水电站综合自动化系统基础知识培训教材-卢111页PPT

水电站综合自动化系统基础知识培训 教材卢
蝶阀的控制
• 手动 、电动（小型） 、液压（大中型）
• 旁通阀：蝶阀为静水开 启，故设旁通阀先平压 ，即两边注满水。
• 空气阀：充水时，排出 空气用浮筒自行关阀； 排水时，补充空气用， 浮筒自行下降。
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2、闸阀
• 高水头用（ 100M以上）
• 水流经过转轮时是斜向的。转轮叶片随工况变化而转动， 该种水轮机的特点是：斜流式水轮机一般都是转浆式，比 轴流式水轮机适应的水头较高，功率较大，效率也较高， 应用较广。 H=40~120m。
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斜流式水轮机工作原理
• 水流进出转轮叶片时均与水轮机主轴 成一倾斜角，故称为斜流式水轮机。
• 水流径向流入转轮，轴向流出。 • 适用范围：H=30~700 m • 单机容量：几万kW~几十万kW • 优点：适用范围广，结构简单，
运行稳定，效率高，适用高水头 小流量电站。（刘家峡）
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混流式水轮机
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混流式水轮机的工作原理
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变电站的组成
1、馈电线（进线、出线）和母线； 2、隔离开关（接地开关）有手动、电动两种； 3、断路器； 4、电力变压器（主变）； 5、站用变； 6、电压互感器TV（PT）、电流互感器TA（CT）； 7、电容器； 8、避雷器；
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坝式水电站结构
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2、河床式水电站
• 位于河床内的水电站厂房本身起挡 水作用 ，从而成为集中水头的挡 水建筑物之一 ；

微机五防是一种采用计算机技术，用于高压开关 设备防止电气误操作的装置，具备传统电气防误装置 的功能。
五防系统主要由主机、模拟屏(电脑显示屏)、电脑钥匙、 机械编码锁等功能元件组成。现行微机防误闭锁装置闭锁的 设备有断路器、开关、地线(地线开关)、遮栏网门(开关柜门) ，上述设备是通过微机锁具(电编码锁和机械编码锁)实现闭锁 的，对上述设备须由软件编写操作闭锁规则。
安全三区
1号打印机
安全一区
主控室
500KV变电站综合自动化系统网络图
计算机室
调度数字通道
2号打印机
3号打印机
调度模拟通道
路由器
安全二区 GPS时钟同步主屏
4号打印机
双moden双通道
交换机
CISCO S YSTEM S
。。。
CISCO YSTEMS
站长管理机 操作员工作站A
监控A网
S
监控B网
操作员工作站B 保护工作站
操作闭锁应包括以下内容： A. 操作出口具有跳、合闸闭锁功能。 B. 操作出口具有并发性操作闭锁功能。 C. 根据实时信息，自动实现断路器、隔离开关操 作闭锁功能。 E. 适应一次设备现场检修维护操作的微机五防操 作及闭锁系统。 目前变电站专用单向安全隔离装置
五防工作站服务器A 服务器B 工程师工作站
远动工作站A 远动工作站B
光纤盒
光纤盒
通讯接口装置
公用设备接 口：电度、 UPS,火灾报 警、消防等
实时网段
保护子站用防
火墙
CISCO S YSTEM S
保护信息子站
非实时网段
光纤盒
光纤盒 光纤盒
间隔层
以一个小间为例
监控A网 监控B网
脉冲量的采集：指电能表输出的一种反应电能流 量的脉冲信号。

操作管理权限按分层（级）原则管理。监控系统设有专用密码的操作口令，使调 度员，遥调、遥信操作员，系统维护人员和一般人员能够按权限分层（级）操作和 控制。
6、数据处理与记录功能 数据处理与记录功能的内容主要包括：主变压器和输电线路有功功率和无功功率 每天的最大值和最小值以及相应的时间；母线电压每天定时记录的最高值和最低值 以及相应时间；计算受配电电能平衡率；统计断路器动作次数；断路器切除故障电 流和跳闸次数的累计数；控制操作和修改定值记录等。 7、人机对话功能 （1）CRT显示功能 操作人员或调度人员面对CRT显示器的屏幕，通过操作鼠标和键盘，可观察和了 解全站的运行工况和运行参数，对断路器和隔离开关等进行分、合操作。取代了常 规的仪器仪表、控制屏，实现了许多其无法完成的功能。如：显示采集和计算的实 时运行参数；实时主接线图；事件顺序记录显示；越限报警显示；事件、故障记录； 负荷曲线、电压曲线；值班历史记录；保护定值及状态等。 （2）输入数据功能 对变电站TA和TV的变比，保护定值和越限报警值，自控装置的设定值，运行人 员密码等都可以由不同权限的人进行修改。 8、打印功能 对于有人值班的变电站，监控系统可以配备打印机，应完成的打印记录功能包括 定时打印报表和运行日志，开关操作记录打印，时间顺序记录打印，越限打印，召 唤打印，抄屏打印，事故追忆打印等。
对无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行报表由集控中心打印输 出。
9、运行的技术管理功能 （1）对运行中的各种数据、记录进行管理 1）历史数据处理、存档、检索 历史数据处理包括历史统计值、历史累计值、历史曲线三部分。 2）统计值处理 监控系统可以对电压、潮流、功率因数等参数进行统计，统计值包括：时统计，日 统计，月统计，典型日统计等。 3）累计值处理 累计值包括小时、日、月、典型日累计等。 （2）技术管理 技术管理包括变电站主要设备的技术参数档案表，各主要设备故障、检修记录，断 路器的动作次数记录，继电保护和自动装置的动作记录，运行需要的各种记录、统计 等。

(二级主站) 配电变电站
远方表计 说明：
馈线FTU 信息传输通道
大区电网调度中心
主网枢纽变电所 500KV以上
省调中心
EMS
省辖变电站 200KV以上 发
一般变电站
、 输
枢纽变电站
、
变
一般变电站 等
环
地调所
节
一般变电站 配调中心 县级调度所 配电变电站 电容器组
不确定联接
DMS
变
配电 电
DA
变电 站和
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智能电网的含义
不是具体的技术，是对因特网（IP）通信、信号传感、 自动控制、计算机、电力电子、超导材料等领域新技 术在输配电系统中应用的一种总称。
代表现代电网发展模式、一种电网建设理念，是人们 对未来电网的愿景。
这些新技术的应用不是孤立的、单方面的， 不仅仅是对传统输配电系统进行简单地改进、 提高。
MF
CX12
CX11
CX21
JX2
... ...
CX22
9
一次设备/2
环网开关柜：简称环网柜，用于电缆供电环网中，起 着分支、分段、联络功能。环网柜是一种组合配电装 置，包含负荷开关柜、断路器柜、负荷开关-熔断器组 合电器柜等功能柜单元。可将负荷开关柜或组合电器 柜做成单个柜子，也可将几个负荷开关柜与组合电器 柜集成在一个柜（箱）体内，根据需要可配置接地开 关、电流互感器、电压互感器、避雷器、高压带电显 示器、“五防闭锁”装置等。一个环网柜的进出线回 路数一般在3~6路之间。
配电线路、断路器、负荷开关、配电（杆上）变压器 等。 供电系统（配电系统）：配电网及其二次保护、控制、 监视与计量设备
3
输电网与配电网划分示意图
输电网

水电站机组自动化运行与监控
学习情境 水电站机组自动化系统认知
主要内容
一、课程性质与任务
——介绍、明确
二、水电站自动化系统的基本知识
——讲授、初识
三、典型电站自动化系统的特点与功能
——交流、认知
一、课程性质与任务
低 第一阶段
计算机文化基 础
电子技术 电工基础 机械工程基础
制图技术
第二阶段
低压电气与PLC 水电站
共勉
人生没有彩排预演，每天都是现场直播。 天道酬勤！
演讲完毕，谢谢
电站自动化控制系统的重要组成部分。 励磁由以前的模拟电路励磁发展到微机励磁，
目前的励磁系统更多的采用PLC励磁。其起励速度、 运行稳定性得到了很大的提高。
二、水电站自动化系统的基本知识
2.水电站机组自动化系统内容与作用
➢公用设备自动控制
主要完成水位测量及控制、闸门高度测量、闸门控制等。 利用通信接口，和计算机监控系统相连，构成全自动控制及 测量。是水电厂机组自动化系统的重要组成部分。
检测技术 水力机组辅助设备
水轮机
能力递进 第三阶段
发电厂电气一次系统
水电站机组自动 化运行与监控
继电保护 水轮机调节
第四阶段 水 电 站
护运 行 与 维
水
力
检 修
机 组 安
装
与
高 实顶 习岗
基础能力
专业能力
综合能力
生产能力
核心课程 双证书课程
知识+技能
二、水电站自动化系统的基本知识
1.水电站自动化系统的背景和意义
安全是生命线
俄罗斯萨彦-舒申斯克水电站爆炸事件前后
黄龙滩、天桥等大坝泄洪时水淹厂房 位于闽粤边界的YH坝后水电站遇雷击事故 “*** 水电站1274天安全运行无事故 ”标识牌

将控制指令发送给相应的 执行机构，实现对水电站 各系统的自动化控制。
发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，水电 站综合自动化装置将更加智能化，
能够自适应地调整运行参数和控 制策略。
集成化
未来水电站综合自动化装置将更加 集成化，能够实现多系统的整合和 统一管理，提高水电站的运营效率。
远程化
随着通信技术的发展，水电站综合 自动化装置将能够实现远程监控和 控制，方便远程管理和维护。
致设备运行异常。
传感器精度下降或失效， 导致数据采集不准确。
控制软件出现错误或崩 溃，影响装置的正常运
行。
解决方案
通信故障解决方案
检查通信线路是否正常，检查接口连接是否牢固，更新通信协议或更 换通信模块。
电源故障解决方案
配置稳定的供电电源，安装不间断电源(UPS)以应对突发断电情况， 定期检查电源线路和设备。
传感器故障解决方案
定期校准传感器，确保其精度；使用冗余设计，当某个传感器失效时， 其他传感器仍能提供备用数据。
软件故障解决方案
定期更新软件版本，修复已知的漏洞和错误；建立软件容错机制，当 软件出现异常时，能够自动切换到备用程序或重置状态。
04 水电站综合自动化装置的 维护与保养
日常维护
每日检查
检查装置的外观、连接线 和仪表是否正常，确保没 有异常情况。
02 水电站综合自动化装置的 应用
在水轮发电机组中的应用
自动化控制
水电站综合自动化装置能够实现水轮 发电机组的自动化控制，包括机组的 启动、停止、调节和故障处理等操作 。
监测与诊断
装置实时监测水轮发电机组的工作状 态，如发现异常情况，及时进行报警 并诊断故障原因，提高机组的可靠性 和安全性。

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调速模块和主控(CPU)模块紧密配合完成 机组的调速功能，调速模块负责对机频和 网频的采样计算，导叶开度反馈、叶轮开 度反馈等模拟量的采集以及将调节输出的 数字量转换为模拟量或PWM信号输出，驱 动直流伺服电机或步进电机以不同的转速 和不同的方向转动，从而控制接力器按要 求运动。主控(CPU)模块负责协联关系的 转换、PID运算和故障保护等功能。它们
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当前监控系统的构成
• 当前监控系统的构成要点 1.以通用的PLC作为监控系统现地控制的核心部
件，完成现地数据采集、设备状况监视、设备控制操 作等功能；
2.以硬接线的连接完成和其它系统的主要交互功 能;以装于现地的工控机或其它通讯装置，实现与其 它系统的通讯功能；
3.以PLC的通讯口或现地工控机的通讯口，与 上位机进行通讯，实现中控室集控功能。
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水电厂自动化系统的演变1
• 水电厂自动化系统的传统模式
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该结构的特点
• 机械和电气部分的控制由独立的自动控制装置实现（如调速、励磁、保护等装置）； • 监控系统所需要的所有测点都通过所带的I/O模块接入硬接线采集，成本高； • 监控系统所能获得的电气信号点数少，投资大（交流变送器）； • 获取各个电气、机械控制子系统的信息少； • 含有旋转部件的工控机，可靠性较低，硬件成本和维护量较大；
4.以上位机中的通信机通过电力载波或光纤网络 和网调、梯调系统通信。
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当前监控系统的结构
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综合自动化装置的提出
现有的监控系统基本都是按照大型水电厂 的框架来设计的。优点在于功能完善、可靠性高； 缺点是系统结构复杂、成本高、对使用和维护者 的要求高。面向小型水力发电厂(站)的自动化装 置是专门针对中小型水电厂(站)而设计的，突出 了主设备的主要功能以及各功能模块间的配合， 集成度高、针对性强、成本低。

某水电站设备维护案例
案例概述
某水电站设备维护工作一直比较到位，本次案例主要介绍该水电站设备维护的经验和方法。
案例分析
该水电站设备维护采用了预防性维护和状态检修相结合的方式，对重要设备进行了定期检查和维护，及时发现并处理 设备故障。同时，该水电站还建立了设备维修档案和备品备件管理制度，确保了设备维护工作的顺利进行。
清洁保养
定期对设备进行清洁保养，保持设 备的良好外观和性能，防止设备因 积尘、污垢等影响正常运行。
紧固检查
定期对设备的螺丝、螺栓等紧固 件进行检查，确保其紧固、无松 动，防止因松动导致设备故障。
润滑保养
定期对设备进行润滑保养，保 证设备运动部件的顺畅，延长
设备使用寿命。
水电站设备的定期检修
预防性检修
故障预防
针对常见的设备故障，制定相应的预防措施，如加强设备的日常维护、 定期进行预防性检修等，降低设备故障的发生率。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
水电站的应急处理与预 案
水电站的应急处理流程
01
02
03
04
发现异常情况
及时发现水电站运行过程中的 异常情况，如设备故障、水位
定期对控制系统的软硬件进行检查和测试 ，确保控制系统的稳定性和可靠性。
水电站设备的故障诊断与处理
故障检测
通过设备的运行参数、声音、气味等异常表现，及时发现设备故障。
故障诊断
根据故障表现和检测结果，分析故障原因，确定故障部位。
故障处理
根据故障诊断结果，采取相应的维修措施，如更换损坏件、修复故障 部位等。
REPORT
CATALOG

优化方法
采用先进的优化算法，如遗传算 法、粒子群算法等，对控制策略 进行优化，提高电力系统的运行 效率和经济性。
控制与保护协同
实现控制系统与保护系统的协同 工作，确保在故障发生时能够及 时切断故障部分，保证电力系统 的安全运行。
2023
PART 03
设备与系统配置方案
REPORTING
主要设备类型及特点
定义与发展历程
定义
电力系统综合自动化系统是一种集成了计算机技术、通信技术、控制技术等先 进技术的系统，用于实现对电力系统的监测、控制、保护、调度等功能的自动 化。
发展历程
从20世纪60年代的单机自动化，到70年代的局部自动化，再到80年代的全局自 动化，直到90年代以来的综合自动化，电力系统自动化经历了不断发展和完善 的过程。
设备配置原则与方法
功能性原则
根据电力系统的实际需求，选 择具备相应功能的设备进行配 置，确保系统能够完成既定的
任务。
可靠性原则
优先选择经过稳定运行验证的 设备，确保设备在投入运行后 能够长期稳定运行，降低系统 故障率。
经济性原则
在满足功能和可靠性要求的前 提下，尽量选择性价比高的设 备进行配置，降低系统建设成 本。
国家能源政策对电力系统的发展方向、能源结构 、节能减排等方面产生深远影响。
电力体制改革对电力系统的影响
电力体制改革将打破传统电力行业的垄断格局， 引入市场竞争机制，对电力系统的运行和管理提 出更高要求。
环保政策对电力系统的影响
环保政策要求电力系统降低污染排放，提高能源 利用效率，推动清洁能源的发展和应用。
力系统的运行效率和稳定性。
物联网技术在电力系统中的应用
02
通过物联网技术实现电力设备的远程监控和管理，提高电力设

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6.多级节能水轮机
我公司在管道 供水系统成功替
代减压井
湖北二电电气有限公司 15
五、 水轮机蜗壳的形式
一、蜗壳的功用及型式 (一) 功用
蜗壳是水轮机的进水部件，把水流以较小的水头 损失，均匀对称地引向导水机构，进入转轮。设 置在尾水管末端。 (二) 型式 混凝土蜗壳和钢蜗壳。
❖ 铸钢蜗壳：H>200m时，钢板太厚，不易焊接，与
座环一起铸造而成的铸钢蜗壳，其运输困难。
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六、尾水管的型式 一、尾水管型式
1.直锥形——用于小型水轮机 2.弯锥形——用于卧轴水轮机 3.弯肘形——（大中型电站）
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二、常见尾水管的形式
湖北二电电气有限公司
❖ 定子线圈嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相 绕组由多个线圈组成，按一定规律排列，见图。
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1、定子
a、定子铁芯
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定子铁芯是定子的—个重要部件。它是磁路的主要 组成部分并用以固定线圈。在发电机运行时，铁芯 要受到机械力、热应力及电磁力的综合作用。由于 铁芯中的磁通量是随着转子的旋转而交变的，为提 高效率、减少铁芯涡流损耗，铁芯一般由0.350.5mm厚的两面涂有绝缘漆的扇形硅钢片叠压而成。 空冷式发电机铁芯沿高度方向分成若干段，每段高 40-45mm，段与段间以“工”字形衬条隔成通风沟， 供通风散热之用。铁芯上、下端有齿压板，通过定 子拉紧螺杆将叠片压紧。通过定位筋和托板将整个 铁芯固定在机座的内侧。铁芯内圆有矩形嵌线槽， 用以嵌放线圈绕组。
《水 电 站》
水力发电是当今可再生资源发电技术中最成熟，最具有大 规模开发条件和商业化的发展方式，我国水力资源蕴藏量世界 第一，水力发电是我国最重要的可再生能源，是第一大清洁能 源，1949年全国水电装机容量仅有163MW，现已突破2.3亿 KW，居世界首位。

交流额定频率： 50Hz
直流电压：
220V
➢ （3）功耗
直流回路正常： ≤ 10W
直流回路跳闸： ≤ 15W
交流电流回路： < 0.5VA/相
交流电压回路： < 0.5VA/相
ppt课件.
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二、主要技术指标
➢ （4）过载能力
电源回路： 0.8～1.2倍额定电压可靠连续工作
交流电流回路: 2倍额定电流可靠连续工作
• 4.3 保护装置的开关量采集回路采用光电隔离电路，控制输出信号经光耦以空接点方 式输出，保证了保护装置内部和外部电路的有效隔离，大大增强了装置的抗干扰性。
• 4.4 保护装置采用模块化设计，插件统一，具有良好的互换性。各单元彼此独立其装 置内的监控、保护、自动装置等部分也相互独立。监控功能退出，不影响保护等其它 功能。保护CT与测量CT分开，满足各自的精度要求和性能要求。电气量交流采样，对 220V直流电压、主变温度不宜采用交流采样的采用直流变送器变换为0-5V。保护装置 自身故障上报至监控系统和远方调度中心。各保护装置设置软、硬压板。软压板由软 件中的控制字来设置，硬压板置于保护屏上。
本地：以太网、RS485、RS422/232，9600波特率；CAN，500K波特率 光纤
工作方式：全双工
接收电平：-40~0dB
发送电平：0~20g、DNP3.0、modbus等多种规约。
➢ （16）通道:支持载波、扩频、光纤、音频电缆等
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分段保护 备自投保护 分段备自投保护
电动机保护
电容器保护 ppt课件.
2#进线保护
2#变压器 低后备保护
2#变压器 差动保护
2#变压器 低后备保护
2段PT保护

c、编程方法易于使用
PLC采用与继电器电路相似的梯形图编程，比较直观， 易懂易编，深受电气技术人员和电工的欢迎，容易推广应 用。PLC可取代原继电器控制系统，有利于对老设备的技 术改造。
d、适用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强。 e、具有各种接口，与外部设备连接非常方便。 f、采用积木式结构或模块式结构，具有较大的灵活性 和可扩展性，扩展灵活方便。
然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像
寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件 ( “软 继电器” ) 的状态会随着程序执行过程而变化。
c、输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输
出继电器的状态（接通 / 断开）在输出刷新阶段转存 到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。
d、编程器
编程器是PLC最重要的外围设备，是PLC不可缺少的部 分。编程器的作用是输入和编辑用户程序、调试程序和监 控程序的执行过程。 编程器一般有两种类型：简易编程器和图形编程器。
① 简易编程器
简易编程器体积小，便宜，使用方便，适合小型 PLC，缺点是需联机编程；
② 图形编程器
图形编程器是指带有显示屏的编程器，有液晶显 示（LCD）和阴极射线式（CRT）两种，可用指令语句 编程，也可用梯形图编程，可联机编程也可脱机编程， 操作方便，功能强大，还可与打印机、绘图仪等设备 相连，但价格较高，适用于大型PLC。
① 低档机 ② 中档机 ③ 高档机
3、PLC的工作状态
PLC有两种工作状态：运行（RUN）状态和停止（STOP） 状态。 在运行状态，PLC通过执行反映控 制要求的用户程序来实现控制功能。为 了使PLC的输出及时地响应随时可能变 化的输入信号，用户程序不是只执行一 次，而是反复不断地重复执行，直到 PLC停机或切换到STOP工作状态。 除了执行用户程序外，每次循环过 程中，PLC不还要完成内部处理、通信 处理等工作，一次循环可分为5 个阶段， 如右图所示。