顏宏遠(yuǎn)

福建能源集團(tuán)永安煤業(yè)池坪煤礦 福建三明 365000

微電腦控制器在水輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中應(yīng)用

顏宏遠(yuǎn)

福建能源集團(tuán)永安煤業(yè)池坪煤礦 福建三明 365000

原水輪發(fā)電機(jī)組與外網(wǎng)同期并網(wǎng)、與外網(wǎng)解裂停機(jī)都是在由人工操作完成的。加裝微電腦控制器后水輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)微電腦控制器檢測即實現(xiàn)自動并網(wǎng)又起到解裂保護(hù)功能。

水輪發(fā)電機(jī)組;同期;自動并網(wǎng);解裂保護(hù)

1、概述

我司現(xiàn)有三個小水電站，三水電合計裝機(jī)容量1365KW,有7臺混流式水輪發(fā)電機(jī)組。改造前，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電通過升壓變壓器與省網(wǎng)并網(wǎng)時，操作人員必須通過觀察并網(wǎng)同步指示燈、電壓表、頻率表等進(jìn)行人工合閘并網(wǎng)。當(dāng)省網(wǎng)與水電解列時，操作人員往往來不及“停車”造成水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生高速運(yùn)轉(zhuǎn)，造成“飛車”所產(chǎn)生的高頻率和高電壓致使電網(wǎng)中的其它設(shè)備燒毀及自身發(fā)電機(jī)組的損壞。后在水輪發(fā)電機(jī)組原有控制系統(tǒng)上加裝一套微電腦控制裝置，以實現(xiàn)水電發(fā)電機(jī)組自動并網(wǎng)、解裂時通過調(diào)速電機(jī)迅速將水輪機(jī)組關(guān)閉至空載狀態(tài)起到自身發(fā)電機(jī)組的保護(hù)作用。

2、自動并網(wǎng)功能（微電腦電氣控制原理如圖）

準(zhǔn)同期操作較難掌握的是頻率差和相位角差，這兩個要素對等待時間和沖擊電流影響又最大。其自動并網(wǎng)過程是將微電腦控制器面板上的【功能設(shè)定】旋鈕轉(zhuǎn)在【同期】檔，微電腦接通(1-3或1-5）且發(fā)出“開大”或“關(guān)小”信號，控制電動機(jī)正轉(zhuǎn)（KM1）或反轉(zhuǎn)(KM2)，快速調(diào)整水輪機(jī)轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率相等。當(dāng)微電腦捕捉到發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率之差進(jìn)入±0.25Hz，相角差由大及小進(jìn)入20°時，微電腦（9、10）常開點接通原來PGL控制柜的ME-630斷路器人工合閘常開按鈕發(fā)出合閘命令實現(xiàn)自動并網(wǎng)功能。

2.1 操作簡單

1）自勵建壓后，調(diào)整電壓與外網(wǎng)基本一致。2）撥上微電腦電源，微電腦將自動控制“開大”“關(guān)小”使頻率接近至50HZ，同時調(diào)節(jié)勵磁使發(fā)電機(jī)組電壓與外網(wǎng)電壓基本一致。3）將微電腦開關(guān)將【常態(tài)】轉(zhuǎn)向【同期】，微電腦控制器通過（13、16）外網(wǎng)、（18、20）發(fā)電機(jī)端電壓信號，檢測自動調(diào)節(jié)至各參數(shù)（電壓、頻率、相位）同步時發(fā)出并網(wǎng)信號“HHHH”，此時ME-630斷路器將自動合閘。4）將【同期】轉(zhuǎn)回【常態(tài)】，然后通過“開大”按鈕點動逐步加大發(fā)電功率。

2.2 自動并網(wǎng)、自動調(diào)速的效果

一是避免因人工合閘并網(wǎng)時，在不同步誤操作的情況下造成發(fā)電機(jī)燒毀和開關(guān)損壞。二是減輕了操作人員腦力勞動和體力勞動。我司大部分小電站，機(jī)組與控制屏不在同一處，通常要由一個人在機(jī)組旁邊調(diào)整轉(zhuǎn)速，另一個人在控制屏進(jìn)行同期操作，這樣才不會一個人來回的跑動來實現(xiàn)同步并網(wǎng)，技改后只需一人在控制屏處操作就可實現(xiàn)同步并網(wǎng)了，并可騰出一人固定在前池“撈草”可有效提高發(fā)電效率。同時并網(wǎng)過程中減少沖擊電流對保護(hù)機(jī)組、延長空氣開關(guān)壽命也起重要作用。

3、解裂保護(hù)

如因某種原因當(dāng)省網(wǎng)與水電解裂時，操作人員往往來不及關(guān)機(jī)造成水輪發(fā)電機(jī)組“飛車”現(xiàn)象。由于高速運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的高頻率和高電壓，或是斷路器未能時關(guān)斷將造成發(fā)電機(jī)組沖擊電網(wǎng)中的其它電氣設(shè)備及自身發(fā)電機(jī)組的損壞。

3.1 解裂保護(hù)工作過程

聯(lián)網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組安裝了微電腦控制器時當(dāng)：【運(yùn)行方式】旋至【大網(wǎng)】檔時，在外網(wǎng)頻率出現(xiàn)異常的瞬間（即變電所開關(guān)跳閘后的第一時間）電腦就檢測到，若符合下列情況：①頻率≥50.5Hz同時電壓≥456V；②頻率≥51.0Hz同時電壓≥437V；③電壓＜418V但頻率≥52.0Hz；④頻率＜49.5Hz但是電壓≥456V（延時0.5秒）；電腦立即發(fā)出分閘信號：微電腦（6、7）常開點接通原來PGL控制柜的ME-630斷路器人工分閘常開按鈕發(fā)出分閘命令，同時接通微電腦（1-3）利用本發(fā)電機(jī)組所發(fā)電源，迅速發(fā)出“關(guān)小”信號控制電動機(jī)反轉(zhuǎn)(KM2)，快速調(diào)整水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率相等（空載狀態(tài)）。實現(xiàn)解裂保護(hù)功能。

4、提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性和效益。

從我司水電站技改前后的運(yùn)行情況表明，在各方面都有改善，主要表現(xiàn)為：技改前，人為操作，盡可能地增大發(fā)電量，提高水輪機(jī)轉(zhuǎn)速，致使電網(wǎng)電壓過高，影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。采用微電腦技改后，排除了人為因素的影響，使機(jī)組在正常周波和電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，確保了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。由于手動操作，在機(jī)組發(fā)生故障或電網(wǎng)突然跳閘甩負(fù)荷時，運(yùn)行值班人員來不及操作，容易引起飛車事故的發(fā)生，造成機(jī)電設(shè)備的損壞和人員的傷害。如2012年8月，因雷雨天氣引起外網(wǎng)跳閘由于沒能及時同時關(guān)閉三臺水輪機(jī)組造成3號機(jī)組（SFW160）160KW發(fā)電機(jī)定子繞組燒毀、勵磁發(fā)電機(jī)損壞，造成2.05萬元的直接經(jīng)濟(jì)損失，更主要是影響了發(fā)電高峰期（汛期）的發(fā)電效益其間接經(jīng)濟(jì)損失160Kw*24h/天*30天*0.56元/kw.h=6.45萬元。技改后，當(dāng)與外網(wǎng)解裂后可立即自動發(fā)出過速信號，發(fā)電機(jī)主開關(guān)分閘、調(diào)速電機(jī)立即關(guān)機(jī)控制水輪機(jī)運(yùn)行在空載狀態(tài)，可以確保機(jī)電設(shè)備和人員的安全，設(shè)備完好率有了較大的提高。由于設(shè)備完好率提高，停機(jī)次數(shù)少，恢復(fù)發(fā)電時間短，其發(fā)電效益得到了正常的發(fā)揮。本套裝置采用微電腦裝置與原來手工合閘、分閘合為一體，互為轉(zhuǎn)換備用，轉(zhuǎn)換操作簡便。采用微電腦裝置時，利用原電氣裝置與微電腦相配合，達(dá)到自動并網(wǎng)與解裂保護(hù)的目的。當(dāng)微電腦裝置出現(xiàn)故障時，只需撥動鈕子轉(zhuǎn)換開關(guān)、關(guān)閉微電腦電源即可轉(zhuǎn)換為手動操作（同步燈）繼續(xù)發(fā)電。

5、結(jié)語

采用微電腦對小水電站進(jìn)行技術(shù)改造，不僅能確保電能質(zhì)量的穩(wěn)定，提高機(jī)組運(yùn)行的安全度和設(shè)備完好率，增加發(fā)電效益及降低運(yùn)行費用，是一種投資少、見效快的技改辦法。還可利用微電腦的控制功能，增設(shè)在前池上配置水位自動臨測裝置，實現(xiàn)按水位自動調(diào)節(jié)出力的功能、遠(yuǎn)程控制功能等等，為今后的進(jìn)一步技術(shù)革新打下良好基礎(chǔ)。

顏宏遠(yuǎn)，機(jī)電高級工程師，研究方向：機(jī)電技術(shù)工作。