机电一体化技术在水电站中的应用分析

赵锐

摘要：当前机电一体化技术在很多领域中都得到了广泛的应用，用于水电站工程中，能够实现真正的“无人值守，少人值班”的自动化控制。因此，在科学技术高速发展的今天，针对水电站工程中机电一体化技术进行研究，是促进水电工程自动化发展的关键。本文结合个人工作实践对机电一体化技术的应用进行探讨，对于我国电力事业的发展具有深远的意义。

关键词：水电站；机电一体化；技术

近年来，我国电力企业不断深入企业内部改革，无论是管理水平还是技术水平都有了很大提升。由于传统的操控方法已经无法适应当前时代的发展，机电一体化技术的应用越来越广泛，使得水电站管理水平上升了一个台阶。

一、机电一体化技术的概述

机电一体化是机械设备和电子技术融合后的统称，机电一体化深入应用于机械设备可以使机械设备在性能控制和信息处理等各方面更加智能化、自动化。机电一体化作为一项机械系统技术，其基础就是机械电子技术、计算机技术以及自动化技术等现代化技术的综合。目前，机电一体化已经有很强的系统性和相对独立性，很大一部分的职业院校把机电一体化技术作为一门新兴学科进行教学，培养出许多的高素质的机电一体化方面的技术性、应用型人才，为我国工业技术的发展做出了很大的贡献。

随着我国在应用技术方面的快速发展，机电一体化技术已经渐渐的从初步的应用阶段发展到对智能技术的应用阶段，尤其是在水电站管理中，机电一体化技术在很大程度上促进了水电事业的发展，提升了电力企业的管理水平。近年来，我国加强了对集成电路和计算机技术的发展力度，机电一体化技术也随之步入快速发展时期，在水电站管理方面将会发挥更加重要的作用。

二、水电站机电一体化应用部位

1.水电站水文水系统监测

水电站中的水文水系统监测主要由水文监测、技术供排水和消防用水3部分组成。水文监测利用安装在水电站上下游的投入式液位计测量上下游水位，通过液位变送器传至控制室；利用压差变送器，将安装在机组压力管道进口和尾水出口的压力测量管道连通测出上下游水位的净高差，并通过压差变送器传输至控制室。技术供排水测控由机组运行的供排水系统和全厂渗漏排水系统组成。用于机组运行的供排水系统的测控，压力通过安装在供水管道上的电接点压力表控制，流量通过安装在管道上的管道式流量测控仪测量，将2种测量装置测得的数据通过变送器传至控制室，控制室值班人员通过测控数据判断用于机组的水系统是否运行正常。全厂渗漏排水测控系统主要由安装在集水井的液位变化测控系统和水泵自动起停控制系统组成。集水井液位控制系统目前主要采用多接点浮球水位测量仪，当浮球通过测量仪的不同位置时将有不同信号发送至水泵起停控制系统，由该系统判断并做出是否启、停水泵或启、停几台水泵。同时全厂渗漏排水系统还安装有投入式液位变送器将液位信息传送至控制室，为值班人员提供数据以备水泵自动起停系统发生故障时手动起停排水泵，避免造成损失。水电站消防系统主要包括气体消防系统和水系消防系统，其中水系消防系统主要用于主变压器及机组定子的消防，当主变压器或机组定子有消防要求时通过消防报警系统控制消防水泵的起停及消防雨淋阀组的起停。

2.机组运行状态监控

机组运行状态监控主要包括机组各部的轴承温度、冷却油温、冷却油槽油位、机组转速。机组各部轴承及油温通过热铂电阻测得实时温度，自控系统对实时温度与整定温度进行对比分析，若达到整定报警温度就发出故障报警提醒值班人员，若达到停机温度直接发出停机指令停机。冷却油槽油位通过机械的油位计或者磁翻转油位计对冷却油位进行监测，通过油位计上的电子接点检测油位是否在正常范围之内，若发现油位偏离正常整定位置，自动监测系统发出油位异常的警告，提醒运行值班人员检查油位。机组转速测控通过安装在机组上的旋转编码转速测量仪来监测机组的转速，当机组的转速上升使PLC微机调速器不能及时调整到额定转速且达到飞逸转速时，跳过PLC微机调速器调速控制指令直接发布停机令使机组停机，保护机组的安全。

3.压缩空气系统自动控制

水电站的空气系统主要给机组的制动、密封及检修提供压缩空气，机组正常运行中压缩空气需要一个稳定的压力来保证正常的生产用气，电厂安装有空气压缩机、储气罐及配套的自动控制系统，在储气罐上安装有压力变送器以及电接点压力表，自动控制系统根据压力变送器及电接点压力表测得的实时压力值与整定的启动与停止空气压缩机的压力值进行比较，若实时压力低于启动压缩机压力就自动启动压缩机，当压力达到停机压力时自动控制系統自动停止压缩机。

三、 PLC微机调速系统的自动控制

PLC微机调速系统是水电站自动控制的核心系统，也是机电一体化技术在水电站集中应用最多的系统，该系统集中应用了电子测量技术、机械测量技术、机械液压调速技术、远程控制技术等，由于水力发电厂其启动、停机时间短、效率高及功率调节范围大等优点常被作为电网的调峰调频机组使用，因此PLC微机调速系统应具有灵敏性、可靠性、调速连续性等要求。PLC微机调速系统在水电厂中通过采集发电机频率及电网功率调整水轮发电机组的转速及有功功率，采集到的发电机频率经转速与频率关系公式n=60f/p（n为转速，f为频率，p为转子磁极对数）转换为机组实际转速，实际转速与机组额定转速相比较，若发现转速偏离额定转速，自动调速系统将根据转速发布调速命令使其调速液压系统开/关水轮机导水机构调整机组转速。

PLC微机调速系统得到电网需要调整有功功率指令时在保证机组转速的前提下，通过调整水轮机导水机构的开度来调整机组的有功功率。为了使水电机组实现随着频率和功率变化自动调解的目的，PLC微机调速器通过电子测控装置测得发电机实时频率或电网功率命令机械液压装置动作带动导水机构动作，调整水轮机导水叶开度来实现调速，同时机械位移测量装置将液压装置导杆位移量同时反馈给PLC微机调速器，PLC微机调速器根据反馈数据与机组转速、功率与导叶开度曲线判断调节位置是否与电子测控装置测得的频率或功率相一致，是否还要下达调节命令。机械液压装置作为PLC微机调速中的唯一动力装置，其自身也拥有自动控制系统，通过自身的控制系统控制动力源，机械液压装置的动力源通过储油罐上的压力显控器（电接点压力表）设定的油压上、下限控制齿轮油泵的起停，使其动力源始终保持调速所需的工作压力。

四、水电站机电一体化集成

水电站的机电一体化技术主要运用在上述的系统中，这些自动控制系统通过集成构成了水电站安全监测与运行的自动控制系统，通过水电站的中央控制室的控制，使得分散的独立运行的互不相关的系统成为一个整体，这些监测与控制系统不仅可以独立运行，同时还必须相互综合利用才能充分发挥出机电一体化技术的优势。各个系统通过中央控制室的集成，不管哪一个系统出现故障都将会影响整个自动控制系统的运行，其为电厂的安全平稳运行提供了有力的监测与自动控制保障。

五、结束语

水电站通过机电一体化技术的应用，使其“无人值守，少人值班”成为现实。随着现代网络技术、机电一体化技术、工业视频监控技术的不断发展，必将对水电站自动化控制的应用产生深远的影响，同时多电厂的集中控制也将成为现实。

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