中小型水电站机组控制流程设计

作者：　　来源：互联网　时间：2002-9-23

1　前言 对中小型水电站而言，电站的管理水平基于自动化水平。就广东省的情况，大量的小型水电站自动化水平不高，1～2万kW装机的小型水电站，每值的值班人员高达8～10人，通常是每台机组的开、停机均需专人操作。在计算机技术发展到如此水平的今天，这种状况是应当改变的。大量的新建水电站，以及已建小型水电站的技改任务，其工作的主要内容之一就是实现机组的计算机控制。 机组控制是整个电站自动控制的基础，而其控制流程的设计是实现机组自动控制的关键环节之一。但机组的控制流程设计并无统一的方法。以下笔者结合多年来从事中小电站机组控制设计的经验体会，现介绍所使用的设计方法，并简要介绍一个工程实例。 2　设计方法 2.1 分析机组运行工况，提出机组状态转换图 机组的运行工况主要有锁机、停机、空转、空载、发电、调相和事故停机等。根据不同的具体电站，可以具有以上几种或全部工况。我们将工况定义为一种状态。一般来说，锁机、停机、发电和事故停机状态是一定有的。空转状态供调试用，中小电站机组大多不具备调相状态；事故停机为不稳定状态，需经运行人员处理完事故、复归事故信号后才转化为稳定状态(停机)。 按照拟定的机组状态，提出机组状态之间的逻辑关系，用图表示，即为机组状态转换图。 2.2 确定机组状态定义 机组处于哪一种状态，需根据机组及其附属设备的状态和参数来定义，例如机组的转速、电压、接力器位置等条件。必须注意，状态的定义必须是充分的和唯一的，否则控制系统无法判断。 2.3 确定稳态、转换过程到目标状态表 以状态表的形式，表达从稳态到目标状态的子流程组合。此表适用于机组从某一稳定状态向另一要求状态的转换。 以状态表的方式，表达从状态转换过程中到目标状态的子流程。此表适用于机组在状态转换过程中，又有一新的状态转换命令时，向新目标状态的转换。 2.4 给出状态转换条件 状态转换条件有两类： (1) 存在下列命令之一： ①保护发出的事故停机令或人工停机令； ②现地控制单元的当地命令； ③中控室远方命令(当装设有电站层控制系统时)控制权以排前者为高。 (2)各相邻稳定状态之间互相转换时应具备的条件： 要成功完成某一状态转换，必须同时具备上述两项条件。例如，机组在发电状态时要转入停机状态，必须有保护发出的停机指令或现地控制单元发出的正常停机令，并应具备完成停机所需的条件：调速器正常、机组出口断路器控制回路正常等。 2.5 绘制子流程 用逻辑符号绘出各子流程，例如锁机→停机、停机→空载、空载→发电等。 当控制流程设计完成后，根据所采用的可编程控制器型式，选择一种编程语言(如梯形图)即可完成控制程序编制。 3　工程实例 大河水电站位于广东省阳春县境内，装设2台15MW混流式水轮发电机组，机组需作调相运行。电站设置了计算机监控系统，并采用微机调速器和微机励磁系统。 下面将按上述方法设计的机组控制流程部分示例如下： 机组共定义了锁机、停机、空转、空载、发电、调相和事故停机等7个目标状态。状态之间的关系详见图1，圆圈内数字为子流程编号。 其中发电状态的定义是： ①导水叶开度>空载位置； ②发电机断路器在合闸位置； ③发电机有功负荷>20%PN。 稳态→目标状态和转换过程→要求状态分别见表1、2。 表1 稳态→目标状态 稳态 目标状态 锁机 停机 空转 空载 发电 调相 事故停机 锁机 X ① X X X X X 停机 ⑧ X ② ③ ③④ ③④ ⑨ X 空转 X ⑥ X X X X ⑥ 空载 X ⑦ X X ④ ④⑨ ⑦ 发电 X ⑤⑦ X ⑤ X ⑨ ⑤⑦ 调相 X ⑩⑤ ⑦ X ⑩⑤ ⑩ X ⑩⑤ ⑦ 表1中，例如从停机状态到发电状态，状态转换过程为执行子流程③(停机→空载)、子流程④(空载→发电)，在中间过渡状态(空载)不停留。 表2中，例如在执行停机到空载子流程③过程中，由于运行人员给出停机令或保护发出事故停机令，则立刻转入子流程⑦，执行空载→停机转换。 在状态转换条件中，有两点应予注意，并显示在控制屏幕上提醒运行值班人员： ①危险区域是否无人：90年代中期广东省采用计算机控制的某中型水电厂，因值长忘记有检修人员进入机组检修，采用计算机快速开机，造成一死一伤的恶性事故。因此，在有人值班的条件下，程序仍应提醒运行人员； 表2 转换过程→要求状态 转换过程 要求状态 锁机 停机 空转 空载 发电 调相 事故停机 ② X ⑥ X X X X ⑥ ③ X ⑦ X X ③④ ③④ ⑨ ⑦ ④ X ⑤⑦ X ⑤ X ④⑨ ⑤⑦ ⑤ X ⑤⑦ X X ④ ④⑨ ⑤⑦ ⑥ X X ② X X X X ⑦ X X X ③ ③④ ③④ ⑨ X ⑨ X ⑩⑤ ⑦ X ⑩⑤ ⑩ X ⑩⑤ ⑦ ②有无检修接地线：原因是目前尚无可靠的自动检测是否挂接地线的方法。 子流程示例(如图2所示)：流程④空载→发电。 4　结束语 本控制流程设计方法的特点可总结为：通过状态分析、状态定义，合理进行工况转换条件和子流程的组合，可以实现对机组计算机控制的有序设计。 在工程实例中，大河水电站两台机组自1999年5月投入运行以来，除调相状态因电力系统的要求未投入外，机组控制稳定、正常，至2001年3月底已累计发电9160万kW．h，取得了较好的经济效益。 实践证明，上述控制流程设计方法符合中小电站的实际情况，控制流程具有设计合理、通俗易懂、运行流畅的特点，具有很强的实用价值。