shè)計(jì)水頭比電站水頭大時(shí)，又必須撤除串接電阻或換回芯片。 PLC 可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)在此時(shí)便可以顯現(xiàn)出來(lái)，這可以參照、依據(jù)發(fā)電站水位的高低，來(lái)改變程序以促成起動(dòng)開(kāi)度變化。
4.結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)階段，小水電站大多數(shù)存在自動(dòng)化程度不高、產(chǎn)能低下的狀況，其嚴(yán)重影響小水電站效益的實(shí)現(xiàn)，無(wú)法達(dá)到小水電站經(jīng)營(yíng)的效益最大化。要達(dá)到小水電站經(jīng)營(yíng)的效益最大化，實(shí)現(xiàn)的主要途徑之一即是“水電站綜合自動(dòng)化”，實(shí)現(xiàn)小水電站綜合自動(dòng)化的主要內(nèi)容是全廠兩級(jí)自動(dòng)化和水電站實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)化。由此看來(lái)，歸到本質(zhì)問(wèn)題，仍然是只能依靠和加強(qiáng)企業(yè)的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力，加強(qiáng)企業(yè)有有關(guān)領(lǐng)域之間的合作交流，提升水電站技術(shù)水平與管理水平以實(shí)現(xiàn)水電站經(jīng)營(yíng)效益最大化，讓水利設(shè)施獲得長(zhǎng)足發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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[3]崔明，變電站與水電站綜合自動(dòng)化[M].中國(guó)水利水電出版社，2005.
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