水电站自动化培训资料.ppt

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1、欢迎学习,2009年8月,编制：李振华,（内部培训）,目录,抽水蓄能电站：实质相当一个极大容量的交流蓄电装置， 改善系统运行调度。,图13 径流式水电站 图14 抽水蓄能电站 1堰；2引水渠；3压力水管；4厂房 1压力水管；2厂房；3坝,图11 坝后式水电站 1坝；2压力钢管；3厂房,图12 河床式水电站 1进水口；2厂房；3溢流坝,水电站形式,坝后式水电站,坝后式水电站,河床式水电站,河床式水电站,抽水蓄能电站,抽水蓄能水电站,水轮发电运行,水轮机可分为混流式水轮机、轴流式水轮机、贯流式水轮机、冲击式水轮机等。 混流式水轮机:混流式水轮机的水流是沿着圆周方向流进转轮进口,然后再转向下经转轮口

2、流出.混流式水轮机的应用最广泛,技术也最成熟,广泛用于不同容量的大、中、小型机组。 轴流式水轮机:轴流式水轮机的水流是沿着水轮机轴的方向流入, 驱动转轮旋转.轴流式水轮机多为竖直布置,一般用于大中型机组。 贯流式水轮机:贯流式水轮机均是卧式结构，其水流是沿着水轮机轴的方向流入转轮驱动的。由于贯流式水轮机应用水头很低，与相同容量的其他型式水轮机相比，其尺寸较大，最大功率仅几万千瓦 。 冲击式水轮机:冲击式水轮机是把水流的能量全部转变为高速水流，通过可调节流量的针阀、喷嘴冲击转轮环周上的水斗，驱使转轮旋转。,水轮发电机运行,轴流式机组,水轮,定子,转子,轴流式机组,灯泡贯流式机组,水轮,混流式机组

3、,水轮,涡壳,卧式机组,单喷嘴斜击式机组,转子,冲击式机组,水轮,机组,导叶,前池,转子,水电站其它部分,同步发电结构,发电机组,水力发电厂主要系统,综合保护测控，机组自动化控制。,大坝、前池 压力钢管等。,微机励磁、微机调速器、供水、排水 油压、汽压系统等。,升压站/户内高压电气设备。,水流系统 ， 电流系统 、 电气控制设备系统 、 机械控制设备系统 、 辅助设备系统,水力发电厂系统示意图,微机励磁系统,励磁系统： 1）运行中能维持发电机的出口电压在额定值附近。 2）能实现并列运行机组之间合理的无功分配。 3）当发电机内部故障（发电机主开关以内）时，能够实现对发电机的快速灭磁。 4）当发电

4、机外部故障（发电机主开关以外电网）时，能够实行可靠的强行励磁。,微机励磁系统,励磁系统分类,1.按励磁方式分： .自励：即从发电机出口引出一条支路，通过励磁变压器降压以后输入励磁调节器，励磁调节器的输出作为励磁电源为转子磁场提供电流。 特点：系统简单，发电机出口电压较稳定，励磁调节器输出电流稳定，但需要起励电源。 他励：取消了励磁变压器等设备，系统更简化，直接从厂用电接出一路电源作为励磁电源。 特点：不需要另接起励电源，但厂用电电压不稳定，容易引起励磁电流的波动，造成发电机出口电压的波动。,自励系统示意图,他励系统示意图,励磁系统分类,2.按励磁的接入方式分: 无刷励磁：在励磁系统接入方式上不

5、采用碳刷滑环， 而且将励磁调节装置的整流部分与连接部分整和为一体。 属于他励方式的演化形式。 有刷励磁:即励磁电源过碳刷滑环接入转子回路.,带副励磁机无刷励磁,不带副励磁机无刷励磁,带励磁机有刷励磁,不带励磁机有刷励磁,不带励磁机有刷励磁,调速系统： 作用：根据电力系统要求自动调整机组的出力，同时使机组保持一定的额定转速。 组成：调速器柜、作用筒(接力器)、油压装置。三部分之间用管路联系。,调速器,微机调速器,辅助系统,油压系统： 透平油供给机组轴承的润滑油和操作用的压力油，作用：润滑、散热及传递能量； 绝缘油供给变压器、油开关等电气设备的，作用：绝缘、散热及灭弧。,技术供水系统： 技术供水冷

6、却及润滑。 发电机的空气冷却器、机组导轴承和推力轴承的油冷却器、水润滑导轴承、空气压缩机气缸冷却器、变压器的冷却设备等。耗水量最大的是发电机和变压器的冷却用水，可达技术用水的80%左右，要求水质清洁、不含对管道和设备有害的化学成分。 生活供水生活用水根据工作人员的多少决定。 消防供水消防用水要求水流能喷射到建筑物的最高部位。消防用水可从上游压力管道、下游尾水渠或生活用水的水塔取水，并且应设置两个水源。,辅机系统,辅机系统,排水系统： 渗漏排水系统厂房内的生活用水、技术用水、阀门或建筑物及其他设备的渗漏水。 发电机冷却用水等均自流排往下游。不能自流排除的用水和渗水，则集中到集水井，再用水泵排到下

7、游，这个系统称为渗漏排水系统。 检修排水系统机组检修时常需要排空蜗壳和尾水管，为此需设检修排水系统。 检修时将检修机组前蝴蝶阀或进水闸门关闭，将蜗壳及尾水管中的水自流经尾水管排往下游。当蜗壳和尾水管中的水位等于下游尾水时，关闭尾水闸门，利用检修排水泵将余水排走。,气系统： 压气系统的用途 压缩空气分为低压压缩空气和高压压缩空气。 低压压缩空气系统（额定气压为0.50.8MPa)：机组制动，调相运行压水，蝶阀关闭时，将压缩空气通入阀上的空气围带，使其膨胀而减少漏水；检修时清扫设备，供风动工具使用；通向拦污栅，防冻清污。 高压压缩空气系统（额定气压为2.54MPa) ： 给油压装置的压力油箱充气。

8、调速器压力油箱中约有2/3的体积为压缩空气，以保证调速器用油时无过大的压力波动，额定气压为2.5MPa及4MPa。 配电装置如空气断路器的灭弧和操作的用气，以及开关和少油断路器的操作用气，额定气压为25MPa。 起重设备：,辅机系统,1、上位机及网络系统 2、水机自动化控制（LCU）屏 3、公用同期（LCU）屏（含自动准同期及手动同期） 4、发电机、变压器、线路等监控保护屏 5、闸门控制（LCU）屏 6、全电子式电度计量屏 7、直流电源屏 8、水电站自动化元件 9、辅机控制箱,1、现场总线网； 2、现场总线网加高速以太网； A. 采用通讯管理机上以太网； B. PLC直接上以太网； 3、双高速

9、以太网； 4、环行高速以太网。,综自结构示意图1-现场总线网,1、采用RS485接口做通讯接口，采用屏蔽双绞线做通讯线，网络简单，投资较省； 2、通讯速率较慢，多采用9600bps； 3、上位机采用单机或双机； 4、可靠性较低，适用于单机容量在3000kW以下机组的水电站。,综自结构示意图2-现场总线网+高速以太网,1、许多现场设备只有RS485接口，要提高通讯速率，要采用通讯管理机（规约转换器），与以太网接口； 2、通讯速度大为提高，各RS485通讯口基本处在同时工作状态； 3、通讯管理机的好坏是保证通讯畅通的关键； 4、一般均采用二台（或二台以上）上位机； 5、适用于单机容量3000kW

10、15000kW 的机组； 6、投资性价比较高。,综自结构示意图-PLC直接上高速以太网,1、各现地控制LCU屏的PLC直接上以太网； 2、只有RS485口的设备，通过公用LCU屏上以太网； 3、速度高、工作可靠； 4，投资较高； 5，适用于单机容量在10000kW以上的机组。,综自结构示意图-高速光纤双以太网,1、双高速以太网通讯速率高（100Mbps），工作可靠； 2、一般采用光纤通讯； 3、有多台上位机，除操作员工作站外，尚有工程师工作站、总经理工作站、通讯工作站、Web工作站等等； 4、通讯网络复杂，通讯规约繁多；维护较困难； 5、投资大； 6、大中型水电站采用。,综自结构示意图-高速环

11、行光纤以太网,1、通讯网络连成环行，通讯线有一处断线不影响通讯； 2、通讯可靠、但投资较大； 3、适用于单机容量在15000kW以上的水电站。,1、完成自动开机、停机、发电机有功功率调节、无功功率调节； 2、各种电量及非电量参数的测量； 3、水机保护（轴承温度、导叶、甩负荷等）； 4、与上位机联网； 5、采用PLC技术；,1、PLC可编程控制器； 2、触摸屏； 3、电量采集装置； 4、出口继电器； 5、手动操作按钮、开关； 6、交直流220V / 24V电源变换器； 7、常规仪表； 8、温度巡检仪； 9、转速信号装置； 10、剪断销信号装置； 11、非电量测量 ：蜗壳压力、蝶阀平压、顶盖水位等

12、等。,一般配置组成：,功能：,可选配置组成：,1、发电机的主保护与后备保护的保护测控装置； 2、发电机的微机自动准同期装置； 3、发电机手动准同期装置； 4、发电机计量装置； 5、屏体的加温、去湿装置； 6、屏体的灯光照明等等。,1、线路保护屏； 2、发电机保护屏； 3、主变保护屏.,一般配置组成：,监控保护对象：,1、完成6kV、10kV、35kV、110kV等线路的监控与保护； 2、完成发电机的监控与保护； 3、完成主变压器的监控与保护； 4、厂用变、励磁变的监控与保护，,1、纵差保护； 2、复合电压闭锁过电流保护； 3、过电压/欠压保护； 4、转子一点接地报警、转子二点接地保护； 5、定

13、子接地报警、过负荷报警； 6、失磁保护； 7、低压保护；过压保护； 8、负序过流保护； 9、逆功率过流保护； 10、低频保护；高频保护； 11、PT断线报警 CT断线报警 控制回路断线报警 。,发电机保护功能：,发电机差动保护：TOP9720F-10H 发电机后备保护测控： TOP9720F-20H 发电机转子接地保护装置： TOP9720F-30H 发电机测控装置：TOP9720F-40H,发电机保护配置：,1）差动速断 2）二次谐波制动的比率差动保护 3）非电量保护 4）CT断线告警功能 5）差动保护跳主变高压侧、低压侧 6）本体重瓦斯、压力释放、有载调压开关重瓦斯跳高压侧、低压侧 7）本

14、体轻瓦斯、本体油温高、本体油位低、有载轻瓦斯、有载油位低动作于信号,主变主保护配置：,主变差动保护：TOP9720C-12/13H，TOP9720C-14/15H,主变主保护功能：,1）三段复合电压闭锁过电流保护，每段带时限 2）三段零序电压闭锁零序电流保护，每段带时限 3）零序电压保护 4）PT、CT断线自检功能 5）过负荷告警 6）间隙零序过流保护（可选） 7）中性点零序过压保护 8）过负荷闭锁有载调压（可选） 9）过负荷起动通风（可选）,主变后备保护配置：,主变后备保护：TOP9720C-22H，TOP9720C-23H(+),主变后备保护功能：,1）速断电流保护 2）限时电流速断保护

15、3）定时限过电流保护 4）滑差闭锁低周减载功能 5）三相一次重合闸,带后加速 6）检同期、检无压重合闸 7）谐波分析功能 8）PT、CT断线自检功能,10/35kV线路保护配置：,10/35kV线路保护：TOP9720A-20H，TOP9720A-30H(+),10/35kV线路保护功能：,110kV线路保护配置：,110kV线路保护：TOP9720A-R,110kV线路保护功能：,1）三段式相间距离保护 2）三段式接地距离保护 3）四段式零序方向过流保护 4）三段式过电流保护 5）三相一次重合闸,带后加速 6）检同期、检无压重合闸 7）谐波分析功能 8）PT、CT断线自检功能,110kV升压

16、站,1、完成闸门的自动控制； 2、完成闸门开度的采集与传输； 3、与上位机联网； 4、采用PLC技术；,1、PLC可编程控制器； 2、触摸屏（可选配）； 3、闸门开度仪（可选配）； 4、电源变换器； 5、出口继电器； 6、手动操作开关。,一般配置组成：,功能：,1、采用绝对编码器； 2、输出葛雷码或420mA信号； 3、测量精度为0.5cm。,闸门开度测量仪,1、发电机计量电度表（1.0/0.5级）； 2、厂用变计量电度表（1.0级）； 3、主变高压侧计量电度表（0.5级）； 4、并网线路计量电度表（0.5/0.2s级）； 5、近区馈出线计量电度表（1.0/0.5级）。,一般配置组成：,1、有

17、直流220V、110V； 2、电池容量有38Ah、65Ah、100Ah、120Ah、150Ah、200Ah、300Ah等； 3、完成对免维护电池的充电与浮充； 4、采用N1的设计； 5、有自动绝缘检测； 6、有自动电池检测； 7、与上位机联网；,水位传感器 ： 前池水位测量 尾水位测量 压差传感器： 栏污栅压差测量 温度传感器： 定子温度与轴承温度测量 压力传感器： 油压、气压、水压的测量,震动传感器 ； 摆动传感器； 位移传感器； 各种自动化元件的输出 ：420mA。,CPU指令速度1.25nS以上； I/O点可任意扩充； 采用24VDC供电； 质量可靠，经久耐用； 常用的品牌有日本OMRO

18、N、美国GE、德国西门子、法国施耐德等。,日本OMRON的PLC的选型,1、欧姆龙CPM2A系列PLC：I/O：10120点。 CPU的处理速度为0.64us，超小型体积. 可用于单机容量为1000kW以下的机组，或400V的机组。,2、欧姆龙CQM1H系列PLC：l/O：16256点。CPU的处理速度为0.375-1.125us ， 突破传统模块式架构免基座。 可用于单机容量为5000kW以下的机组。,3、 欧姆龙C200H系列PLC：I/O：161184点。 CPU的处理速度为0.1-1.125us，完整的网络连线功能 ，有以太网接口； 可用于单机容量在15000kW以下的机组。,美国GE

19、的PLC的选型,1、VersaMax是目前唯一的一种既可以作为其它主控设备的I/O模块，又可以单独构成PLC系统，最大点数为256个I/O。 可在单机容量3000kW以下机组使用。,2、GE90-30PLC支持网络类型：CPU的运行速度为0.15 0.22S，最大有4096个I / O 口，RS-485串行网络、Profibus网络、以太网等； 可用于单机容量在20000kW以下的机组。,3、GE90-70 PLC的 CPU的运行速度为0.4S， I/O 容量最大为开关量12288点，模拟量8192点 ，有RS-485串行网络、Profibus网络、以太网等。 可用于单机容量在20000kW以

20、上的机组。,德国西门子的PLC的选型,1、西门子S7-200 PLC是应用最多的小型PLC产品之一,有256个 I / O 点，用RS485通讯。 可用于单机容量在3000kW以下的机组。,2、西门子S7-300的CPU有0.60.1s的指令运算速度，有1024个 I / O 点，提供点对点连接、PROFIBUS和工业以太网 。 可用于单机容量在15000kW以下的机组。,3、西门子S7-400的CPU指令处理时间可达0.03S，有65000个 I / O 点，提供点对点连接、PROFIBUS和工业以太网 。 可用于单机容量在15000kW以上的机组。,法国施耐德的PLC的选型,1、Neza

21、PLC是性能可靠、容易使用的小型PLC、其I/0点数从14点可扩展至80点，具备高速计数、脉冲输出、实时时钟、RS485网络通讯。 适用于单机容量1000kW以下及400V机组。,2、Compact是一种结构小巧，功能强大的PLC， CPU支持I/O字容量128-512 。在Quantum InterBus网络上也可作为从方式使用。 可在单机容量5000kW以下的机组使用。,3、Premium 产品系列，其CPU单元：面向中大型应用的高性能控制系统，单机可控制的I/O点数达2048点。通讯方式：TCP/IP以太网 及总线网。 可用于单机容量在15000kW以下机组。,4、Quantum 产品系

22、列，可选586的控制器，单机支持超过300个回路和65000点I/O。 I/O方式：本地I/O，远程I/O、分布式I/O 。背板总线速率高达80兆。提供10/100M自适应TCP/IP以太网接口模块，支持光纤双环冗余。 可在单机容量15000kW以上机组使用。,能自动调频、调压，完成自动准同期操作； 可省去转角变压器； 有RS485通讯口。,微机同期装置,深圳智能微机同期装置,组合式同步表,手动同期操作时用。,1、独立完成水轮机的自动控制功能，也能接收上位机的控制命令。 2、完成水轮机组的电量与非电量参数的显示； 3、完成各种工作参数的设置； 4、可以离开上位机独立工作； 5、有在线指导功能。

23、,触摸屏的作用,温度巡检装置,24点、48点、96点等温度巡检； Pt100和Cu50均可使用； 有热电阻断线报警功能； 有超温报警功能； 有超温保护跳闸功能； 有RS485通讯口；,可用残压输入，也可用光电采样输入； 七轮（5、30、80、95、115、140、170）额定转速输出； 能测量转速和频率； 每轮输出有指示； 有RS485通讯口。,转速信号装置,剪断销信号装置,当水轮机导叶发生故障时，用来发信号及作水机保护之用。,手动开关及出口继电器,1、手动开关、按钮、指示灯等作手动控制之用； 2、出口继电器用来放大PLC的触点容量。 3、触点容量 ： AC220V时为10A 4、采用日本OMRON或魏德米勒继电器。,电源模块,1、将交流220V、直流220V变换成直流24V。 2、供PLC、触摸屏、出口继电器等用电。 3、交直流两用。,