小型水电站发电机组改装问题研究

朱雄伟

（武义县大田水力发电有限责任公司，浙江金华 321200）

1 小型水电站发电机组自动化改装存在的问题

1.1 改装人员的技术素质不足

小型水电站发电机组的自动化改装过程中，涉及层面和环节较多，大多技术改装人员仍停留在传统的手工技术阶段，满足不了现代高新自动化技术的发展需求，改装成果难以适应实际的应用。因此，改装人员的技术素质和业务水平在很大程度上影响了小型水电站发电机组自动化的改装问题。

1.2 改装成本过高

改装成本过高在很大程度上增加了小型水电站发电机组自动化的改装效果，一些小型水电站发电机生产企业资金有限，在自动化和智能化研究方面投入资金严重不足，导致改装工作人员积极性不高，遇到自动化控制方面的具体难题无法有效解决，小型水电站发电机组的改装成本居高不下，对其自动化进程的发展造成很大影响。

1.3 改装功能性不足

小型水电站发电机组自动化改装时，一些发电机生产公司或水电站没有根据其工作特点和实际功能需求进行改装，很多自动化改装只是为了追求片面的自动化运行结果，使用时难以满足实际使用功能，对自动化功能的实现也会产生一定的障碍。

1.4 改装经济性不足

经济性作为小型水电站发电机组自动化运行的基础，改装时应以此为前提，一些发电机生产公司或水电站在进行改装时过度关注智能、功能和安全中一个或者几个方面，虽然取得了一定效果，但改装成本过高，运行时经济性不满足要求，给水电站的正常工作和生产带来负面影响。

2 小型水电站发电机组自动化改装的工作要点

2.1 提升小型水电站发电机组的功能性

小型水电站机组的自动化改装过程中可以选择系统优化的方法，首先进行逻辑判据的优化和改造，从而简化小型水电站发电机组的内部运行，有效处理小型发电机组的故障并及时处理，在很大程度上满足小型水电站发电机组的功能性要求。在机组内部故障保护方面，可以采取零序横差保护和完全纵差保护的措施，这样可以省略配置方面的很多不必要的保护逻辑设计，对小型水电站发电机组改装的功能结构和逻辑原理进行简化，有效提升实际操作人员的操作效率，从而对小型水电站发电机组功能性的提升有很大益处。

2.2 提升小型水电站发电机组的经济性

小型水电站发电机组的自动化改装受经济性的影响因素较大，因此在自动化升级改装过程中降低微机自动化保护装置的整体比重有很大助益。在软件和硬件的保护措施上，资源配置应细致入微，芯片的选用应尽量采用能够处理更多集成数据的CPU，可有效降低改装的成本升级，实现经济性的自动化改装工作。

2.3 提升小型水电站发电机组的稳定性

在进行小型水电站发电机组的自动化改装时，通常选用冗余设计的基本原则进行相关改装和设计。冗余设计以自动化保护系统的升级为主要目标，根据小型发电机组的功能和性质特点展开相关保护模块的设计，在单元分配上既要保证其内部联系又要保证外部独立的特点。两套保护单元共同形成了对发电机、后备设备等功能的保护作用。这样一来，一旦其中的一组保护单元出现故障，另一组保护单元能及时运行，从而有效提升了发电机组的自动化保护运行的稳定性。

3 小型水电站机组自动化系统的改装

3.1 机组控制系统的改造

小型水电站机组自动化改装后用PLC（西门子公司的S7-200系列PCL可编程序控制器）代替原有控制系统中的继电器，在提高可靠性的同时简化了系统接线、减少了检修与维护工作量，修改控制回路时也极为简便。发电机组在运行时需要局部操作和测量等工序，这时要运用PCL控制系统来实现各种自动装置的联动控制功能。控制功能主要有：①数据的收集和处理作用。通过对现场的信号接收和输入，PCL控制系统能自动处理异常状态，出现事故时能有效保护发电机组和相关设备的安全。②实现其他控制功能。主要完成机组运行工况的转换、开停机顺控、断路器、励磁调节系统、阀门的控制，以及调速器的控制等。

3.2 自动化装置的改装

（1）转速信号装置改装。主要将转速信号器原有传统的非自动化型改装为数字装束信号装置。改装后的装置可用于测控发电机组的转速百分比、频率以及转速的参数。数字转速信号装置的型号可以根据所需输出量的多少来确定。转速信号装置可参考转速的百分比、频率、输出最大值、转速等，具有上游控制系统自锁功能和断电保护功能。

（2）测量装置和测温元件。传统的温度测量工具和其他测量装置可以改装为多功能巡测仪。根据实际需要，多功能巡测仪可以自由选择。多功能巡测仪本身具有报警系统，可以用来巡检温度，同时可根据实际情况设置报警阀值，到温度达到设置的阀值时，多功能巡测仪会将信号传达至控制系统，从而达到机组的自我保护。

（3）同期系统。通常情况下，人们把反映同期电压和同期装置连接关系的回路称为同期系统。当前所用的同期操作大多是手动操作，其缺点是精确度不足，误差较大，造成并网时间过长，从而对机组造成较大危害。通过改装，用自动准同期装置代替手动同期操作，利用压差检查、滑差检查和恒定导前时间的工作原理，通过逻辑电路和时间程序来实现准同期并列的工作需要，提高同期操作准确度和缩短并网时间。

4 辅助设备的自动化改装

辅助设备的自动化改装主要是利用独立的PLC控制器实现辅助设备的完整性和独立性。改装后的辅助自动化设备能利用PLC控制器对环境要求低、抗干扰能力强等优点，确保设备运行稳定。总体来看，改装后的辅助设备优点是：①通过PLC编程2台泵可互为主备用，实现了两者之间的自动轮流切换。②辅助设备的运行情况实现直接传送，减少运行人员的巡检，提高了工作效率。③PLC（西门子公司的S7-200系列PCL可编程序控制器）控制系统可根据高压气泵、电磁排油阀、油罐压力、电磁空气阀、液位信号对油泵等操作，实现压力油罐自动排气、补气、排油、补油的控制，确保油罐内油气的正常比例。

5 软件设计

小型水电站发电机组控制系统的主程序的设计基于分步开机和停机的程序而进行的。分布开机流程便于现场操作人员的学习和掌握，具有操作简单、可读性强和结构清晰等优点。在执行分步开机的指令时，倘若在指令发出后的特定时间内PLC控制程序未确认，那么机组程序会默认出现开机故障，从而实现自动结束开机。机组在运转时，还会出现自动启动停机程序，该程序会导致停机同时发出报警的指令。根据显示屏的指示，操作人员能快速对故障类型进行判断，及时处理机组故障并将显示屏复位。现场操作人员处理故障后，可对停机过程进行手动操作或再次操作控制的开关，重新执行机制的停机程序。

6 结束语

作为水电站和核心功能，发电机组的改装能有效提高水电站的经济效益和运行效率。相关资料显示，很多中小型水电站逐步实施对发电机组的自动化、智能化改装，提高发电机组运行的稳定性和经济性，从而全面提高水电站的经济效益和安全运行。在实际小型水电站发电机组的改装过程中，仍存在不少问题亟待解决，所以需不断进行小型水电站发电机组改装问题的研究和探索，不断提升其自动化和智能化水平。

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