【正文】  摘 要：水电站机组自动化是否可靠将直接影响到整台机组乃至全厂自动化水平、机组状态监测系统和计算机监控系统各种功能的发挥。水电厂自动化元件质量优劣关系到水电厂安全运行，也影响着综合自动化水平的提高。
  关键词：自动化元件；状态监测；监控系统；安全
  1概述
　　水电厂水轮发电机自动化元件是主机及辅助设备的逻辑控制、监控必不可少的设备，也是水电厂实现综合自动化、运动及计算机控制的基础，自动化元件的配置与优化是水电厂综合自动化系统重要环节，是水电厂综合自动化系统成败的关键。尤其是在计算机监控技术的，长期发展和广泛应用的今天，基础自动化元件选型配置的不合理，直接导致水电厂综合自动化系统出现“四肢简单，头脑发达”的问题。因此自动化元件的配置、选型和运行维护一直是所有水电厂自动化设计、开发和运行维护人员所关注的热点。
　　瀑布沟水电站是大渡河流域水电梯级开发的下游控制性水库工程，是大渡河流域梯级电站开发的关键项目之一，大渡河水电基地是国家规划的十三大水能基地之一，是西部大开发标志性工程，是中国国电集团公司目前装机最大的水电厂。瀑布沟水电站共装有6台单机容量600MW混流式水轮发电机组。随着瀑布沟电厂运行方式的完善，“无人值班、少人值守、远方集控、大倒班”模式的不断深入，对电厂综合自动化系统提出更高的要求。瀑布沟电站自动化元件作为整个综合自动化系统的基础，其配置以长期稳定可靠、灵敏度高、结构简单、运行维护方便而闻名。
  2自动化元件
  自动化元件主要是用来监视机组本体、监视油水气系统、监视机组辅助控制系统，包括、转速、流量、压力、温度、液位、导叶位置信号等，在机组PLC程序控制中，结合自动化元件一些列反馈信号，计算控制实现某一给定任务和实现报警功能。
  2.1温度测量
　　温度作为机组运行状态的一个重要指标而备受关注，在瀑布沟电站主要是上导、下导、水导、推力轴承瓦温、油温，主变压器油温、绕组温度、定子压板温度、调速器回油箱温度，四部轴承冷却水、空冷冷却水、主变冷却器冷却水温度；IPB母线温度测量等。目前，一般采用铂电阻（PT100）和红外测温测量。瀑布沟PT100都采用三线制接线，在0摄氏度时它的电阻值为
　　



         
100欧姆，它的电阻值会随着温度上升近似匀速的增长，但二着之间的关系是一个抛物线，铂电阻的标称电阻小，能与各种电路匹配，远距离时几乎无需考虑引线电阻的影响，热惯性小，相应速度快。对于不能直接接触的设备，采用红外测温的方式，瀑布沟使用2005MID红外测温装置，它通过其光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测器上并转为4-20mA的电信号，再送到信号处理器和监控系统LCU采集并显示。
  2.2 压力测量
　　压力测量是对设备，对人身安全的一个重要保障，特别是在高压容器中尤为重要，同时压力作为设备运行性能的一个重要指标得以重点关注。瀑布沟机组的压力测量点较多，包含调速器、圆筒阀的压油装置；机组和主变技术供水的总管压力，各辅助设备的压力点等，瀑布沟电站一些设备是将压力的模拟量和开关量相结合，二者互为备用，相辅相成。






  针对压力的用途，采用WIKA压力表直接显示某些设备的压力值，便于运行维护人员日常巡回检查；H100-703压力开关提供一对常开节点和一对常闭节点，通过它将设备的压力信号通过开关量的方式送到各监测的PLC软件中，用作程序某些功能的判断依据；将机组转轮、顶盖、蜗壳和尾水各流体部件的压力用KELLER(柯乐尔)压力脉动变送器传递转化为4-20mA的电流信号送给状态监测系统；使用最多的是FOXBORO压力变送器，它将压力信号转化成为4-20mA的电流信号送给PLC系统和监控网络，同时也换算成为相应的压力值在变送器上显示。在瀑布沟调速器水头测量中，也是将水头压力信号通过压力变送器转换为电流信号送到调速器的水头测量装置中，再换算成水头值。
  2.3液位测量
液位测量主要用于机组的油位和水位测量，瀑布沟电站都是将液位采集模拟量同开关量相结合的方式综合判断液位高低。在机组四部轴承油位、调速器压油罐和圆筒阀压油罐都使用WEKA磁翻板液位计、FINE(凡宜)液位计和磁滞开关相结合采集油位信号，在磁翻板上可以直接看到油位高低，通过磁翻板和磁滞开关的配合，将油位的高程转化为预设好的开关量信号输出，液位计直接将液位转化成为模拟量信号送监控系统。
          
　







  顶盖排水系统是瀑布沟电站的一个重要辅助系统，若顶盖排水系统失效，将造成水淹顶盖、水淹水导、甚至事故停机的严重后果，因此在顶盖设置了P+F(倍加福)浮子开关和7ML5033 + 7ML1115的MILLTRONICS(妙声力)超声波液位变送器双重配置的液位测量装置。其中浮子开关主要用于水位的开关量的输出，超声波液位计提供一路模拟量输出和一路开关量报警输出，模拟量用于顶盖排水泵的启/停控制，开关量用于水位高报警处理。
  2.4流量测量
　　流量监测分为两大类，一是流经机组的流量，用于计算耗水率和机组效率。二是辅助系统管路介质流量。通常港行使用的方法有超声波法、电磁感应法、蜗壳压差法等，在众多的方法中瀑布沟电站主要使用的是以电磁感应为原理的流量计，用于机组和主变技术供水系统、油循环系统，它包含模拟量流量值和流量开关信号。
　　　　                               









  针对开关量这一信号要求瀑布沟电站使用TURCK(图尔克)流量开关（示流器），它体积小、敏感于流动的液体，介质温度范围较广，而且提供流量指示信号灯和一对常开、常闭节点输出。对于对流量要求比较严格的设备，类似于技术供水等，瀑布沟电站使用SSK513电磁流量计、KROHNE公司的IFC100W电磁流量计，二者都是通过电磁感应原理，将流量转化为4-20mA的电气信号送监控系统，并计算为相应的流量值显示在LED显示屏上，通过一对开关量信号，将流量的低/高限报警信号输出。
  2.5转速测量
　　转速测量时水轮发电组最重要的参数之一，它与调速、励磁、同期等控制系统直接相关，如果转速测量系统发生故障，那么对于机组将是灾难性的影响，这对于“无人值班、少人值守”电站要求更为苛刻。目前瀑布沟电站使用的转速测量有两种方式，第一种是磁盘测频，通过在机组大轴上安装齿盘测速带，用测速探头，将测速带上的凹凸齿信号转换为一些列脉冲信号输出，经过滤波整形之后，通过PLC高数计数模块计算出机组频率，再算出转速。瀑布沟测速制动装置采用的是双探头设计，二调速器齿盘测速采用单探头设计。由于齿盘测速在高转速区稳定性不好，因此引入另一种测速方式。
　　










　　第二种是残压测频，通过发电机机端电压互感器，将电压信号引至调速器残压测频模块，通过测频模块的限制、滤波和整形后转化为一系列脉冲送到PLC高数计数模块，最终转化为转速信号多送调速器PLC和监控系统。残压测频在低转速区波动较大，但在高转速区却十分稳定。因此瀑布沟机组调速器在低转速区（<10HZ）采用齿盘测屏，高转速区使用残压测频，机组转速信号报警通过南瑞SJ-22C和克拉克CM200测速装置采集，动作报警与115%Ne过速和145%Ne过速。
  2.6位移测量
　　调速器导叶开度作为机组调速器运行在开度模式或电手动运行的一个重要参数，瀑布沟采用RHM0600MD601A01 MTS位移传感器监测导叶开度。MTS位移传感器的核心包括一条铁磁材料的测量感应元件和一个可以移动的永磁体，磁铁和感应元件会产生一个纵向磁场，这两个磁场在相交时会产生“磁致伸缩”现象，形成一个应变脉冲，利用该脉冲的传递时间测量传感器的位移，这样的原理无需定期重标或担心断电后归零的问题，而且这种非接触式的测量消除了机械磨损的问题。瀑布沟电站大坝机电机械闸门一般都使用旋转编码器，通过读取旋转编码器上的光通道刻线明、暗程度就能得到一组20到2n-1唯一的二进制编码（格雷码），在送到PLC计算得到相应开度。












  2.7位置信号测量
　　瀑布沟电站机组的位置信号主要包括机组制动风闸信号、锁锭信号、导叶位置信号等。这类信号主要使用机械式位置开关或接近开关测量。但机械式位置开关机械弹簧节点长时间运行后动作不灵活，调试也不方便，运行过程中常有误发信号和错发信号的情况，电气的接近开关相比更为稳定。
  2.8剪断销信号
　　剪断销作为反映水轮机导叶的剪断销断裂事故的发信元件，其选择主要有主机厂根据机组形式配套提供，瀑布沟电站使用的是常闭式剪断销信号器，将信号直接接入计算监控系统。水车室比较潮湿，在安装时一定做好绝缘处理，以防止监控系统电源接地。
  3结语
　　水电站基础自动化是一个综合的、系统的工程，是水电站能否落实“无人值班、少人值守”的关键所在，瀑布沟电站将会在自动化建设上再次深入的研究，以确保系统的可靠性，先进性和合理性。
  参考文献:
  【1】 魏守平，水轮机控制工程。武汉：华中科技大学出版社，2005。
  【2】李基成，现代同步发电机励磁系统设计及应用。北京：中国电力出版社，2005。
  【3】 魏守平，罗 萍，水电自动化与大坝监测，2003。
  【4】 GB/T 652.1-1997.水轮机调速器与油压装置技术条件。1997。
  作者简介：王 军（1988），男，从事水电站运行维护、调速器控制系统检修以及自动控制系统检修工作。
  李于芮（1989），女，从事水电站运行维护以及自动控制系统检修工作。