機電一體化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用分析

【摘要】水電作為清潔的可再生能源，世界各國都在大力發(fā)展，隨著機電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，為水電站的“無人值守，少人值勤”的規(guī)劃提供了可靠的長途操控的技術(shù)條件。利用機電一體化技術(shù)能夠長途測控設(shè)備的能力，對影響機組正常運轉(zhuǎn)的水力條件、有功功率、頻率以及機組其他部位的運轉(zhuǎn)狀況進行跟蹤和判斷，并根據(jù)測控數(shù)值對機組的運行狀況進行實時調(diào)節(jié)，為廣大用戶提供安全可靠的電力供應(yīng)服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】機電一體化技術(shù)；水電站；應(yīng)用

1、機電一體化概要

機電一體化是指在機構(gòu)得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面。只是，機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)，而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

2、機電一體化核心技術(shù)

2.1 機械技術(shù)

機電一體化技術(shù)是對機械生產(chǎn)的變革和創(chuàng)新，所以機械技術(shù)是核心要素，電子技術(shù)和信息技術(shù)都是外部控制技術(shù)，而機械技術(shù)才是真正應(yīng)用于生產(chǎn)操作的實體。為了更好的配合機電一體化，要對機械技術(shù)進行改進，提高機械自身的加工精度，改善自身性能，從而在與電子技術(shù)以及信息技術(shù)相結(jié)合時，才能夠最大限度的發(fā)揮出機電一體化的優(yōu)勢。

2.2 信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)在機電一體化技術(shù)中主要是信息交換、信息存取、信息運算和最終決策等，信息處理技術(shù)主要是依托計算機技術(shù)來完成的，在計算機中編制工藝生產(chǎn)信息，然后將信息進行轉(zhuǎn)換和傳送，控制機械設(shè)備的運行。為了提高機電一體化技術(shù)的工作效率，需要保證順暢的信息處理通道，所以要提高信息處理設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，提高設(shè)備的運行能力，并且降低信息處理過程中的各種干擾，從而提高機電一體化技術(shù)水平。

2.3 自動控制技術(shù)

自動控制是實現(xiàn)機電一體化的重要技術(shù)，只有實現(xiàn)自動控制，才算是將機械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)的完美結(jié)合。自動控制主要是指機械設(shè)備能夠按照設(shè)定好的工藝流程運行，這是一項將理論與實踐完美結(jié)合的產(chǎn)物。在設(shè)計自動控制技術(shù)時，因為被控對象與理論的控制量存在一定的差距，所以要想達(dá)到精確的控制，就需要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和修改，從而達(dá)到最佳的控制效率。自動控制技術(shù)是機電一體化技術(shù)中的核心要素，也是將信息技術(shù)、電子技術(shù)與機械技術(shù)進行結(jié)合的重要體現(xiàn)。

3、水電站機電一體化技術(shù)應(yīng)用部位

3.1 水電站的測控系統(tǒng)

3.1.1 水電站水力監(jiān)測系統(tǒng)

水電站中的水力監(jiān)測系統(tǒng)首要由上下游水位監(jiān)測、技術(shù)供排水系統(tǒng)水力監(jiān)測和消防監(jiān)測三部分構(gòu)成。水位監(jiān)測在水電站的上下游安裝投入式液位計測量上下游水位，通過液位變送器傳至中控室；運用壓差變送器，將安裝在機組蝸殼進口和尾水出口的壓力測量管道連通，測出上下游水位的凈高差，并通過壓差變送器傳輸至中控室。技術(shù)供排水系統(tǒng)水力監(jiān)測由機組工作的供排水系統(tǒng)和全廠滲漏排水系統(tǒng)構(gòu)成。機組工作的供排水系統(tǒng)壓力測控，通過安裝在供水管道上的電接點壓力表和壓力傳感器操控，流量通過安裝在管道上的管道式流量測控儀測量，將2種測量設(shè)備測得的數(shù)據(jù)通過變送裝置傳至中控室，中控室值班人員通過測控數(shù)據(jù)區(qū)分用于機組運行的水力系統(tǒng)是不是工作正常。全廠滲漏排水測控系統(tǒng)主要由安裝在集水井的液位測控裝置和水泵自動起停控制系統(tǒng)構(gòu)成。集水井液位控制系統(tǒng)量測設(shè)備選用多接點浮球水位測量儀和投入式液位變送器，當(dāng)浮球在不同位置時將有不一樣信號發(fā)送至水泵啟停控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)區(qū)分并做出是不是啟、停水泵或啟、停幾臺水泵。水電站消防系統(tǒng)主要包含氣體消防系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)，通過感溫、感煙設(shè)備，啟停相應(yīng)的消防設(shè)備。

3.1.2 機組運行狀態(tài)監(jiān)控

機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)控主要包含機組各部的軸承溫度、冷卻油溫、冷卻油槽油位、機組轉(zhuǎn)速等。機組各部軸承及油溫經(jīng)過鉑熱電阻測得實時溫度，自控體系對實時溫度與整定溫度進行比照分析，若到達(dá)整定報警溫度就顯示故障報警提醒值班人員，若到達(dá)停機溫度就直接啟動停機指令進行停機。冷卻油槽油位經(jīng)過機械的油位計或磁翻轉(zhuǎn)油位計對冷卻油位進行監(jiān)測，經(jīng)過油位計上的電子接點檢測油位是不是在正常范圍以內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)油位偏離正常整定位置，主動監(jiān)測體系就顯示油位反常的警告，提醒運轉(zhuǎn)值班人員檢查油位。機組轉(zhuǎn)速經(jīng)過安裝在機組上的旋轉(zhuǎn)編碼轉(zhuǎn)速測量儀來監(jiān)測機組的轉(zhuǎn)速，當(dāng)機組的轉(zhuǎn)速上升使PLC微機調(diào)速器不能及時調(diào)整到額定轉(zhuǎn)速且到達(dá)轉(zhuǎn)速報警點時，PLC微機調(diào)速器調(diào)速控制指令直接發(fā)布停機令使機組停機，維護機組的運行安全。

3.2 PLC微機調(diào)速系統(tǒng)的自動控制

PLC微機調(diào)速系統(tǒng)是水電站主動操控的核心體系，也是機電一體化技術(shù)在水電站的典型應(yīng)用之一，該系統(tǒng)會集使用了機械、機械液壓原理、自動控制、遠(yuǎn)程操控技術(shù)等；因為水力發(fā)電廠其啟動、停機時間短、效率高及功率調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點常被作為電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻機組使用，因此PLC微機調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)具有靈敏性、可靠性、調(diào)速連續(xù)性等要求。PLC微機調(diào)速系統(tǒng)在水電廠中經(jīng)過收集發(fā)電機頻率及電網(wǎng)功率調(diào)整水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速及有功功率，收集到的發(fā)電機頻率經(jīng)轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系公式n=60f/p（n為轉(zhuǎn)速，f為頻率，p為轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)）轉(zhuǎn)換為機組實際轉(zhuǎn)速，實際轉(zhuǎn)速與機組額定轉(zhuǎn)速相比較，若發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速不符，調(diào)速系統(tǒng)將依據(jù)轉(zhuǎn)速發(fā)布調(diào)速命令使其調(diào)速液壓體系開/關(guān)水輪機導(dǎo)水組織調(diào)整機組轉(zhuǎn)速。PLC微機調(diào)速系統(tǒng)在得到電網(wǎng)需求調(diào)整有功功率指令時在確保機組額定轉(zhuǎn)速的前提下，經(jīng)過調(diào)整水輪機導(dǎo)葉的開度來調(diào)整機組的有功功率。

3.3 壓縮空氣系統(tǒng)自動控制

水電站的空氣系統(tǒng)主要給機組的制動、密封及檢修提供壓縮空氣，機組正常運行中壓縮空氣需要一個穩(wěn)定的壓力來保證正常的生產(chǎn)用氣，電廠安裝有空氣壓縮機、儲氣罐及配套的自動控制系統(tǒng)，在儲氣罐上安裝有壓力變送器以及電接點壓力表等，自動控制系統(tǒng)根據(jù)壓力變送器及電接點壓力表測得的實時壓力值與整定的啟動與停止空氣壓縮機的壓力值進行比較，若實時壓力低于啟動壓縮機壓力就自動啟動壓縮機，當(dāng)壓力達(dá)到停機壓力時自動控制系統(tǒng)自動停止壓縮機。

4、水電站機電一體化集成

水電站的機電一體化技術(shù)主要運用在上述的系統(tǒng)中，這些自動控制系統(tǒng)通過集成構(gòu)成了水電站安全監(jiān)測與運行的自動控制系統(tǒng)，通過水電站的中央控制室的控制，使得分散的獨立運行的互不相關(guān)的系統(tǒng)成為一個整體，這些監(jiān)測與控制系統(tǒng)不僅可以獨立運行，同時還必須相互綜合利用才能充分發(fā)揮出機電一體化技術(shù)的優(yōu)勢。各個系統(tǒng)通過中央控制室的集成，不管哪一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障都將會影響整個自動控制系統(tǒng)的運行，其為電廠的安全平穩(wěn)運行提供了有力的監(jiān)測與自動控制保障。

5、結(jié)論

機電一體化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了社會的各個領(lǐng)域。這說明機電一體化技術(shù)也進入了高科技、高智能化的時代。機電一體化技術(shù)是科學(xué)發(fā)展的結(jié)晶，是生產(chǎn)力發(fā)展的必然結(jié)果。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展、不斷更新的條件下，機電一體化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用也會越來越寬廣，機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也會越來越迅速。

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