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【摘要】全球节能环保意识的不断加强，像煤等非再生资源开发速度逐步放缓，开发水能、风能等清洁能源已成为全球能源战略的主要目标。我国河流众多，所蕴藏的水能资源十分丰富，尤其是中小型水电资源的开发已成为我国能源结构重要组成部分。本文先阐述了水轮发电机组的相关概念，后对水电站升压站电气设备的保护进行了探讨分析。
【关键词】水轮机；发电机；自动化
二十一世纪是信息时代，随着科学技术的不断进步和自动化程度的日益提高，微机综合自动化在电力生产中得到了广泛的应用。但在我们青海，由于种种原因，经济还比较落后，科技不甚发达，微机综合自动化技术只在几个大型水电站得到应用，而在中小型水电站的应用受到了制约。1996年，随着国家西部大开发政策的实施，青海省有史以来最大的水利工程黑泉水库开工建设，其附属工程――黑泉水电站（宝库河一级站）也于2002年建成投运并网发电，而该电站微机综合自动化的应用，也是我省中小水电站的第一家，经过三年多的运行，已显现出了其优越性，结合该电站的实际情况，现就微机综合自动化在中小型水电站的应用问题作一浅析探讨。
一、水轮发电机组的相关概念
水轮发电机组采用微机综合自动化装置以实现对其进行微机保护、监控。达到以下要求：
1）提高水电站設备运行的可靠性；
2）保证水电站的电能质量和电网运行的稳定性；
3）加快水电站控制调节过程及设备的安全运行；
4）实现水电站的优化运行；
5）减轻运行人员的劳动强度，减少运行人员，提供减员增效的必要条件。
在水电站采用微机综合自动化装置可减轻运行人员的劳动，减少运行人员。但水电站的运行中、值班人员还必须在特定情况下进行必要的操作，对机组进行必要的调节，对设备进行必要的巡视检查，在中控室进行一定的监控，这就要求熟悉发电机监控单元（例如：EDCS-6310）、发电机主保单元（例如：EDCS-6320）、发电机辅保单元（例如EDCS-6330）和微机综合自动化装置系统的上位机操作说明书，PLC温度巡检仪性能以及辅助设备调速器、励磁系统、油水气等设备性能的了解，能对其进行操作、维护、管理。
二、水电站设备的保护
水电站设备的保护有：水电站机组的保护、水电站升压站电气设备的保护和厂用电的保护。
1.水电站机组的保护
水电站机组的保护分为电气保护和机械保护。
（1）电气保护
机组的电气保护是指发电机的电气保护，主要内容有：过电流保护、过负荷保护、过电压保护、欠电压保护、低频保护、差动保护、零序保护、负序保护、转子一点接地保护等。保护对象是发电机，对于不同的机组，保护的数量和种类是有差别的。
（2）机械保护
水轮发电机组的机械保护主要有：轴承温度过高、轴承油位过高、轴承油位过低、定子温度过高、技术供水中断、导叶剪断销剪断、机组过速等，保护对象是水轮发电机组。对于不同的机组，保护的数量和种类同样是有差别的。
2.水电站升压站电气设备的保护
水电站升压站电气设备的保护分为出线保护和主变压器保护，有的还有母线保护。
1）出线保护主要内容有：过电流保护、过负荷保护、过电压保护、欠电压保护、零序保护、负序保护等。保护对象为出线，对于不同的线路，保护的数量和种类是不同的。
2）主变压器保护主要内容有：差动保护、过电流保护、过电压保护、气体保护、温度过高保护等。保护对象为主变压器，对于不同的变压器，保护的数量和种类是不同的。
3.厂用电保护
交流厂用电的保护对象为厂用变压器，主要内容有：过电流保护、过负荷保护、过电压保护等。对于不同的厂用变压器保护是有差别的。厂用直流系统的保护对象为直流屏，主要内容有：直流系统接地、充电机故障等，对于不同的直流系统，保护是有差别的。
三、水轮发电机组的开机
不论采用常规自动控制设备或采用计算机监控设备来控制水轮发电机组，水轮发电机的控制过程基本是不变的，只不过实现的设备各有差异而已。
1.开机条件
1）发电机断路器在跳闸位置，断路器合闸位置继电器的动合触点在断开位置。
2）发电机制动闸内无风压，制动闸在落下位置，制动闸位置开关在断开位置。
3）水轮发电机组无事故、故障。紧急停机按钮没有按下；发电机灭磁开关在跳闸位置，灭磁开关动合辅助触头在断开位置；水轮机导水机构剪断销正常，剪断销信号器的动合触点在断开位置；机组轴承、绕组温度正常，温度信号器的动合触点在断开位置；各轴承的油位正常，液位信号器的动合触点在断开位置；调速器油压正常，油压偏低、事故低油压压力信号器的动合触点在断开位置；发电机励磁风机运行，励磁风机接触器的动合辅助触点在闭合位置；发电机无电气事故，发电机电气事故出口继电器的动合触点在断开位置，也就是说发电机差动继电器、复合电压过电流继电器、过电压继电器、发电机失磁继电器、发电机过负荷继电器、转子一点接地继电器、发电机电压互感器TV断线监视继电器、发电机电流互感器TA断线监视继电器等的动合触点在断开位置；主变压器无事故，事故出口继电器的动合触点在断开位置。
2.开机操作
当上述开机条件满足后，开机准备信号发出。开机操作过程如下。
1）蝶阀开启
a.开机联动开启蝶阀
操作开停机控制开关，将控制开关拧向开机方向，其触点1、2接通。首先检测蝶阀启闭位置，若蝶阀全关限位开关的动合触点闭合，则表明蝶阀在关闭位置，主机先联动开启蝶阀，蝶阀开启中间继电器动作，向蝶阀开启回路发出开启命令，蝶阀开启中间继电器由主机经一定延时后动作复归；在蝶阀开启过程中，蝶阀开启位置信号灯闪烁；当蝶阀开启后，蝶阀全关限位开关的动合触点断开，蝶阀关闭位置信号灯熄灭；当蝶阀到达全开位置时，蝶阀全开限位开关的动合触点闭合，蝶阀开启位置信号灯为平光点亮。 b.直接操作开启蝶阀
开启蝶阀的另一种方法，就是不采用开机联动开启蝶阀，在把开停机控制开关拧向开机方向前，在蝶阀就地控制柜或机旁屏操作蝶阀启闭控制开关，先把蝶阀开启。如在机旁屏上操作蝶阀启闭控制开关，把控制开关拧向蝶阀开启方向，其触点1、2接通，主机控制蝶阀开启中间继电器动作，向蝶阀开启回路发出开启命令，蝶阀开启中间继电器由主机经一定延时后动作复归；在蝶阀开启过程中，蝶阀开启位置信号灯闪烁；当蝶阀开启后，蝶阀全关限位开关的动合触点断开，蝶阀关闭位置信号灯熄灭；当蝶阀到达全开位置时，蝶阀全开限位开关的动合触点闭合，蝶阀开启位置信号灯为平光点亮。
2）投技术供水
当机组开停机控制开关拧向开机方向，蝶阀已开启，主机检测蝶阀全开限位开关的动合触点闭合，蝶阀开启位置信号灯点亮。则主机继续检测上导轴承冷却水、推力轴承冷却水、主轴密封水等的示流信号器的动合触点，若这些动合触点没有闭合，则表明技术供水未投入，主机开机联动投技术供水，投技术供水中间继电器动作，若投切技术供水的电磁阀为瞬时通电型的，则由主机经一定的延时后复归；当技术供水投入后，使得上导轴承冷却水、推力轴承冷却水、主轴密封水等的示流信号器的动合触点闭合。
3）合发电机灭磁开关
主机控制合发电机灭磁开关中间继电器动作，接通灭磁开关合闸回路，灭磁开关合闸，灭磁开关动合辅助触点闭合。
4）开水轮机导叶
采用机械液压或电气液压调速器的机组，可以取消开机继电器和停机继电器。主机控制调速器开度限制增加中间继电器动作，调速器开度限制开至空载位置，开度限制空载位置开关的动合触点闭合；主机控制导叶开度增加中间继电器动作，水轮机导叶开至空载开度，导叶空载开度位置开关的动合触点闭合；水轮发电机组随着导叶的开启而起动旋转。在开机过程中，主机控制开机继电器动作，向微机调速器发出开机命令，微机调速器自动开启导叶开度限制和导叶至空载位置，水轮机导叶开至空载开度，导叶空载开度位置开关的动合触点闭合；水轮发电机组随着导叶的开启而起动旋转。
5）起励
水轮发电机组起动后逐渐加速，当转速信号器中表示80%额定转速的动合触点闭合，机组的转速达到80%额定转速时，发电机的电压还没有建立，主机控制起励中间继电器动作，接通发电机的起励回路，使发电机建压。
6）自动准同期并网
在开机前或开机过程中，操作自动投切自动准同期装置，当机组转速达到95%额定转速的动合触点闭合，主机控制投自动准同期装置的中间继电器动作，把自动准同期装置投入运行，自动准同期装置自动调节机组的频率和电压，当达到准同期条件时，自动准同期装置发出合闸命令，发电机机端断路器合闸，断路器合闸位置继电器的动合触点闭合，中间继电器动作，退出自动准同期装置。
对于机械液压或电气液压调速器采讲，发电机断路器合闸后，主机将把调速器导叶开度限制打开至全开位置，主机控制调速器开度限制增中间继电器动作，当导叶开度限制打开至全开位置时，导叶开度限制全开位置开关动合触点闭合。
当自动投切自动准同期装置选择开关在断开位置时，即使机组转速达到95%额定转速时，主机也不把自动准同期装置投入运行，则机组不能通过自动准同期裝置并网，但是可以通过运行人员参质MZ-10同期表指示，由手动准同期并网。若机组不需并网，可以不进行同期操作，水轮发电机组由调速器和励磁装置调节机组的频率和电压，使机组在空载状态下运行。
7）发电运行
当机组转速达到95%NH时，由主机命令励磁系统开始起励程序操作（或人工控制起励过程）在接近额定电压，发出同期合闸命令，经检同期（检无压）自动并网。
8）机组有功功率和无功功率给定（或功率因数给定）
9）开机未完成
当开机命令发出经过一定的时间后，机组还没有完成开机过程，主机就控制机组故障继电器和机组故障保持继电器动作，主系统送去机组开停机未完成信号。
四、结论
根据电站的实际情况，并借鉴其它站的经验教训，扬长避短，其设计理念符合微机综合自动化发展趋势，采用了国际通用标准，系统配置合理，功能完备，所选设备先进，不仅可以满足电站目前运行的控制、监视、测量和报警等要求，也为电站今后发展留有余地，有很好的灵活性、兼容性、扩充性和互换性，同时，无需另设其它远动设备，完全满足遥测、遥控、遥信、遥调和少人值守的需要，对各种外围设备能进行实时在线的诊断和自诊断，从而保证自动化系统长期稳定的工作。
参考文献
[1]白诚礼，李小弘，程平民.对水电站水轮机调速器的调试与维护研究[J].供电局出版社，2010（06）.
[2]陆平庆，程小川，李小赖.水电站水轮机调速器的日常维护工作[J].山东大学出版社，2011（07）.
[3]李小平，张国龙，王小红.水电站水轮机调速器的调试与维护浅析[J].电站信息平台，2011（01）.
[4]江梦梦，余杰杰，李俏原.关于水电站水轮机检修工作存在的问题研究[J].供电局出版社，2011（03）.
[5]李姚依，吴邦国，吴艳珍.水电站水轮机检修的日常工作研究[J].山东大学出版社，2011（06）.
[6]陶夺手，张少右，王胆中.水电站水轮机检修工作现状与技术浅析[J].电站信息平台，2012（10）.
作者简介：潘薇（1981—），江苏南京人，2011年毕业于南京工程学院电气工程及其自动化专业，学士，现供职于南京河海南自水电自动化有限公司，研究方向：水利水电自动化设备。
【关键词】水轮机；发电机；自动化
二十一世纪是信息时代，随着科学技术的不断进步和自动化程度的日益提高，微机综合自动化在电力生产中得到了广泛的应用。但在我们青海，由于种种原因，经济还比较落后，科技不甚发达，微机综合自动化技术只在几个大型水电站得到应用，而在中小型水电站的应用受到了制约。1996年，随着国家西部大开发政策的实施，青海省有史以来最大的水利工程黑泉水库开工建设，其附属工程――黑泉水电站（宝库河一级站）也于2002年建成投运并网发电，而该电站微机综合自动化的应用，也是我省中小水电站的第一家，经过三年多的运行，已显现出了其优越性，结合该电站的实际情况，现就微机综合自动化在中小型水电站的应用问题作一浅析探讨。
一、水轮发电机组的相关概念
水轮发电机组采用微机综合自动化装置以实现对其进行微机保护、监控。达到以下要求：
1）提高水电站設备运行的可靠性；
2）保证水电站的电能质量和电网运行的稳定性；
3）加快水电站控制调节过程及设备的安全运行；
4）实现水电站的优化运行；
5）减轻运行人员的劳动强度，减少运行人员，提供减员增效的必要条件。
在水电站采用微机综合自动化装置可减轻运行人员的劳动，减少运行人员。但水电站的运行中、值班人员还必须在特定情况下进行必要的操作，对机组进行必要的调节，对设备进行必要的巡视检查，在中控室进行一定的监控，这就要求熟悉发电机监控单元（例如：EDCS-6310）、发电机主保单元（例如：EDCS-6320）、发电机辅保单元（例如EDCS-6330）和微机综合自动化装置系统的上位机操作说明书，PLC温度巡检仪性能以及辅助设备调速器、励磁系统、油水气等设备性能的了解，能对其进行操作、维护、管理。
二、水电站设备的保护
水电站设备的保护有：水电站机组的保护、水电站升压站电气设备的保护和厂用电的保护。
1.水电站机组的保护
水电站机组的保护分为电气保护和机械保护。
（1）电气保护
机组的电气保护是指发电机的电气保护，主要内容有：过电流保护、过负荷保护、过电压保护、欠电压保护、低频保护、差动保护、零序保护、负序保护、转子一点接地保护等。保护对象是发电机，对于不同的机组，保护的数量和种类是有差别的。
（2）机械保护
水轮发电机组的机械保护主要有：轴承温度过高、轴承油位过高、轴承油位过低、定子温度过高、技术供水中断、导叶剪断销剪断、机组过速等，保护对象是水轮发电机组。对于不同的机组，保护的数量和种类同样是有差别的。
2.水电站升压站电气设备的保护
水电站升压站电气设备的保护分为出线保护和主变压器保护，有的还有母线保护。
1）出线保护主要内容有：过电流保护、过负荷保护、过电压保护、欠电压保护、零序保护、负序保护等。保护对象为出线，对于不同的线路，保护的数量和种类是不同的。
2）主变压器保护主要内容有：差动保护、过电流保护、过电压保护、气体保护、温度过高保护等。保护对象为主变压器，对于不同的变压器，保护的数量和种类是不同的。
3.厂用电保护
交流厂用电的保护对象为厂用变压器，主要内容有：过电流保护、过负荷保护、过电压保护等。对于不同的厂用变压器保护是有差别的。厂用直流系统的保护对象为直流屏，主要内容有：直流系统接地、充电机故障等，对于不同的直流系统，保护是有差别的。
三、水轮发电机组的开机
不论采用常规自动控制设备或采用计算机监控设备来控制水轮发电机组，水轮发电机的控制过程基本是不变的，只不过实现的设备各有差异而已。
1.开机条件
1）发电机断路器在跳闸位置，断路器合闸位置继电器的动合触点在断开位置。
2）发电机制动闸内无风压，制动闸在落下位置，制动闸位置开关在断开位置。
3）水轮发电机组无事故、故障。紧急停机按钮没有按下；发电机灭磁开关在跳闸位置，灭磁开关动合辅助触头在断开位置；水轮机导水机构剪断销正常，剪断销信号器的动合触点在断开位置；机组轴承、绕组温度正常，温度信号器的动合触点在断开位置；各轴承的油位正常，液位信号器的动合触点在断开位置；调速器油压正常，油压偏低、事故低油压压力信号器的动合触点在断开位置；发电机励磁风机运行，励磁风机接触器的动合辅助触点在闭合位置；发电机无电气事故，发电机电气事故出口继电器的动合触点在断开位置，也就是说发电机差动继电器、复合电压过电流继电器、过电压继电器、发电机失磁继电器、发电机过负荷继电器、转子一点接地继电器、发电机电压互感器TV断线监视继电器、发电机电流互感器TA断线监视继电器等的动合触点在断开位置；主变压器无事故，事故出口继电器的动合触点在断开位置。
2.开机操作
当上述开机条件满足后，开机准备信号发出。开机操作过程如下。
1）蝶阀开启
a.开机联动开启蝶阀
操作开停机控制开关，将控制开关拧向开机方向，其触点1、2接通。首先检测蝶阀启闭位置，若蝶阀全关限位开关的动合触点闭合，则表明蝶阀在关闭位置，主机先联动开启蝶阀，蝶阀开启中间继电器动作，向蝶阀开启回路发出开启命令，蝶阀开启中间继电器由主机经一定延时后动作复归；在蝶阀开启过程中，蝶阀开启位置信号灯闪烁；当蝶阀开启后，蝶阀全关限位开关的动合触点断开，蝶阀关闭位置信号灯熄灭；当蝶阀到达全开位置时，蝶阀全开限位开关的动合触点闭合，蝶阀开启位置信号灯为平光点亮。 b.直接操作开启蝶阀
开启蝶阀的另一种方法，就是不采用开机联动开启蝶阀，在把开停机控制开关拧向开机方向前，在蝶阀就地控制柜或机旁屏操作蝶阀启闭控制开关，先把蝶阀开启。如在机旁屏上操作蝶阀启闭控制开关，把控制开关拧向蝶阀开启方向，其触点1、2接通，主机控制蝶阀开启中间继电器动作，向蝶阀开启回路发出开启命令，蝶阀开启中间继电器由主机经一定延时后动作复归；在蝶阀开启过程中，蝶阀开启位置信号灯闪烁；当蝶阀开启后，蝶阀全关限位开关的动合触点断开，蝶阀关闭位置信号灯熄灭；当蝶阀到达全开位置时，蝶阀全开限位开关的动合触点闭合，蝶阀开启位置信号灯为平光点亮。
2）投技术供水
当机组开停机控制开关拧向开机方向，蝶阀已开启，主机检测蝶阀全开限位开关的动合触点闭合，蝶阀开启位置信号灯点亮。则主机继续检测上导轴承冷却水、推力轴承冷却水、主轴密封水等的示流信号器的动合触点，若这些动合触点没有闭合，则表明技术供水未投入，主机开机联动投技术供水，投技术供水中间继电器动作，若投切技术供水的电磁阀为瞬时通电型的，则由主机经一定的延时后复归；当技术供水投入后，使得上导轴承冷却水、推力轴承冷却水、主轴密封水等的示流信号器的动合触点闭合。
3）合发电机灭磁开关
主机控制合发电机灭磁开关中间继电器动作，接通灭磁开关合闸回路，灭磁开关合闸，灭磁开关动合辅助触点闭合。
4）开水轮机导叶
采用机械液压或电气液压调速器的机组，可以取消开机继电器和停机继电器。主机控制调速器开度限制增加中间继电器动作，调速器开度限制开至空载位置，开度限制空载位置开关的动合触点闭合；主机控制导叶开度增加中间继电器动作，水轮机导叶开至空载开度，导叶空载开度位置开关的动合触点闭合；水轮发电机组随着导叶的开启而起动旋转。在开机过程中，主机控制开机继电器动作，向微机调速器发出开机命令，微机调速器自动开启导叶开度限制和导叶至空载位置，水轮机导叶开至空载开度，导叶空载开度位置开关的动合触点闭合；水轮发电机组随着导叶的开启而起动旋转。
5）起励
水轮发电机组起动后逐渐加速，当转速信号器中表示80%额定转速的动合触点闭合，机组的转速达到80%额定转速时，发电机的电压还没有建立，主机控制起励中间继电器动作，接通发电机的起励回路，使发电机建压。
6）自动准同期并网
在开机前或开机过程中，操作自动投切自动准同期装置，当机组转速达到95%额定转速的动合触点闭合，主机控制投自动准同期装置的中间继电器动作，把自动准同期装置投入运行，自动准同期装置自动调节机组的频率和电压，当达到准同期条件时，自动准同期装置发出合闸命令，发电机机端断路器合闸，断路器合闸位置继电器的动合触点闭合，中间继电器动作，退出自动准同期装置。
对于机械液压或电气液压调速器采讲，发电机断路器合闸后，主机将把调速器导叶开度限制打开至全开位置，主机控制调速器开度限制增中间继电器动作，当导叶开度限制打开至全开位置时，导叶开度限制全开位置开关动合触点闭合。
当自动投切自动准同期装置选择开关在断开位置时，即使机组转速达到95%额定转速时，主机也不把自动准同期装置投入运行，则机组不能通过自动准同期裝置并网，但是可以通过运行人员参质MZ-10同期表指示，由手动准同期并网。若机组不需并网，可以不进行同期操作，水轮发电机组由调速器和励磁装置调节机组的频率和电压，使机组在空载状态下运行。
7）发电运行
当机组转速达到95%NH时，由主机命令励磁系统开始起励程序操作（或人工控制起励过程）在接近额定电压，发出同期合闸命令，经检同期（检无压）自动并网。
8）机组有功功率和无功功率给定（或功率因数给定）
9）开机未完成
当开机命令发出经过一定的时间后，机组还没有完成开机过程，主机就控制机组故障继电器和机组故障保持继电器动作，主系统送去机组开停机未完成信号。
四、结论
根据电站的实际情况，并借鉴其它站的经验教训，扬长避短，其设计理念符合微机综合自动化发展趋势，采用了国际通用标准，系统配置合理，功能完备，所选设备先进，不仅可以满足电站目前运行的控制、监视、测量和报警等要求，也为电站今后发展留有余地，有很好的灵活性、兼容性、扩充性和互换性，同时，无需另设其它远动设备，完全满足遥测、遥控、遥信、遥调和少人值守的需要，对各种外围设备能进行实时在线的诊断和自诊断，从而保证自动化系统长期稳定的工作。
参考文献
[1]白诚礼，李小弘，程平民.对水电站水轮机调速器的调试与维护研究[J].供电局出版社，2010（06）.
[2]陆平庆，程小川，李小赖.水电站水轮机调速器的日常维护工作[J].山东大学出版社，2011（07）.
[3]李小平，张国龙，王小红.水电站水轮机调速器的调试与维护浅析[J].电站信息平台，2011（01）.
[4]江梦梦，余杰杰，李俏原.关于水电站水轮机检修工作存在的问题研究[J].供电局出版社，2011（03）.
[5]李姚依，吴邦国，吴艳珍.水电站水轮机检修的日常工作研究[J].山东大学出版社，2011（06）.
[6]陶夺手，张少右，王胆中.水电站水轮机检修工作现状与技术浅析[J].电站信息平台，2012（10）.
作者简介：潘薇（1981—），江苏南京人，2011年毕业于南京工程学院电气工程及其自动化专业，学士，现供职于南京河海南自水电自动化有限公司，研究方向：水利水电自动化设备。