WPET8000低壓機組化綜合控制系統在三河閘水電站的應用

【摘要】介紹了WPET8000低壓機組化綜合控制系統的構成和功能，以及在三河閘水電站自動化改造中的應用。

【關鍵詞】三河閘水電站；綜合控制系統；勵磁調節；發電機保護；調速器；自動準同期

1 引言

我國是水能資源十分豐富的國家，可開發水能資源居世界第一位，在所有建成的水電站中，小水電站占據了很大的比例。對小水電供電質量、穩定性、可靠性提出了新的要求，小水電采用自動控制系統，實現無人值班或少人值班是技術發展趨勢，正是基于這種趨勢，三河閘水電站對機組進行了改造，選用了極高性價比的WPET8000低壓機組化綜合控制系統。

2 工程概況

三河閘是淮河下游入江水道的控制口門，是淮河流域性骨干工程。它是建國初期我國自行設計自行施工的大型水閘。三河閘工程的建成，極大地減輕了淮河下游的防洪壓力，保證里下河地區不再受到淮河洪水災害之苦。

三河閘水電站興建于1972年，利用左、右岸墻空箱各安裝一臺小型水輪發電機組，分別于2013年、2015年對機組進行了升級改造，目前每臺裝機容量為200kw，水輪機型號ZDT03-LM-120，為發電機型號為SF200-20/990，控制系統為WPET8000低壓機組化綜合控制系統。

3 WPET8000低壓機組化綜合控制系統的構成

目前小水電站低壓機組的自動化設備大約可劃為三類。第一類配置較高，基本采用高壓機組的配置模式。第二類配置最簡單，此裝置具有簡單的調頻功能、甩負荷自動關機功能、按水位調節有功的功能、半自動同期功能等。但是由于不能調節勵磁，不能控制無功，并且不能進行編程和順序控制。第三類配置，采用8位或16普通單片機，以功能儀表的方式組合，只能做到微機保護的部分功能，如自同期數字儀表，勵磁調節數字儀表、調功數字儀表等組成。

WPET8000低壓機組化綜合控制系統可歸納為：高壓機組的配置，低壓機組的價格，技術含量高，集成度高，含微機自動準同期功能、勵磁調節功能、微機保護功能、調速功能、調有功/無功功能（AVQC）、測溫制動等。系統采用完全新的設計理念，建立DSP設計平臺，2*32位的DSP處理器，19〞的標準機箱，5U高，插板式結構。一個屏柜包含了整個系統，上部有勵磁部件，中部是19〞的標準機箱和大屏幕點陣液晶160*128屏，下部是交直流電源等系統的引線端。屏柜前后開門，整個結構緊湊、合理、維護方便。機箱有12個插槽：電源單元1個、DSP處理單元2個、勵磁控制（PWM）單元1個、交流采樣單元1個、直流采樣單元1個、開關量輸出單元2個和開關量輸入單元4個。

4 WPET8000低壓機組化綜合控制系統的功能實現

4.1勵磁調節功能

要使發電機穩定的運行，發電機勵磁系統的性能是關鍵。在系統中，勵磁調節有專用的32位DSP處理器承擔控制與運算任務。信號采樣為交流采樣，提高了信號測量的準確性和有效性，通過控制算法能實時有效地對發電機的參數進行動態調節。同時，對勵磁的接地保護等功能。為實現機組自動控制，要求勵磁調節至少具有以下功能：自動起勵、電壓調節帶有遠動增減，帶有增、減按鈕、帶有勵磁開關。

系統采用可控硅自并激勵磁方式。它具有調節范圍寬、電壓和無功調整方便、反應速度快等特點，將取代老式的勵磁機、三次諧波、電抗分流、相復勵等勵磁方式，特別對于需要上網的小型發電機組尤為迫切，因為可控硅勵磁可以克服老式勵磁的上網困難、無功發不足所造成的經濟損失問題，對提高電站經濟效益有明顯的作用，因此也吸引著老電站的更新改造。

調差功能是為了并列運行機組的合理分配無功而設置的。起勵采用殘壓起勵和它勵起勵。殘壓起勵不需要外設輔助電源，它是通過起勵開關投入，利用機組殘壓（約1.5%）直接經半波整流加入轉子。它勵起勵為當機組失磁時可通過它勵起勵充磁并起勵。利用外部廠用電源AC220V經半波整流后加入轉子，使裝置起勵。

機組需要停機時的使轉子能量盡快釋放所采取的措施稱為滅磁。滅磁方式很多，根據目前先進的滅磁方式，系統設計采用的最佳方式為逆變滅磁或線性電阻，通過調節可控硅使轉子能量較塊地消失。滅磁時間短而安全可靠。

發電機并網后，勵磁調整主要是調整無功功率，一般不希望功率因數太低（調相運行除外）和勵磁電流超過額定值。

4.2發電機保護功能

發電機的保護也是系統的重要組成部分，使用32位DSP處理器作為控制核心。保護可通過網絡或485通訊接口與其他設備連接。具有記憶最新8套故障波形，記錄故障前2個周波，故障后4個周波，可在裝置上查看、顯示故障波數據，進行故障分析，也可上傳當地監控或調度和“四遙”功能。中文漢化液晶顯示，人機界面友善，操作方便。 保護可通過液晶屏設定需要保護的各種參數值，包括時間、頻率、電流等等，靈活性和可靠性于一體。其數據通過通訊接口上傳到上位機或中控室。

4.3調速器電氣控制功能

水輪機的調速，可根據機組頻率和網頻的情況，控制導水機構的開度。主要功能是測量機組和電網的頻率，按PID規律對頻差進行運算，產生具有PID規律的調節信號，實現頻率、開度和功率多種調節模式，實現開停機操作和電氣開限等功能。

1）液壓隨動系統：其功能是將DSP的輸出電氣信號，通過數字閥及油缸成比例地轉換機械位移信號；推動水輪機導水葉機構運動，控制進入水輪機水量，實現對轉速和負載的調節，是調速器的執行機構。

2）壓力油源：它由油泵、電機、皮囊式蓄能器組成。是調速器的壓力油源，與常規調速器的油壓裝置不同，不僅油壓高，而且油與氣分離的。

4.4自動準同期功能

發電機組并網需對機組、電網的頻率、電壓、相位進行交流的測量，在達到一定的條件時才能進行，否則，會造成沖擊電流過大，并列點的電網電壓瞬間下降可造成機組的損壞。系統對電網和機組的頻率、電壓、相位進行交流采樣測量，根據偏差的情況進行調節，控制合閘時間。

5 WPET8000低壓機組化綜合控制系統的實施效果

WPET8000低壓機組化綜合控制系統在三河閘水電站投入運行以來，該系統一直運行，在創造可觀經濟效益的同時，該系統減少了值班人員的數量，減輕了值班和管理人員的工作強度。值班人員由以前的每班5人減少到每班3人，而且不需要手動操作，實現一鍵開機、停機，結束了原先手動調節調速器及手動并網時間長的歷史。

6 結語

WPET8000低壓機組自動化綜合控制系統，涉及小水電站的機斷電壓在400V，功率小于等于800KW的水輪機、發電機的自動化控制。綜合了調速器的控制、勵磁調節與控制、發電機的保護、自動準同期的并網控制、網絡通訊等，對整個小水電設備進行自動化控制。系統設計完成順控、測量、操作、調整等主要任務和有功和無功的自動調節，提供交、直流二種操作電源供用戶自由選擇。由于從根本上解決了低壓機組水電站數據采集和操作控制的重復現象發生，使設備可靠性的提高和成本的降低成為可能。三河閘水電站改造成功的經驗，對其他類似小水電站的改造具有借鑒作用，在新建電站中也可廣泛采用。

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