提高水電站設備運行穩定性的技術創新應用

林建興++陳厚珍++林真

[摘 要]水電站設備的運行穩定性直接關系整個電網系統供電穩定性，為提高水電站設備運行穩定性，本文從現場實際設備運行情況出發，簡要介紹當前本公司所管轄電站為提高設備運行穩定性所進行技術改革創新，同時為出現類似情況的水電站提供一種借鑒。

[關鍵詞]水電站設備 運行穩定性 技術改革創新

中圖分類號：TV547.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）12-0033-01

隨著經濟的快速發展，電網系統負荷的波動性也隨之增大，水電站在維持整個電網系統穩定性起到的作用越來越大。然而水電站設備在運行過程中本身存在不穩定的因素，為保證水電站能夠更好的維持電網系統的穩定可靠性，應有效的提高水電站設備運行穩定性[1]。根據本公司所管轄電站設備的實際運行情況，本文介紹幾個為提高水電站設備穩定性而所提出的改革創新應用范例。

一、基于PLC的機組測溫裝置開發應用

水電站機組溫度測量系統是監測推力及各導軸承運行狀態的主要手段，系統控制直接作用于機組水機保護使得機組動作停機，測溫系統屬于機組的關鍵測控裝置，其運行情況直接影響發電機組是否能夠安全運行。測溫系統一旦發生故障，嚴重時可造成機組事故停機，對機組壽命及電網安全都會造成不可估量影響[2]。目前本公司管轄的電站采用48路溫度巡檢器加12路單點測溫表組成，每路接入不同的熱電阻，有兩路信號出口，當機組瓦溫升高時，熱感電阻阻值增大，模擬量信號改變，測溫巡檢儀根據模擬信號的改變判斷機組瓦溫，根據定值發告警信號或出口事故停機。運行中測溫系統誤報故障頻繁，運行維護較困難，一直困擾著電廠運行人員和檢修人員，定制的儀表擴展性差，輸入、輸出校準，參數整定操作復雜；價格高，備品備件采購困難。為解決以上各種難題，提出開發基于通用硬件設備的測溫裝置。

隨著電子技術發展PLC價格大幅下降，并且PLC高運行可靠性及靈活組態定制可較好滿足現場要求，目前單路溫度采集價格僅幾百元，有較好性價比。基于PLC的機組測溫裝置采用PLC與觸摸屏組成溫度測控裝置，開發PLC程序、觸摸屏程序以及上位機驅動程序。開發研究系統關鍵部件及軟件，在所在電站安裝投運后，系統運行后情況良好，數據準確，響應速度快，在監視報警、綜合計算、信號輸出等各方面滿足電站的運行要求，取得了很好的效果，極大提高了水電站運行穩定性，有較高的推廣價值。

二、水輪機主閥電磁閥控制回路優化

水輪機主閥具有為機組提供安全工作條件，在機組停機時減少機組漏水量，以及當機組或調速器發生故障時防止機組飛逸事故的擴大等重要作用。如此重要一道保護裝置，本公司所管轄的水東電站主閥都是通過Rexroth電磁閥控制液路系統的通斷以及改變液流方向來實現主閥開啟和關閉。近幾年，主閥保護控制和兩套油壓裝置運行良好，能夠正常的開啟關閉主閥，但出現過兩次主閥電磁閥控制回路電路燒毀情況，導致機組LCU出現故障。經過仔細檢查分析回路是否存在串路或電路搭接錯誤現象，并沒有找到根本原因，接著對該控制回路各元件進行分析，通過示波器測量發現，現有電氣控制回路，由監控系統LCU繼電器開出直接控制電磁閥線圈，小型繼電器動作快速，斷開電磁閥線圈瞬間，Rexroth電磁閥產生的反向電壓使得電氣控制回路產生很高的操作電壓，導致運行維護中出現控制繼電器電路板被擊穿燒毀，引起主閥拒動。

Rexroth電磁閥在斷電瞬間產生的反向電壓的原因，電磁閥的工作原理是對線圈通電產生電磁力將閥體內關閉元件從閥座提起，斷電電磁力消失由彈簧將關閉件壓在閥座上，然而在斷電瞬間，電感性負載使得線圈會產生很高的反電勢，形成反向電壓對控制回路進行沖擊。通過示波器測量發現反向電壓最高峰值發生在剛斷電瞬間，電流下降的速度（每秒安培）= 該反向電壓（伏）÷ 線圈電感量（亨利），從這個公式里可知，反向電壓越高，電流下降越快，即：消磁時間越短，并且電感上電流不會突變，因此我們提出在：用續流二級管反向在并電磁閥線圈上，對電磁閥控制回路進行簡單的優化。通過加裝續流二級管有效抑制最高反沖電壓，經實驗達到預期效果。

主閥電磁閥控制回路優化，解決主閥電磁閥控制回路電路板燒毀嚴重缺陷，杜絕安全隱患的發生，提高整個電廠應對緊急事故的快速處理能力，保障機組穩定安全的運行。該回路的優化不僅僅只是解決電路板受到反向沖擊電壓燒毀，而且可以有效解決反向電壓對直流220V系統的影響，長期受到反向高電壓的沖擊，直流系統電池壽命將大大縮短，影響直流系統對整個電廠控制、信號、繼電保護、自動裝置及事故照明提供可靠的直流電源。

三、水輪發電機機組PQ調節功能完善

本公司管轄水東電站計算機監控系統采用NARI公司的NC2000系統，PQ調節由上位機設定目標值至現地LCU，由現地LCU根據給定值執行PID閉環調節。PID閉環調節程序有嚴格的條件判斷，如出現傳感器故障、超調、越限、變化過大等異常將自動退出調節。日常運行中出現由于系統波動原因，機組PQ超出設定范圍，此時調節自動退出且無法再次投入，只能由運行人員到現地機旁控制柜調節，不利于故障、事故快速處理。因此很有必要對PQ調節功能進行改進完善。

現PID調節程序在現場運行多年，可靠穩定，不修改PID程序采取另外增加單步調節方式，作為異常時的調節補充。計算機監控上位機增加發單步調節控制令給LCU，由LCU經過相關條件判斷，直接驅動開出繼電器，對負荷一定范圍調整，以實現在PID功率調節退出時實現在中控室可調整負荷。

四、小結

水電站作為重要的清潔能源之一，目前在電網系統中占據著無可替代的地位，為保證水電站能夠為電網系統穩定性發揮更大作用，提高水電站運行穩定性是唯一的突破口。新的科學技術不斷發展，本文作者根據所管轄設備自身存在缺點利用現有的技術進行改革創新應用，提高整個水電站設備運行穩定性。

參考文獻：

[1] 周國洪.水電站水輪機穩定運行技術措施分析[J].陜西水利.2014（1）：157-158.

[2] 韋彝.水電站監控系統的應用及發展趨勢研究[J].大科技.2014（12）：91.

作者簡介：

林建興（1989.04-），男，福建泉州，福州大學，機械設計制造及其自動化，水電廠自動化；

陳厚珍（1977.04-），男，福建尤溪，東北電力學院，管理信息系統 ，水電廠自動化；

林真（1986.03-），女，三明尤溪，中原工學院，電力工程及其自動化，水電廠自動化。