趙銳

摘要：當(dāng)前機電一體化技術(shù)在很多領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，用于水電站工程中，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的“無人值守，少人值班”的自動化控制。因此，在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，針對水電站工程中機電一體化技術(shù)進行研究，是促進水電工程自動化發(fā)展的關(guān)鍵。本文結(jié)合個人工作實踐對機電一體化技術(shù)的應(yīng)用進行探討，對于我國電力事業(yè)的發(fā)展具有深遠的意義。

關(guān)鍵詞：水電站；機電一體化；技術(shù)

近年來，我國電力企業(yè)不斷深入企業(yè)內(nèi)部改革，無論是管理水平還是技術(shù)水平都有了很大提升。由于傳統(tǒng)的操控方法已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前時代的發(fā)展，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，使得水電站管理水平上升了一個臺階。

一、機電一體化技術(shù)的概述

機電一體化是機械設(shè)備和電子技術(shù)融合后的統(tǒng)稱，機電一體化深入應(yīng)用于機械設(shè)備可以使機械設(shè)備在性能控制和信息處理等各方面更加智能化、自動化。機電一體化作為一項機械系統(tǒng)技術(shù)，其基礎(chǔ)就是機械電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及自動化技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)的綜合。目前，機電一體化已經(jīng)有很強的系統(tǒng)性和相對獨立性，很大一部分的職業(yè)院校把機電一體化技術(shù)作為一門新興學(xué)科進行教學(xué)，培養(yǎng)出許多的高素質(zhì)的機電一體化方面的技術(shù)性、應(yīng)用型人才，為我國工業(yè)技術(shù)的發(fā)展做出了很大的貢獻。

隨著我國在應(yīng)用技術(shù)方面的快速發(fā)展，機電一體化技術(shù)已經(jīng)漸漸的從初步的應(yīng)用階段發(fā)展到對智能技術(shù)的應(yīng)用階段，尤其是在水電站管理中，機電一體化技術(shù)在很大程度上促進了水電事業(yè)的發(fā)展，提升了電力企業(yè)的管理水平。近年來，我國加強了對集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展力度，機電一體化技術(shù)也隨之步入快速發(fā)展時期，在水電站管理方面將會發(fā)揮更加重要的作用。

二、水電站機電一體化應(yīng)用部位

1.水電站水文水系統(tǒng)監(jiān)測

水電站中的水文水系統(tǒng)監(jiān)測主要由水文監(jiān)測、技術(shù)供排水和消防用水3部分組成。水文監(jiān)測利用安裝在水電站上下游的投入式液位計測量上下游水位，通過液位變送器傳至控制室；利用壓差變送器，將安裝在機組壓力管道進口和尾水出口的壓力測量管道連通測出上下游水位的凈高差，并通過壓差變送器傳輸至控制室。技術(shù)供排水測控由機組運行的供排水系統(tǒng)和全廠滲漏排水系統(tǒng)組成。用于機組運行的供排水系統(tǒng)的測控，壓力通過安裝在供水管道上的電接點壓力表控制，流量通過安裝在管道上的管道式流量測控儀測量，將2種測量裝置測得的數(shù)據(jù)通過變送器傳至控制室，控制室值班人員通過測控數(shù)據(jù)判斷用于機組的水系統(tǒng)是否運行正常。全廠滲漏排水測控系統(tǒng)主要由安裝在集水井的液位變化測控系統(tǒng)和水泵自動起?？刂葡到y(tǒng)組成。集水井液位控制系統(tǒng)目前主要采用多接點浮球水位測量儀，當(dāng)浮球通過測量儀的不同位置時將有不同信號發(fā)送至水泵起?？刂葡到y(tǒng)，由該系統(tǒng)判斷并做出是否啟、停水泵或啟、停幾臺水泵。同時全廠滲漏排水系統(tǒng)還安裝有投入式液位變送器將液位信息傳送至控制室，為值班人員提供數(shù)據(jù)以備水泵自動起停系統(tǒng)發(fā)生故障時手動起停排水泵，避免造成損失。水電站消防系統(tǒng)主要包括氣體消防系統(tǒng)和水系消防系統(tǒng)，其中水系消防系統(tǒng)主要用于主變壓器及機組定子的消防，當(dāng)主變壓器或機組定子有消防要求時通過消防報警系統(tǒng)控制消防水泵的起停及消防雨淋閥組的起停。

2.機組運行狀態(tài)監(jiān)控

機組運行狀態(tài)監(jiān)控主要包括機組各部的軸承溫度、冷卻油溫、冷卻油槽油位、機組轉(zhuǎn)速。機組各部軸承及油溫通過熱鉑電阻測得實時溫度，自控系統(tǒng)對實時溫度與整定溫度進行對比分析，若達到整定報警溫度就發(fā)出故障報警提醒值班人員，若達到停機溫度直接發(fā)出停機指令停機。冷卻油槽油位通過機械的油位計或者磁翻轉(zhuǎn)油位計對冷卻油位進行監(jiān)測，通過油位計上的電子接點檢測油位是否在正常范圍之內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)油位偏離正常整定位置，自動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出油位異常的警告，提醒運行值班人員檢查油位。機組轉(zhuǎn)速測控通過安裝在機組上的旋轉(zhuǎn)編碼轉(zhuǎn)速測量儀來監(jiān)測機組的轉(zhuǎn)速，當(dāng)機組的轉(zhuǎn)速上升使PLC微機調(diào)速器不能及時調(diào)整到額定轉(zhuǎn)速且達到飛逸轉(zhuǎn)速時，跳過PLC微機調(diào)速器調(diào)速控制指令直接發(fā)布停機令使機組停機，保護機組的安全。

3.壓縮空氣系統(tǒng)自動控制

水電站的空氣系統(tǒng)主要給機組的制動、密封及檢修提供壓縮空氣，機組正常運行中壓縮空氣需要一個穩(wěn)定的壓力來保證正常的生產(chǎn)用氣，電廠安裝有空氣壓縮機、儲氣罐及配套的自動控制系統(tǒng)，在儲氣罐上安裝有壓力變送器以及電接點壓力表，自動控制系統(tǒng)根據(jù)壓力變送器及電接點壓力表測得的實時壓力值與整定的啟動與停止空氣壓縮機的壓力值進行比較，若實時壓力低于啟動壓縮機壓力就自動啟動壓縮機，當(dāng)壓力達到停機壓力時自動控制系統(tǒng)自動停止壓縮機。

三、 PLC微機調(diào)速系統(tǒng)的自動控制

PLC微機調(diào)速系統(tǒng)是水電站自動控制的核心系統(tǒng)，也是機電一體化技術(shù)在水電站集中應(yīng)用最多的系統(tǒng)，該系統(tǒng)集中應(yīng)用了電子測量技術(shù)、機械測量技術(shù)、機械液壓調(diào)速技術(shù)、遠程控制技術(shù)等，由于水力發(fā)電廠其啟動、停機時間短、效率高及功率調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點常被作為電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻機組使用，因此PLC微機調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)具有靈敏性、可靠性、調(diào)速連續(xù)性等要求。PLC微機調(diào)速系統(tǒng)在水電廠中通過采集發(fā)電機頻率及電網(wǎng)功率調(diào)整水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速及有功功率，采集到的發(fā)電機頻率經(jīng)轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系公式n=60f/p（n為轉(zhuǎn)速，f為頻率，p為轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)）轉(zhuǎn)換為機組實際轉(zhuǎn)速，實際轉(zhuǎn)速與機組額定轉(zhuǎn)速相比較，若發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速偏離額定轉(zhuǎn)速，自動調(diào)速系統(tǒng)將根據(jù)轉(zhuǎn)速發(fā)布調(diào)速命令使其調(diào)速液壓系統(tǒng)開/關(guān)水輪機導(dǎo)水機構(gòu)調(diào)整機組轉(zhuǎn)速。

PLC微機調(diào)速系統(tǒng)得到電網(wǎng)需要調(diào)整有功功率指令時在保證機組轉(zhuǎn)速的前提下，通過調(diào)整水輪機導(dǎo)水機構(gòu)的開度來調(diào)整機組的有功功率。為了使水電機組實現(xiàn)隨著頻率和功率變化自動調(diào)解的目的，PLC微機調(diào)速器通過電子測控裝置測得發(fā)電機實時頻率或電網(wǎng)功率命令機械液壓裝置動作帶動導(dǎo)水機構(gòu)動作，調(diào)整水輪機導(dǎo)水葉開度來實現(xiàn)調(diào)速，同時機械位移測量裝置將液壓裝置導(dǎo)桿位移量同時反饋給PLC微機調(diào)速器，PLC微機調(diào)速器根據(jù)反饋數(shù)據(jù)與機組轉(zhuǎn)速、功率與導(dǎo)葉開度曲線判斷調(diào)節(jié)位置是否與電子測控裝置測得的頻率或功率相一致，是否還要下達調(diào)節(jié)命令。機械液壓裝置作為PLC微機調(diào)速中的唯一動力裝置，其自身也擁有自動控制系統(tǒng)，通過自身的控制系統(tǒng)控制動力源，機械液壓裝置的動力源通過儲油罐上的壓力顯控器（電接點壓力表）設(shè)定的油壓上、下限控制齒輪油泵的起停，使其動力源始終保持調(diào)速所需的工作壓力。

四、水電站機電一體化集成

水電站的機電一體化技術(shù)主要運用在上述的系統(tǒng)中，這些自動控制系統(tǒng)通過集成構(gòu)成了水電站安全監(jiān)測與運行的自動控制系統(tǒng)，通過水電站的中央控制室的控制，使得分散的獨立運行的互不相關(guān)的系統(tǒng)成為一個整體，這些監(jiān)測與控制系統(tǒng)不僅可以獨立運行，同時還必須相互綜合利用才能充分發(fā)揮出機電一體化技術(shù)的優(yōu)勢。各個系統(tǒng)通過中央控制室的集成，不管哪一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障都將會影響整個自動控制系統(tǒng)的運行，其為電廠的安全平穩(wěn)運行提供了有力的監(jiān)測與自動控制保障。

五、結(jié)束語

水電站通過機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，使其“無人值守，少人值班”成為現(xiàn)實。隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機電一體化技術(shù)、工業(yè)視頻監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，必將對水電站自動化控制的應(yīng)用產(chǎn)生深遠的影響，同時多電廠的集中控制也將成為現(xiàn)實。

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