微電腦控制器在水輪發電機組控制系統中應用

顏宏遠

福建能源集團永安煤業池坪煤礦 福建三明 365000

微電腦控制器在水輪發電機組控制系統中應用

顏宏遠

福建能源集團永安煤業池坪煤礦 福建三明 365000

原水輪發電機組與外網同期并網、與外網解裂停機都是在由人工操作完成的。加裝微電腦控制器后水輪發電機組經微電腦控制器檢測即實現自動并網又起到解裂保護功能。

水輪發電機組;同期;自動并網;解裂保護

1、概述

我司現有三個小水電站，三水電合計裝機容量1365KW,有7臺混流式水輪發電機組。改造前，當水輪發電機組發電通過升壓變壓器與省網并網時，操作人員必須通過觀察并網同步指示燈、電壓表、頻率表等進行人工合閘并網。當省網與水電解列時，操作人員往往來不及“停車”造成水輪發電機產生高速運轉，造成“飛車”所產生的高頻率和高電壓致使電網中的其它設備燒毀及自身發電機組的損壞。后在水輪發電機組原有控制系統上加裝一套微電腦控制裝置，以實現水電發電機組自動并網、解裂時通過調速電機迅速將水輪機組關閉至空載狀態起到自身發電機組的保護作用。

2、自動并網功能（微電腦電氣控制原理如圖）

準同期操作較難掌握的是頻率差和相位角差，這兩個要素對等待時間和沖擊電流影響又最大。其自動并網過程是將微電腦控制器面板上的【功能設定】旋鈕轉在【同期】檔，微電腦接通(1-3或1-5）且發出“開大”或“關小”信號，控制電動機正轉（KM1）或反轉(KM2)，快速調整水輪機轉速與電網頻率相等。當微電腦捕捉到發電機頻率與電網頻率之差進入±0.25Hz，相角差由大及小進入20°時，微電腦（9、10）常開點接通原來PGL控制柜的ME-630斷路器人工合閘常開按鈕發出合閘命令實現自動并網功能。

2.1 操作簡單

1）自勵建壓后，調整電壓與外網基本一致。2）撥上微電腦電源，微電腦將自動控制“開大”“關小”使頻率接近至50HZ，同時調節勵磁使發電機組電壓與外網電壓基本一致。3）將微電腦開關將【常態】轉向【同期】，微電腦控制器通過（13、16）外網、（18、20）發電機端電壓信號，檢測自動調節至各參數（電壓、頻率、相位）同步時發出并網信號“HHHH”，此時ME-630斷路器將自動合閘。4）將【同期】轉回【常態】，然后通過“開大”按鈕點動逐步加大發電功率。

2.2 自動并網、自動調速的效果

一是避免因人工合閘并網時，在不同步誤操作的情況下造成發電機燒毀和開關損壞。二是減輕了操作人員腦力勞動和體力勞動。我司大部分小電站，機組與控制屏不在同一處，通常要由一個人在機組旁邊調整轉速，另一個人在控制屏進行同期操作，這樣才不會一個人來回的跑動來實現同步并網，技改后只需一人在控制屏處操作就可實現同步并網了，并可騰出一人固定在前池“撈草”可有效提高發電效率。同時并網過程中減少沖擊電流對保護機組、延長空氣開關壽命也起重要作用。

3、解裂保護

如因某種原因當省網與水電解裂時，操作人員往往來不及關機造成水輪發電機組“飛車”現象。由于高速運轉所產生的高頻率和高電壓，或是斷路器未能時關斷將造成發電機組沖擊電網中的其它電氣設備及自身發電機組的損壞。

3.1 解裂保護工作過程

聯網的發電機組安裝了微電腦控制器時當：【運行方式】旋至【大網】檔時，在外網頻率出現異常的瞬間（即變電所開關跳閘后的第一時間）電腦就檢測到，若符合下列情況：①頻率≥50.5Hz同時電壓≥456V；②頻率≥51.0Hz同時電壓≥437V；③電壓＜418V但頻率≥52.0Hz；④頻率＜49.5Hz但是電壓≥456V（延時0.5秒）；電腦立即發出分閘信號：微電腦（6、7）常開點接通原來PGL控制柜的ME-630斷路器人工分閘常開按鈕發出分閘命令，同時接通微電腦（1-3）利用本發電機組所發電源，迅速發出“關小”信號控制電動機反轉(KM2)，快速調整水輪機導水機構使轉速與電網頻率相等（空載狀態）。實現解裂保護功能。

4、提高了機組運行的可靠性和效益。

從我司水電站技改前后的運行情況表明，在各方面都有改善，主要表現為：技改前，人為操作，盡可能地增大發電量，提高水輪機轉速，致使電網電壓過高，影響了電網的供電質量。采用微電腦技改后，排除了人為因素的影響，使機組在正常周波和電壓范圍內運行，確保了電網的供電質量。由于手動操作，在機組發生故障或電網突然跳閘甩負荷時，運行值班人員來不及操作，容易引起飛車事故的發生，造成機電設備的損壞和人員的傷害。如2012年8月，因雷雨天氣引起外網跳閘由于沒能及時同時關閉三臺水輪機組造成3號機組（SFW160）160KW發電機定子繞組燒毀、勵磁發電機損壞，造成2.05萬元的直接經濟損失，更主要是影響了發電高峰期（汛期）的發電效益其間接經濟損失160Kw*24h/天*30天*0.56元/kw.h=6.45萬元。技改后，當與外網解裂后可立即自動發出過速信號，發電機主開關分閘、調速電機立即關機控制水輪機運行在空載狀態，可以確保機電設備和人員的安全，設備完好率有了較大的提高。由于設備完好率提高，停機次數少，恢復發電時間短，其發電效益得到了正常的發揮。本套裝置采用微電腦裝置與原來手工合閘、分閘合為一體，互為轉換備用，轉換操作簡便。采用微電腦裝置時，利用原電氣裝置與微電腦相配合，達到自動并網與解裂保護的目的。當微電腦裝置出現故障時，只需撥動鈕子轉換開關、關閉微電腦電源即可轉換為手動操作（同步燈）繼續發電。

5、結語

采用微電腦對小水電站進行技術改造，不僅能確保電能質量的穩定，提高機組運行的安全度和設備完好率，增加發電效益及降低運行費用，是一種投資少、見效快的技改辦法。還可利用微電腦的控制功能，增設在前池上配置水位自動臨測裝置，實現按水位自動調節出力的功能、遠程控制功能等等，為今后的進一步技術革新打下良好基礎。

顏宏遠，機電高級工程師，研究方向：機電技術工作。