低压机组自动化

SD9000-K-1A自动化装置将控制与保护功能集于一身，其自检功能能检测出输入与输出的各种状态，以此装置为核心的水轮发电机控制系统可实现自动停开机，自动励磁，自动调频调压，自动同期等功能。

低压机组自动化的组成：专门针对农村小型水电站AC400V装机容量800kW及以下低压机组的设备配套采用一机一屏(低压机组综合控制屏)，或一机两屏的模式，即由一台励磁屏和一台低压机组综合控制屏(带同期)组成;

低压机组监控保护功能：◆三段式复合电压电流保护◆零序电流保护◆过负荷保护(二段)◆高频保护◆低频保护(根据实际需要而特别增设)◆零序过压保护◆过电压保护◆低电压保护◆非电量保护◆TV断线告警◆控制回路异常告警◆装置故障告警◆装置掉电告警◆自动开停机功能◆自动准同期及调整功能◆控制功能：能对一个断路器进行远方、就地控制操作，具有断路器状态采集显示◆遥信功能：可采集20个开关量输入信号◆遥测功能：f、Ua、Ub、Uc、Uo、Ia、Ib、Ic、Io、Uab、Ubc、Uca、P、Q、cosφ等发电机运行参数◆录波功能三段式复合电压电流护零序电流保护装置的零序电流采用软件方法计算获得，仅用于音响报警(也可采用直接交流采样方式获取;采样方式的零序电流式定子接地保护，适用于机端三相出线上套有零序电流互感器的小型发电机。零序过流保护用于发电机中性点直接接地的场合，作定子一点接地保护或作母线接地的后备保护，也可单独作为发电机内部定子绕组90的定子接地保护。)过负荷保护定子过负荷保护反应发电机定子绕组的平均发热状况。装置设二段过负荷保护，各段电流及时间定值均可独立整定，可选择投或不投。过负荷一段保护，仅作用于音响报警过负荷二段保护，同时作用于音响报警及跳闸停机当发电机处在运行状态时，若三相电流中任何一相超过定值时，经延时发出预告信号，或启动跳闸出口。

高频保护/低频保护当发电机频率高于定值时，高频保护延时动作于独立出口，可配合发电机机组实现自动化功能(也可作为过速保护)当发电机处在运行状态，发电机频率低于定值时，保护延时动作于独立出口，低频保护可经滑差闭锁、低流闭锁、低压闭锁，即频率滑差大于滑差定值或电流低于低流定值或电压低于低压定值均闭锁低频减载功能，各种闭锁可组合或单独运用，以满足保护配置的要求低频保护是针对电站脱网带重负荷运行引入的一种保护，低频整定范围为45～50Hz。当机组频率下降或波动到低于整定值时，由微机监控保护装置发出跳闸、电气事故停机信号，作用于发电机出口开关，使机组跳闸，停止向外供电，从而使机组本身及所供线路上的电动机避免因低频运行带来的损伤。

励磁部分：微机型静止可控硅励磁屏，或采用微机型无刷励磁调节器方式，;配置电动阀门控制器传动控制进水蝶阀无气系统、油系统，只有简单的水通道对比——常见的常规低压机组控制屏只配置常规电磁式继电器实现过流保护、过压保护;(很多电站后期根据当地电网要求加装微机式频率电压保护装置，即“低频/高频解列”装置)配置独立的“自动并列控制器”，在人工手动调节过程中捕捉同期点，无同期闭锁功能;作为备用同期方式，手动同期采用“暗灯法”作为同期判断;

控制：以简易常规控制为主的模式，在控制屏上集中操作、集中监视，通过常规机械仪表、光字牌、信号灯等显示电气量，并实行对各机电设备的运行参数进行监视，用常规转换开关(操作把手)、按钮完成机组、主要辅助设备的操作和调节;不进行并网操作时的频率或电压的自动同期调整，只由自动并列控制器在手动调整过程中完成并列点的“寻找或捕捉”仅在部分配置了可进行电动操作的调速、调压发电机组的电站改造实现了自动同期并网微机型低压机组综合控制屏把发电机的配电主回路和控制、发电机保护、发电机二次测量、发电机控制、发电机励磁无刷励磁机组甚至于水轮机自动回路等二次回路的设备有序的安装在同一屏内!对于电站配置来说，只需一机一屏，结构灵活、实用性强、性能价格比高。

自动化发电机组自动启动及投入功能

当市电电网停止供电或市电电压低于80%的额定值时机组将自动启动，启动成功后，给负载供电，一次启动成功的整个过程控制在15秒内，具有远端接口，可设置启动延时，实现发电机组自动启动和停机。

自动化发电机组自动退出功能

发电机组在自动状态进行自发电输出期间，如果市电恢复并经30秒确认后，机组开始执行自动退出程序，机组将首先切断负载，恢复市电供电，然后冷机运行2分钟后自动停机。若冷机运行期间，市电停止供电，则机组自动调高速，恢复对负载供电。

自动化发电机组预告警/故障保护功能

电池电压低，充电失败，过流，油压低、水温高等具有预告警功能，即数值在告警不停机，此时告警灯闪烁；当数值超过停机值时，油机产生故障并且停机。

转速低、超速、频率超限，电压超限、急停、启动失败有故障保护功能，如果某路模拟量输入值大于上限或小于下限，开始对应的过高/过低延时，延时结束后，数值扔未恢复正常，油机立即故障停机，告警灯长亮。

上述各种报警信号均有自锁功能，只有现场人员排除故障后，按下“停机”键才会使系统恢复正常。

自动化发电机组自动充电功能

机组在市电或自发电期间，可对启动控制电瓶进行自动充电。充电系统采用开关电源，它可对电瓶实现两阶段方式充电。在充电第一阶段，电瓶容量较低时，采用恒流6ADC充电，当电瓶电压到26.5VDC转入恒压充电，并一直保持浮充电。当电瓶充足电时，充电电流自动为零。

自动化发电机组手动功能

机组控制系统的面板上有自动和手动，当系统工作在手动状态时，可实现对机组的启动，高低速装换、供电、停机、报警信号灯光试验报警解除自发电分闸和合闸，市电合闸等操作。紧急停车旋钮在自动与手动状态下均生效。非常紧急情况，切勿用此按钮。

自动化发电机组其他功能概述

使用动画图标式告警、故障显示、高亮度、多色液晶显示器显示参数；自动记录机组运行时间；结构紧凑合理、性能稳定可靠。

单元机组自动化设计技术，从引进美国EBASCO技术以来已有很大提高，这里仅就设计中若干新问题发表一些看法。

火电厂自动化设计控制室及控制方式发展趋向

1） 控制点日益集中，控制室位置日益多样化

随着自动化技术发展、自动化水平提高，值班人员的职责理念也正在发生变化，机组的运行日益依赖自动化系统。为了便于管理，减少值班人员，控制点可以适当减少，过去有的电厂搞了一机一控方式，那么在技改中就应当改为二机一控，或三机一控方式（全厂三台机组时），甚至四机一控方式，实现全厂高度集中控制，法国人设计的来宾B厂二机一控，但控制室在固定端，控制室与机组距离跟四机一控类似。

控制室位置也日益多样化，有象来宾B电厂那样布置在固定端，在国外还有布置在生产办公楼里或专门的一个小建筑物里，他们认为适当有一点距离不会造成问题，因为控制室值班人员很少，必须坚守值班，而巡视及辅助操作应让给就地巡视人员来进行。这为全厂布置综合优化提供了新思路。

2）控制室设计

a)从人机工程学角度，应降低CRT高度，因此，放CRT的桌面宜低下去一块，特别是当采用特大屏幕显示器时更需要注意这个问题。

b)控制室小型化 这是取消大量后备监控盘台的必然结果。

c)电缆夹层问题，由于采用全CRT监控，后备监控设备很少，因此，控制室主环下面无需设很高的电缆夹层，下面这一块空间可加以利用

d)关于CRT双层布置问题，美国老厂改造工程中，CRT双层布置的情况很多，这主要是因为控制室比较小，值班人员又只有一个人，从缩小监视面角度需要出发形成这种设计方案，这在某些特定情况下，也不失为一种可以借鉴的方案。

火电厂自动化设计DCS一体化问题

DCS一体化实现多种功能，有许多好处，例如，维护方便，备品备件减少，信息共享快速、可靠，人机界面统一等等，DCS功能最早包括DAS、MCS、SCS和FSSS，发展到今天，DCS一体化范围可以进一步扩大。

1） DEH采用DCS系统实现问题，规程中提出二个前提，一是由汽轮机厂负总责，即提

出和审定功能框图和性能要求，并落实与汽机的接口，二是DCS公司有成功应用DCS实现DEH的经验。目前大部分DCS公司已经能满足上述要求了，当然我们仍然不排斥汽轮机厂或DEH专业厂供应专门DEH系统的方案，一般说来，他们经验更丰富一些，当前已经可以方便的解决DCS与DEH间双向冗余通讯，实现用DCS操作员站作为单一人机界面（个别情况下，对于控制信号可以采用硬接线实现）。

2） ETS纳入DCS问题。经历这一段实践DCS可信度大大提高，已有一些工程成功的

将ETS纳入DCS，但必须注意ETS的控制器处理周期不应大于50ms，最好在20-30ms间。另外应采用独立的冗余控制器，以尽可能提高可靠性。最近国家电力公司组织审查《老厂自动化技术改造导则》时，决定宜采用独立控制器改为应采用独立控制器。

3） 自动同期装置（ASS）纳入DCS问题。早期电气控制纳入DCS时，由于缺乏经验，

仅把发变组和厂用电的顺控系统（SCS G/A）纳入DCS，规定自动同期装置（ASS）、自动励磁调节装置（AVR）和发电机保护系统不纳入DCS，经过四、五年实践SCS G/A 纳入DCS无论从管理上和技术上均已成熟，取得成功应用经验。关于ASS装置，目前已有DCS公司有将其纳入DCS的技术，因此，在审查老厂技改导则时，将相关条文改为，当DCS的公司有将其纳入DCS的成功应用经验时，也可将ASS纳入DCS，这充分体现了技术发展时规程也要跟着变化的思想，防止规程成了束缚技术发展的框框。

火电厂自动化设计单元机组保护设计若干问题

1、快速切负荷（FCB）保护

FCB指的是当发电机解列或主汽门关闭时，保护立即采取措施，快速打开旁路泄压，同时，锅炉也迅速将负荷降低到接近旁路最大允许负荷，维持短时运行，即人们常说的停机不停炉。FCB的目的是一旦汽轮机或发电机排除故障后，恢复单元机组负荷可以快些，在某些情况下还可由本机维持厂用电。

从系统角度出发，什么情况下机组必须设置FCB功能？这取决于系统对机组要求，它是否肩负责着电网崩溃时，坚持带厂用电运行，以尽快恢复电力系统运行。从这个角度出发，一个电网中应有若干电厂具有这种功能，遗憾的是，目前电网管理部门对此尚未引起注意和适当的规划。

2、 逆功率解列发电机问题

国家电力公司颁发的《防止电力生产重大事故二十五项重点要求》9.1.6条规定"正常停机时，在打闸后，应先检查有功功率是否到零，千瓦时表停转或逆转以后，再将发电机与系统解列，或采用逆功率保护动作解列。严禁带负荷解列。"但二十五条对汽机故障情况的单元机组联锁保护未作说明。

目前的设计技术规程对如何配合3.1.6条要求也尚无明确规定，大都仍按汽机停机（主汽门关闭终端开关闭合）立即解列发电机。按此设计的联锁条件与3.1.6条要求有抵触，因为，正常停机时，关闭主汽门后，只要终端开关闭合，不管主汽门或调速汽门是否关严，也不管是否出现逆功率，早已把发电机解列了。当然在不改变原先规定的联锁条件下，稍加修改也是可以满足3.1.6条要求的，例如，增加一个"正常停机"按钮，当操作该按钮停机时，不立即联锁解列发电机。但是，这容易产生误操作，所以，我认为最好还是根据制订3.1.6条的精神，修改单元机组的保护联锁条件。

火电厂自动化设计监控系统优化问题

我在一次会议上曾经指出，进入21世纪，DCS应当和将要出现质的变化，这时除了DCS结构变化外，主要指的是整个自动化系统的应用软件方面，特别是监控系统优化问题。经过十几年，DCS技术基本成熟，监控系统设计和应用技术尽管还有一些不尽人意之处需要解决，但重心应当转向进一步优化方面，优化出安全、出效益。国外，也正在迅速向这方面发展。希望这一次不要拉开太大差距，甚至在有些方面可以超过它们。

监控系统优化可以有以下几个方面：

1、加强操作指导功能

2、提高自动化水平

3、进一步实现优化控制

大功率半转速汽轮机组低压模块落地结构专利目的

《大功率半转速汽轮机组低压模块落地结构》的目的在于：提供一种内、外缸相对独立的大功率半转速汽轮机组低压模块的落地布置结构。

大功率半转速汽轮机组低压模块落地结构技术方案

《大功率半转速汽轮机组低压模块落地结构》所采用的技术方案是：

一种大功率半转速汽轮机组低压模块落地结构，所述低压模块静子部件包括低压外缸、低压内缸和低压轴承座，所述低压内缸通过一对对称设置在低压内缸的横向两侧的支撑装置刚性连接、并独立支撑于汽机运行平台基础上，所述支撑装置一端固定连接低压内缸侧壁，另一端穿过低压外缸侧壁上对应设置的安装孔、固定连接汽机运行平台基础；所述低压外缸底部的排汽口与凝汽器喉部刚性连接。

所述支撑装置包括相互连接的连接块和曲臂两部分，连接块固定连接在低压内缸外壁上，曲臂的一端固定在汽机运行平台基础的上，另一端穿过低压外缸侧壁上对应设置的安装孔、与连接块固定连接。

所述曲臂的弯曲角度为90°-150°。

所述低压内缸汽机侧横向两侧相向的两个曲臂与连接块的连接处分别设置有横向导向键；低压内缸底部汽机侧及电机侧分别反向延伸出一段连接杆，该连接杆对应轴向中心线，汽机运行平台基础预埋件上装焊有限位杆，连接杆和限位杆槽块配合构成轴向导向键，轴向导向键连线与横向导向键连线的交点即为低压内缸的死点。

所述低压内缸外表面、支撑装置的安装面上装焊有加强箍筋。

所述支撑装置与低压外缸上安装孔的结合部内设置有膨胀节。

所述低压轴承座直接坐落在汽机运行平台基础上。

大功率半转速汽轮机组低压模块落地结构改善效果

《大功率半转速汽轮机组低压模块落地结构》所产生的有益效果是：

整个低压模块轴向较短，横向较长，控制了汽轮发电机组总长；一方面通过优化低压内缸筒体、隔板、导流环结构控制其整体重量，另一方面根据有限元分析软件计算结果，设置低压内缸加强箍筋，优化支撑装置结构，增加低压内缸刚性，将低压内缸天地方向变形量控制在有效范围内，便于隔板汽封、叶顶汽封径向间隙的设计和现场机组动静部件的安装；低压轴承座单独落地，转子标高不受汽机运行工况的改变而发生改变，保证了机组径向间隙，增加机组稳定性和安全性；低压内缸穿过低压外缸，横向独立支撑于汽机运行平台的低压模块结构方案，使低压内缸和汽机运行平台基础免受真空载荷，便于机组轴系的对中、径向间隙的调整和设计院汽机运行平台基础的设计。《大功率半转速汽轮机组低压模块落地结构》通过布置于低压模块汽机侧的低压内缸死点，控制低压内缸热膨胀方向，保证机组动静间隙，提高机组运行可靠性、安全性。

《大功率半转速汽轮机组低压模块落地结构》在基本不改变内、外缸的结构的情况下，使得内、外缸相对独立，在低压内缸的支撑刚性能够得到保证的情况下，使低压内缸和汽机运行平台基础免受真空载荷，便于机组轴系的对中、径向间隙的调整和设计院汽机运行平台基础的设计，提高机组运行安全性。