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中小型水电站机组控制流程设计

北极星电力网技术频道    作者:电力论文3   2007/12/24 18:39:53   

 关键词:  水电站 水电 控制

1 前言

对中小型水电站而言,电站的管理水平基于自动化水平。就广东省的情况,大量的小型水电站自动化水平不高,1~2万kW装机的小型水电站,每值的值班人员高达8~10人,通常是每台机组的开、停机均需专人操作。在计算机技术发展到如此水平的今天,这种状况是应当改变的。大量的新建水电站,以及已建小型水电站的技改任务,其工作的主要内容之一就是实现机组的计算机控制。

机组控制是整个电站自动控制的基础,而其控制流程的设计是实现机组自动控制的关键环节之一。但机组的控制流程设计并无统一的方法。以下笔者结合多年来从事中小电站机组控制设计的经验体会,现介绍所使用的设计方法,并简要介绍一个工程实例。

2 设计方法

2.1分析机组运行工况,提出机组状态转换图

机组的运行工况主要有锁机、停机、空转、空载、发电、调相和事故停机等。根据不同的具体电站,可以具有以上几种或全部工况。我们将工况定义为一种状态。一般来说,锁机、停机、发电和事故停机状态是一定有的。空转状态供调试用,中小电站机组大多不具备调相状态;事故停机为不稳定状态,需经运行人员处理完事故、复归事故信号后才转化为稳定状态(停机)。

按照拟定的机组状态,提出机组状态之间的逻辑关系,用图表示,即为机组状态转换图。

2.2确定机组状态定义

机组处于哪一种状态,需根据机组及其附属设备的状态和参数来定义,例如机组的转速、电压、接力器位置等条件。必须注意,状态的定义必须是充分的和唯一的,否则控制系统无法判断。

2.3确定稳态、转换过程到目标状态表

以状态表的形式,表达从稳态到目标状态的子流程组合。此表适用于机组从某一稳定状态向另一要求状态的转换。

以状态表的方式,表达从状态转换过程中到目标状态的子流程。此表适用于机组在状态转换过程中,又有一新的状态转换命令时,向新目标状态的转换。

2.4给出状态转换条件

状态转换条件有两类:

(1)存在下列命令之一:

①保护发出的事故停机令或人工停机令;

②现地控制单元的当地命令;

③中控室远方命令(当装设有电站层控制系统时)控制权以排前者为高。

(2)各相邻稳定状态之间互相转换时应具备的条件:

要成功完成某一状态转换,必须同时具备上述两项条件。例如,机组在发电状态时要转入停机状态,必须有保护发出的停机指令或现地控制单元发出的正常停机令,并应具备完成停机所需的条件:调速器正常、机组出口断路器控制回路正常等。

2.5绘制子流程

用逻辑符号绘出各子流程,例如锁机→停机、停机→空载、空载→发电等。

当控制流程设计完成后,根据所采用的可编程控制器型式,选择一种编程语言(如梯形图)即可完成控制程序编制。

3 工程实例

大河水电站位于广东省阳春县境内,装设2台15MW混流式水轮发电机组,机组需作调相运行。电站设置了计算机监控系统,并采用微机调速器和微机励磁系统。

下面将按上述方法设计的机组控制流程部分示例如下:

机组共定义了锁机、停机、空转、空载、发电、调相和事故停机等7个目标状态。状态之间的关系详见图1,圆圈内数字为子流程编号。

其中发电状态的定义是:

①导水叶开度>空载位置;

②发电机断路器在合闸位置;

③发电机有功负荷>20PN。

稳态→目标状态和转换过程→要求状态分别见表1、2。

表1稳态→目标状态

稳态

目标状态

锁机

停机

空转

空载

发电

调相

事故停机

锁机

X

X

X

X

X

X

停机

X

③④

③④

X

空转

X

X

X

X

X

空载

X

X

X

④⑨

发电

X

⑤⑦

X

X

⑤⑦

调相

X

⑩⑤

X

⑩⑤

X

⑩⑤

表1中,例如从停机状态到发电状态,状态转换过程为执行子流程③(停机→空载)、子流程④(空载→发电),在中间过渡状态(空载)不停留。

表2中,例如在执行停机到空载子流程③过程中,由于运行人员给出停机令或保护发出事故停机令,则立刻转入子流程⑦,执行空载→停机转换。

在状态转换条件中,有两点应予注意,并显示在控制屏幕上提醒运行值班人员:

①危险区域是否无人:90年代中期广东省采用计算机控制的某中型水电厂,因值长忘记有检修人员进入机组检修,采用计算机快速开机,造成一死一伤的恶性事故。因此,在有人值班的条件下,程序仍应提醒运行人员;

表2转换过程→要求状态

转换过程

要求状态

锁机

停机

空转

空载

发电

调相

事故停机

X

X

X

X

X

X

X

X

③④

③④

X

⑤⑦

X

X

④⑨

⑤⑦

X

⑤⑦

X

X

④⑨

⑤⑦

X

X

X

X

X

X

X

X

X

③④

③④

X

X

⑩⑤

X

⑩⑤

X

⑩⑤

②有无检修接地线:原因是目前尚无可靠的自动检测是否挂接地线的方法。

子流程示例(如图2所示):流程④空载→发电。

4 结束语

本控制流程设计方法的特点可总结为:通过状态分析、状态定义,合理进行工况转换条件和子流程的组合,可以实现对机组计算机控制的有序设计。

在工程实例中,大河水电站两台机组自1999年5月投入运行以来,除调相状态因电力系统的要求未投入外,机组控制稳定、正常,至2001年3月底已累计发电9160万kW.h,取得了较好的经济效益。

实践证明,上述控制流程设计方法符合中小电站的实际情况,控制流程具有设计合理、通俗易懂、运行流畅的特点,具有很强的实用价值。

来源:中国电能质量
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