水电站及水电机组的控制.pptx

1.2按电厂的能量来源和工作方式分类：以煤为燃料的火力发电厂燃气发电厂燃油发电厂水力发电厂抽水蓄能电厂第1页/共80页原子能电厂压缩空气的蓄能电厂非常规能源电厂（如：太阳能、潮汐能、风能、地热能等）第2页/共80页2水力发电厂2.1水电站的组成水库大坝厂房输水管道系统尾水系统开关站 输电线路第3页/共80页 2.22.2 水电站的分类 (1)(1)根据工作水头分类：高水头 （水头：250m）中水头 （水头：50m250m）低水头 （水头：50m）第4页/共80页(2)(2)还可以分为：河谷蓄能坝式水电站 （需建筑大坝）径流式水电站 （各季水流变化很小、低坝、库容小）第5页/共80页引水式水电站 （河床坡度陡峭、落差大、低坝）抽水蓄能电站潮汐电站第6页/共80页2.3水轮机的分类将水能转变为旋转机械能的水力原动机叫做水轮机水轮机分成两种主要类型：冲击式水轮机反击式水轮机第7页/共80页冲击式水轮机利用水流的动能做功的水轮机为冲击式水轮机。以水斗式水轮机为代表，主要应用在高水头小容量电站。反击式水轮机利用水流的势能与动能做功的水轮机为反击式水轮机。分为混流式、轴流式、轴流转浆式、斜流式水轮机，按其结构还可分为定桨式和转桨式第8页/共80页水斗式水轮机恒压水轮机高水头，水头变幅300m1800m三大基本组成部件：喷嘴、转轮、机壳第9页/共80页斜击式水轮机混流式水轮机蜗壳轴流式水轮机转轮反击式水轮机分为混流式、轴流式、轴流转浆式、斜流式水轮机混流式水轮机转轮第10页/共80页混流式水轮机在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮。使用最广泛，适用的水头范围宽，单机容量大，多为立式布置。基本组成部件：蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管。第11页/共80页推力导轴承的安装位置立式混流式水轮机推力导轴承的安装位置：1个推力轴承，一般安装在发电机转子下部，有时在水轮机蜗壳以上2个推力轴承，一般一个安装在发电机轴顶部，另一个在水轮机轴顶部第12页/共80页轴流式水轮机轴流式水轮机水流为轴向流动的反击式型水轮机。在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮。应用于低水头电站。第13页/共80页斜流式水轮机斜流式水轮机流道与轴线斜交，转轮叶片能够转动的水轮机。造价高，结构复杂，应用较少。第14页/共80页贯流式水轮机贯流式水轮机贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。贯流式水轮机有多种结构，使用最多的是灯泡式水轮机，特别适用于水头为320米的低水头电站。第15页/共80页卧式混流式水轮机三峡电厂发电机转子起吊第16页/共80页2.4水电站的电气设备水轮发电机（1）组成水轮发电机为三相交流同步发电机，包括以下部件：定子安装枢绕组转子安装磁极，直流电流励磁轴承推力轴承、导轴承。第17页/共80页（2 2）冷却和润滑轴承的正常冷却，由加压循环水来完成；轴承的润滑有两种方法：一种为转速在额定转速的10%之内时，高压油顶起转子0.050.07mm，形成油膜；另一种为启动之前，用制动闸将转子顶起6mm约3min，形成油膜。发电机的冷却消除定子、转子内铜损、铁损的所产生的热量，一般采用密封循环的空气冷却系统或水冷却系统来完成。第18页/共80页（3）设计参数同步转速：N=（频率*120）/磁极数飞逸转速：飞逸转速是指水力机组突然甩负荷而调速机构失效时所达到的转速，飞逸转速的数值为水斗式水轮机1.85N混流式水轮机1.65N1.8N轴流转桨式水轮机1.9N2.2N发电机功率：P=3UIcos第19页/共80页变压器一般机组的发电电压为6KV20KV，但在远距离传输中，为尽量减少线路损耗，传输电压可达到500KV以上。所以需用变压器将发电机的输出电压升高到输送电压，水电站的主变压器一般多为升压变。第20页/共80页变压器的冷却系统通过油泵或风扇来降低变压器油的温度，有时在油箱内设水管，冷却水循环散热。第21页/共80页开关设备（1）断路器断路器的工作特性：断开时必须采用绝缘油或SF6气体或真空来熄灭断路器触点产生的电弧。断路器根据灭弧介质分类：多油断路器、少油断路器、空气灭弧断路器第22页/共80页多油断路器灭弧油、绝缘油油量很多少油断路器陶瓷断流器，减少了绝缘油空气灭弧断路器采用高压气体，吹掉电离介质第23页/共80页隔离开关的工作特性：在断路器断开回路之后系统处于无电流状态才可进行操作。隔离开关不存在切断或接通电源的能力。（2）隔离开关第24页/共80页（3）隔离开关与断路器之间操作闭锁关系分操作：先分断路器，再分隔离开关合操作：先合隔离开关，再合断路器第25页/共80页（4 4）母线 连接发电机和变压器的回路第26页/共80页第27页/共80页变电站变电站的设备组成：输入线输出线母线变压器高低压开关设备和避雷器继电器、测量仪表、电流电压互感器、熔断器、接地系统载波通讯第28页/共80页辅助设备辅助设备组成：油压装置励磁系统空压机技术供水排水泵上游闸门蝶阀润滑油泵变频器卷扬机轴承油冷却器厂用变、主变冷却器第29页/共80页2.5 2.5 低水头电站灯泡式布置全贯流式布置（直流式）半贯流式布置（轴伸式）第30页/共80页2.6潮汐发电单向运行（落潮时发电）双向运行（涨落潮均发电）抽水蓄能（发电+抽水）第31页/共80页2.7抽水蓄能电站抽水蓄能电站的分类按调节周期分类：日调节；月调节；年调节按入流情况分类：纯抽水蓄能型；混合型第32页/共80页抽水蓄能电站的典型布置第33页/共80页抽水蓄能电站的运行（1）抽水蓄能电站的运行在用电低谷时段，机组作为水泵运行而把水抽到上游水库，把能量储存起来；在峰荷时段内，再把上述储存的水用来发电。（2）抽水蓄能电站在电网中的作用一方面，低谷负荷时段改善了热电站的负荷率，有利于电网；另一方面，降低热电站发峰荷出力的要求，设计容量可以降低。第34页/共80页抽水蓄能电站的发展(1)早期：设置4种设备，即水轮机、发电机、水泵和电动机(2)后来：发电机和电动机能结合成为电动发电机，形成串列机组安装在公共轴上：电机水轮机水泵(3)现在：水泵和水轮机结合成可递式水泵水轮机，从而形成二元机组：电动发电机和水泵水轮机第35页/共80页机组的布置串列机组的布置：卧式水轮机电机水泵立式电机水轮水泵二元机组：几乎全是立式第36页/共80页二元机组抽水运行的启动小型电机启动法只有一对磁极，同步转速比主电动发电机大，容量相当于主电动发电机的5%10%。降低电压启动法（异步）电压降低50%65%，启动功率降至80%左右，一般采用主回路串联电抗器或主变抽头来降压降低周波启动法（同步）采用静态双向离子变频器（SFC）第37页/共80页背靠背启动法一台机组做发电运行，输出电流供给另一台机组。然后两台机组同时加速到同步转速，并使第二台机组并网作电动机运行。第38页/共80页与背靠背同步启动相似，只是开始时两者均不投励磁，抽水机组以感应电动机方式启动，先使发电机启动并升速到50%80%ne，使发电机与抽水机组连接起来，然后投发电机励磁，此时发电机减速，电动机升速达到平衡时，电动机投励磁，两机同步升速，其后过程同背靠背启动。半同步启动第39页/共80页全压异步启动以全电压方式将机组启动，机组以感应电动机方式升速到额定转速附近，然后加励磁，机组被接入同步。第40页/共80页2.8坝、闸门和阀门坝的类型土石坝，又可分为土坝和堆石坝混凝土重力坝或砌石重力坝混凝土拱坝混凝土支墩坝溢流坝第41页/共80页闸门的用途和类型闸门的用途：调节具有自由水面的水流闸门的类型进水口闸门：矩形闸门，圆筒形闸门尾水闸门：矩形闸门，叠梁闸门溢洪闸门：平板闸门（滚轮式闸门），弧形闸门（扇形闸门）检修闸门：矩形闸门，叠梁闸门第42页/共80页阀门的用途和类型阀门的用途调节压力钢管和管道中的承压水流阀门的类型关闭阀：球阀；蝴蝶阀；筒阀调节阀：针阀；管阀；空注阀消散阀：锥形消散阀；降能消散阀第43页/共80页3水电机组的控制3.1机组运行工况（1）常规机组停机空转空载发电调相（2）抽水蓄能机组停机空转空载发电发电调相抽水抽水调相第44页/共80页3.2工况变换过程（1）常规机组的工况变换停机空转停机空载停机发电停机发电调相空载发电发电发电调相机械事故停机电气事故停机紧急事故停机一级过速停机（不一定有）二级过速停机（不一定有）第45页/共80页3.3机组控制所涉及的控制对象（1）调速器及其油压装置调速器开停机令导叶锁定油泵补气阀、排气阀隔离阀第46页/共80页（2）励磁系统励磁开停机令发电机灭磁开关FMK发电机短路开关FDK第47页/共80页（3）油气水系统A.技术供水及冷却水系统，包括：上导冷却水推力冷却水水导冷却水定子冷却水主变冷却水调速器油箱冷却水第48页/共80页B.水导外循环泵C.主轴密封水D.制动风闸吸尘器E.密封围带（4）进水口闸门，快速事故闸门第49页/共80页3.4正常停机与非正常停机的区别和处理（1）区别正常停机是在机组设备正常的情况下，根据调度或运行人员的指令而启动机组正常停机流程，机组最后转入停机状态。非正常停机是指在机组设备或电网发生异常时，监控系统根据调度或运行人员的指令以及根据非正常停机的启动条件而直接启用机组非正常停机流程，机组最后转入停机状态第50页/共80页（2）停机流程的启动方式中控室运行人员命令（正常/非正常停机）远方调度命令（正常/非正常停机）LCU工控机/触摸屏/按钮命令（正常/非正常停机）自动启动（非正常停机）第51页/共80页（3）非正常停机流程的类型电气事故停机机械事故停机紧急事故停机一级过速停机二级过速停机第52页/共80页（4）非正常停机流程的实现原则：非正常停机是发生机组事故或电网事故时的紧急措施，要求做到可靠、快速、准确方法：根据LCU的配置形式不同，区别对待LCU配置形式为PLC+工控机，非正常停机流程由PLC实现LCU配置形式为PLC+触摸屏，非正常停机流程由PLC实现LCU的配置形式为异构冗余方式，例如MODCELL+PLC第53页/共80页则非正常停机流程的组态方式也是冗余方式：A：工控机（完全组态）B：PLC（完全组态）C：MODCELL（部分重要组态）LCU的配置形式为同构冗余方式，例如：PLC+PLC则两套PLC分别组态非正常停机流程LCU的配置形式为PLC+常规继电器回路则在OLC中完成完全组态，在常规继电逻辑回路中完成部分重要组态第54页/共80页3.5机组控制流程的优先级及流程闭锁关系（1）优先级控制流程优先级由低到高依次排列如下：转停机、转空载、转发电、转调相流程事故停机、一级过速紧急停机、二级过速第55页/共80页（2）闭锁关系同一优先级相互闭锁，已经执行的流程优先，闭锁尚未执行的流程不同优先级之间，优先级别较高的流程闭锁优先级别较低的流程；优先级别较高的流程一旦开始执行，则优先级别较低的流程必须封杀，同时还需将有关的保持型开出清零第56页/共80页3.6双PLC模式控制权的确定和切换控制权的确定一般按照以下原则主PLC在运行态（非调试），则控制权属于主PLC，这时不需关心辅PLC的使能信号主PLC无控制使能信号同时辅PLC在运行态，这两个条件均满足时，控制权切换至辅PLC主、辅PLC的模件故障一般不进行控制权的自动切换，但可人工切换正常运行时，主PLC在运行态，辅PLC在调试态第57页/共80页3.7P、Q调节和保护（1）P、Q调节一般采用脉冲宽度调节，即定频调宽方式，其表达式为：A=Kp*E1+Kd*(E1-E0)+B其中：AP、Q的调节输出脉宽Kp比例系数Kd微分系数E1新偏差值E0旧偏差值B偏量值注：一般在PLC做P、Q调节时，可不做微分调节，故Kd=0第58页/共80页（2）调节死区为防止调节振荡，在P、Q调节时应设置一定范围的调节死区，偏差在死区范围内时，不进行P、Q调节输出。（3）调节保护最大定子电流限制定子电流越上限，LCU闭锁P+，Q+输出，复限时解除闭锁最小定子电流限制定子电流越下限，LCU闭锁P-，Q-输出，复限时解除闭锁第59页/共80页最大转子电流限制转子电流越上限，LCU闭锁Q+输出，复限后解除闭锁最小转子电流限制转子电流越下限，LCU闭锁Q-输出，复限后解除闭锁最大电压差限制极端电压突变过大（5%Ue/T)时，LCU闭锁Q调节，待机端电压正常后，LCU解除闭锁第60页/共80页最大负荷差保护当P，Q突变(25%Pe或25%Qe）时，LCU自动退出调节调节超时保护当机组LCU无法在规定时限内将P、Q调入目标整定值的规定范围内时，调节自动退出采样仪表异常保护当检测到交流采样仪表或变送器工作异常时，LCU自动退出P，Q调节第61页/共80页（4）调节周期的设定首先确认P、Q的采集周期，而调节周期必须大于采集周期。如采集周期为2秒，则P调节周期可定在46秒，而Q调节周期可定在24秒。由于调速器电液转换等机械方面的原因，通常调节响应较迟，故有功功率P的调节周期可设的较大，但以不超过6秒为宜。而励磁调节器对无功功率的调节是电气调节，较为灵敏，故无功功率Q的调节周期以不超过4秒为宜。第62页/共80页（5）最大调节脉冲宽度限制在确定了P、Q的调节周期后，还需要设置每个调节脉冲输出的最大脉宽限值。由于每个调节周期中的调节脉冲输出都是由PID运算得来，为了防止该值过大超出调节周期，容易造成超调，必须加以限制。通常最大调节脉宽不得大于调节周期的2/3。注意PID运算结果的正负值，可能回造成输出的异常。第63页/共80页（6）调节功能的投入与退出在机组并网发电后，LCU自动将P、Q调节功能投入。当发生最大负荷差保护、调节超时保护、采样仪表异常保护后，应立即自动退出调节功能（P、Q分别处理）并报警。当有新的P、Q设定值收到后，LCU也自动将P、Q调节功能投入（P、Q分别处理）。第64页/共80页（6）P、Q调节的目标与要求在保证调节品质的基础上快速地将机组负荷调到目标值。不发生超调、不发生振荡。无论调节范围（实际值与目标给定值的差）有多大，调节品质和调节速度都应差不多。应当在6090秒内调节到目标给定值。第65页/共80页3.9机组控制流程编制的注意事项（1）标准化、易读易改（2）多沟通、深刻领会设计思路（3）关于开出24V电源特别注意自启动流程（如油压装置自动打油、补气）启动和结束时开出24V电源的投退第66页/共80页（4）注意流程间的闭锁关系，特别是发生非正常停机时立即完成以下事项：清除正常开停机流程的进程清除正常开停机流程中的保持性开出清除PLC与CPU通讯下行信文的标志和缓冲区分类清除与同期装置投切的有关开出（5）对于机械风闸的投入，须考虑转速闭锁（n25%ne或n5%限时90s转速95%限时120s电压85%第70页/共80页（4）投同期装置电源投PT启动同期限时5分钟，断路器合闸断路器合闸后2秒切同期装置和同期点设定基落（10%）复归保持性开出第71页/共80页4.2发电停机（1）机组在发电态操作回路电源正常设定零负荷限时5分钟负荷达最小（5%）跳断路器（2）停机令给电制动停机令给励磁停机令给电调第72页/共80页停机继电器动作限时120s导叶全关限时120s转速60%投电制动限时10s电制动投入限时180s转速15%电制动退出开吸尘器投风闸限时120s转速5%延时60s停机复归继电器动作投检修空气围带第73页/共80页制动闸落下切除水导外循环泵投导叶锁定关技术供水关总冷却水投电制动复位停机令给电制动复位停机令给电调复位停机令给励磁复位投入发电机电加热第74页/共80页4.3机械事故停机（1）启动条件事故停机按钮动作或键盘操作压力油罐油位低压力油罐油位过高轴承温度过高主轴密封水中断30s第75页/共80页（2）流程的处理发生机械事故停机，导叶须在最短时间内关闭，导叶在空载及以下开度使跳开发电机出口短路器和灭磁开关，然后转入流程。第76页/共80页4.4电气事故停机（1）启动条件保护装置的事故停机令发电机轴电流过大调速器电气箱主事故紧急事故停机流程转入（2）流程的处理发生电气事故，立即断开发电机出口断路器和灭磁开关，并停机第77页/共80页4.5紧急事故停机（1）启动条件键盘或按钮紧急停机令低油压事故压力油罐油位极低事故停机过程中剪断销剪断事故停机过程中转速降不下机组过速动作（机械或电气）第78页/共80页（2）流程的处理：发生紧急事故停机，需立即关闭快速门，（或关闭筒阀，蝶阀），跳开发电机出口开关和灭磁开关，并停机（转入电器事故停机流程）第79页/共80页感谢您的观看！第80页/共80页