天荒坪抽水蓄能监控系统毕业论文

-.z抽水蓄能监控系统概述：抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷顶峰期再放水至下水库发电的水电站。又称蓄能式水电站。抽水蓄能电站由上水库输水系统安装有机组的厂房和下水库等建筑物组成，抽水蓄能电站的上水库是蓄存水量的工程实施，电网负荷低谷时段可将抽上来的水存储在库内，符合顶峰时段由水库放下来发电。输水系统是输送水量的工程设施，在水泵工况下把下水库的水量输送到上水库，在水轮机工况下将上水库放出的水量通过厂房输送到下水库。厂房是放置蓄能机组和电气设备等重要机电设备的场所，也是电厂生产的中心。抽水蓄能电站无论是完成抽水发电等根本功能，还是发挥调频调相升荷爬坡和紧急事故备用等重要作用，都是通过厂房中的机电设备来完成的，抽水蓄能电站的下水库也是蓄存水量的工程设施，负荷低谷时段可满足抽水的需要负荷顶峰时段可蓄存发电放水的水量抽水蓄能电站的机组设备：抽水蓄能电站必须起到抽水和发峰荷出力这双重功能的作用。为了有效地完成这两个功能，必须设置相适应的设备。所使用的设备是：对于发电来说有：1发电机2.变压器和开关设备3.水轮机〔a水斗式b混流式c斜流式d轴流式〕这些设备与普通水电站是一样的对于抽水来说有：1电动机2.水泵〔a单级或多级式水泵b单吸或双吸式水泵〕3可逆式水轮机a单级式b多级式4.同轴水泵水轮机，离心式水泵已在中高扬程的情况下用来输送大流量的水。抽水蓄能电站与常规水电站相比抽水蓄能电站与常规水电站相比运行方式与常规电站的不同抽水蓄能电站有发电和抽水两种主要运行方式，在两种运行方式之间又有多种从一个工况转到另一个工况的运行转换方式、正常运行方式具有以下功能1.发电功能：常规电站主要的功能是发电，即向电力系统提供电能，常年的年利用时数较高一般在3000-5000h。蓄能电站本身不能向电力系统供给电能，它只是将系统中其他电站低谷电能和多余电能通过抽水将水流的机械能变为势能，存储于上水库中，待到电网需要时放水发电，蓄能机组发电的年利用时数一般在800-1000h之间。蓄能电站的作用是实现电能在时间上的转换。经过抽水和发电的两个环节它的综合效率在75%左右。2.调峰功能。具有日调节以上功能的常规水电站，通常在夜间负荷低谷时不发电，而将水量储存于水库中，待尖峰负荷时集中发电，即通常所谓带尖峰运行。而蓄能电站是利用夜间低谷时其他电源〔包括火电站、核电站和水电站〕的多余电能，抽水至上水库储存起来，待尖峰负荷时发电。因此，蓄能电站抽水时相当于一个用电用户，其作用是把日负荷曲线的低谷填平了，即实现填谷。填谷的作用使火电出力平衡，可降低煤耗，从而获得节煤效益。蓄能电站同时可以使径流式水电站原来要弃水的电能得到作用。3.调频功能。调频功能又称旋转备用或负荷自动跟随功能。常规水电站和蓄能电站都有调频功能，但在负荷跟踪速度〔爬坡速度〕和调频容量变化幅度上蓄能电站更有利。常规水电站自起动到满载一般需数分钟。而抽水蓄能机组在设计上就考虑了快速起动和快速负荷跟踪能力。现代大型蓄能机组可在一两分钟之内从静止到达满载，增加出力的速度可达每秒1万kw，并能频繁转换工况。最突出的例子是英国的迪诺威克蓄能电站，其6台300MW机组设计能力为每天起动3-6次；每天工况转换40次；6台机处于旋转备用时可在10s到达全厂出力1320MW。4.调相功能。调相运行的目的是为了稳定电网电压，包括发出无功的调相运行方式和吸收无功的进相运行方式。常规水电机组的发电机功率因数为0.85-0.9，机组可以降低功率因数运行，多发无功，实现调相功能。抽水蓄能机组在设计上有更强的调相功能，无论在发电工况或在抽水工况，都可以实现调相和进相运行方式，并且可以在水轮机和水泵两种旋转方向运行，故其灵活性更大。另外蓄能电站通常比常规电站更靠近负荷中心，故其对稳定系统电压的作用要比常规水电机组更好。5.事故备用功能、有较大库的常规电站都有事故备用功能抽水蓄能电站在设计上也考虑有事故备用的库容，但是蓄能电站的库容相对于同容量的常规电站要小，所以其事故备用的持续时间没有常规水电站长。在事故备用操作后，机组需要抽水将水库库容恢复。同时抽水蓄能机组由于其水利设计的特点，在作旋转备用时所需消耗电功率较少，并能在发电和抽水两个旋转方向空转，故其事故备用的反响时间更短，此外，蓄能机组如果在抽水时遇电网发生重大事故，则可以由抽水工况快速转换为发电工况，即在一两分钟内，停顿抽水并以一样的容量转为发电，所以有人说，蓄能电站有两倍装机容量的能力来作为事故备用。当然这种功能是在一定条件下才能产生的。6.黑启动功能。黑启动是指系统解列事故后，要求机组在无电源的情况下迅速起动，常规水电站一般不具备这种功能。现代抽水蓄能电站设计时都要求这种功能抽水蓄能远景；当一个新的抽水蓄能电站并入电网运行时，必须面对的是提高整个电网的效能，这比提高被并网电站的最大效能更重要。例如可靠性、事故率和空载运行的费用等情况都是必须要考虑的抽水蓄能的优点：在系统中发挥了重要作用抽水蓄能电站运行具有几大特性：它既是发电厂，又是用户，它的填谷作用是其它任何类型发电厂所没有的；它启动迅速，运行灵活、可靠，除调峰填谷外，还适合承当调频、调相、事故备用等任务。目前，中国已建的抽水蓄能电站在各自的电网中都发挥了重要作用，使电网总体燃料得以节省，降低了电网本钱，提高了电网的可靠性。现举几个电站的运行情况，说明抽水蓄能电站在系统中的作用它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网顶峰时期的高价值电能，还适于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，且宜为事故备用，还可提高系统中火电站和核电站的效率。具体如下五点1.电站使用期长。甚至在运行25年以后还可以高效运行。2.运行可靠、事故率低维修费用小3运行灵活性大。在几分钟之内机组能由停机状态到满负荷运行，并且能快速的停机；能够迅速的从一种运行状态转换成另一种运行方式，这些优点帮助电网有效地满足骤加的峰荷和冲击负荷。与火电机组相比，抽水蓄能机组用很低的费用就能处在空载运行的状态4转动局部的惯性大有利于保持电网的稳定5.能自动的实现机组不同的运行工况，甚至经常通过遥感来实现，这样可以大量的节省人力资源水电站计算机监控系统水电站计算机监控系统是利用数字电子计算机对水电站的电能生产过程进展的一种控制。采用计算机控制的目的，是为了提高水电站的自动化水平，提高水电站的供电质量，提高水电站的平安运行水平，提高水电站的劳动生产率和经济效益。

在水电站计算机监控系统中，人们用电子计算机代替传统自动控制中的控制器和控制方法，使控制过程更合理、更灵活、更及时。因此，计算机控制比传统的自动控制和自动化技术有更多的优越性和更大的经济效益。但是，计算机控制的实现仍然与传统的自动控制和自动化技术有着密切的联系，可以说，计算机控制系统是传统的自动控制技术与计算机技术相结合的产物。

水电厂计算机监控系统是一门涉及多种学科和新技术的综合性科学技术，近年来有了较大的进展。尤其是随着数字电子计算机(以下简称计算机)性能不断提高，价格不断降低，使得计算机在工业生产过程控制、以致水电厂自动化中的应用愈来愈更为广泛。它的应用对水电厂生产带来了巨大的效益，标志着自动化技术发生的重大变革。第一节

计算机监控系统开展概况和应用意义第一台数字电子计算机于1946年正式投入运行。开场，计算机只用于军事领域。第二次世界大战后不久，人们就着手将计算机应用于非军事领域。从应用的情况来看，计算机应用于生产控制过程，大体上经历了试验阶段、实用和普及阶段以及分级控制阶段。1952年首先在化工生产中实现自动测量和数据处理。1954年开场用计算机进展开环控制，操作人员可以根据计算机的分析结果进展参数的调节控制。1958年工业上第一台闭环计算机在化工生产中投入运行。由于当时计算机的价格昂贵，可靠性也差一些，因此，计算机控制的开展还是比拟缓慢的。70中代以后，由于小型计算机及微型计算机的功能大大扩展，价格也比拟廉价，同时可靠性有了进一步的提高，使计算控控制技术在化工、机械、纺织、航天、交通、冶金、电站等各行各业中，得到了广泛的应用。

水电厂计算机监控系统的开展经历了人工监控，调度和远动化(遥测、遥信、遥调、遥控)监控以及以计算机为核心，以现代数据通信为根底的计算机监控系统等三个阶段。最早将计算机用到水电厂计算机监控系统的是美国，那还是二十世纪的60年代，由于当时的计算机体积大、性能差、缺乏软件支持，所以当时的监控系统只能承当电厂运行参数的记录和报警等。70年代，国外计算机在水电厂得到了比拟广泛的应用，完成的功能也比拟复杂。1974年美国在哥伦比亚河梯级电站的大古力水电站实现闭环控制。大古力水电站现在装机容量为600万kW，是世界上第一个实现闭环控制的最大的水电站，尽管它的控制系统存在许多缺乏，直到现在还在不断地进展改良，但它是水电站计算机控制开展史上的一个重要里程碑。70年代以后，随着计算机技术向较高的水平的不断开展，不管是硬件的集成度、可靠性、经济性和综合技术指标，还是软件配置的丰富程度和适应性等方面，都使得计算机在水电站监控系统中应用条件日趋成熟，已能承当起重要的角色。从那时开场，一些工业兴旺国家，在水电站中逐步采用计算机监控系统，取得了显著的效益。从应用的水平上看，各国是不平衡的，其中美国、日本、法国等国家处于领先地位。

在我国，水电厂自动化应用计算机起步较晚，专业技术人员短缺，计算机资源缺乏，应用*围还较窄，深度也较浅。较早的主要进展以数据采集为主的试验和研究工作。“六五〞期间，开场了以重点对水电厂计算机监控、水轮发电机调速、励磁调节、水情自动测报等方面的科研和应用试点工作。如以**梯级及永定河梯级水电站，富春江及葛洲坝水电厂为代表的计算机监控系统的试点；在个别电厂上进展的以微机调速和励磁调节的试点，黄龙滩的水情自动测报，第二松花江的水情自动测报及水库调度自动化的试点等，这些都取得了一定的成效。在“七五〞期间又有了新的突破。1987年10月，原水利电力部在**召开了全国水电厂自动化技术总结和规划落实工作会议，在总结经历的根底上，制定了?“七五〞期间水电厂自动化计算机应用规划?。按照规划要求，“七五〞期间，我国将有包括葛洲坝、格鲁布、白山、**、永定河等30个左右的水电厂实现计算机监控和经济运行，其中五个水电站梯级实现实时经济调度，一个水电厂将试点无人值班。并且明确了通过“七五〞规划的实现，促使我国水电厂自动化方面应用计算机技术从科研试验走上实用推广的战略目标。通过执行“八五〞规划的近十年来，我国水电厂自动化水平有了很大的提高，已有几十个水电厂实现了计算机监控。并对几个“无人值班，少人值守〞的电站进展了重点实施，目前已取得了一些经历，这些成果和经历对我国水电厂计算机监控系统的开展必将发挥很好的推动作用。

隔河岩电厂的计算机监控系统，取消了常规控制局部，采用了加拿大CAE公司供货，由CAE和长委合作开发的、国内首次实现的全计算机监控系统。该系统已于1993顺利投入运行，代表了国外90年代初水电厂计算机监控系统的开展水平。

水电厂计算机监控系统之所以被引起如此的关注，并得以如此高速的开展，主要在于它具备有完成自动化功能的性能条件，即它具有大的存贮容量，快的运算速度和高的准确度等。实践证明：水电厂应用计算机监控系统对提高自动化水平，保证平安运行，提高经济效益，改善劳动条件，促进技术进步都具有十分重要的意义。

首先，实施计算机监控有利于提高水电厂运行可靠性。水电厂机组启停频繁，工况和出力变化迅速。梯级水电厂更是机组台数相对较多，分布*围广，运行方式复杂。这些均要求水电厂必须具有较高的自动化水平。实现全厂或全梯级的计算机监控，不仅能对影响全厂、全梯级平安运行的主要设备、关键设备进展可靠的监视，并能对故障、事故的发生给予自动报警和登录，给出故障处理指导，这不仅有利于及时排除故障，而且可以防止误操作。而对于威胁平安运行的事故则能自动实施停机保护，有利于预防事故的扩大，保证设备的平安。从而，大大提高了水电厂的平安运行可靠性。

其次，实施计算机监控有利于提高水电厂的经济运行水平。经济运行是水电厂(特别是梯级水电厂)提高经济效益的重要手段。梯级水电厂的经济运行包括水库的优化调度，梯级各站的负荷优化分配和站内机组的优化组合。监控系统的经济运行和相应的控制软件，能够根据水情测报系统提供的实时信息自动完成以上各级优化，从而大大提高了水能利用率。同时，可以减少机组启停次数和因此而引起的无益空转时间，到达节水多发电的目的。对于梯级水电厂而言，实现计算机监控经济运行，至少可提高经济效益2%。据有关资料，法国罗纳河梯级水电厂改用计算机集中监控之后，效益增加了4%；杜朗斯河—维尔登河电厂群采用计算机监控后的效益增达16%。对于大中型电厂和梯级电厂，实施计算机监控的效益是极为可观的。最后，实施计算机监控有利于提高劳动生产率。与水电开发较早和自动化水平较高的国家相比，我国水电管理模式和职工劳动生产率处于一个相对较低的层次。据有关资料，国际水电装机万千瓦占用职工人数，先进的达0.7人/万KW，而我国，较好的是**抽水蓄能电厂为0.7人/万KW；而黄龙滩水电厂则到达了53人/万KW，其余的中小型电厂的情况就更不用列举了。为适应电力工业生产的需要，改革水电厂长期以来落后的管理局面，电力工业部正式提出水电厂实现“无人值班〞(少人值守)的装备政策，以此带动整个水电厂生产管理体制的改革，促进水电厂的技术进步，提高水电厂的平安经济运行水平，到达提高“经济效益、社会效益〞的目的。最后，实施计算机监控有利于提高劳动生产率。与水电开发较早和自动化水平较高的国家相比，我国水电管理模式和职工劳动生产率处于一个相对较低的层次。据有关资料，国际水电装机万千瓦占用职工人数，先进的达0.1

从世界的*围来看，水电站的计算机监控系统正在蓬勃开展。但还处于不断更新、变化的阶段，还没有形成典型的系统，各国的计算机监控系统很少是完全一样的。随着当今世界计算机科学飞速的开展，硬件和软件的更新换代周期不断减小。可以预计，这将会对水电厂计算机监控系统带来新的变革，产生更为深远的影响。面对水电站计算机应用繁重而艰巨的任务，人才培养和专业队伍建立显得十分重要。希望通过教材内容的学习，能了解计算机在水电站中应用的知识，掌握必要的理论根底，以及提高用于解决实际工作的能力，适应水电厂计算机监控开展的需要。第二节

水电厂计算机监控系统的主要任务水电厂的计算机监控系统所担负的任务是多种多样的，一般依不同规模、不同形式和不同的投资而有所不同，但不外乎有以下几种主要任务：

2.1发电过程自动控制

水电站水轮发电机组的开停、发电、调相状态的转换，发电机的并列运行，机组有功功率及无功功率的调节，进水闸门开闭以及开度的调节，以及辅助设备的自动控制等，都可以通过计算机发出有关命令而自动执行。此外，诸如对梯级电站的经济运行，电力系统的稳定控制，最正确励磁的控制，等等，都可以由计算机来完成。

2.2.对运行设备的监视

计算机监控系统对水电站运行中的发电机、水轮机及一些辅助设备的各项参数进展巡回检测，当发现这些设备的有关参数超过规定的上、下限值时，计算机便发出越限警报。对*些重要设备的关健参数，可以设置趋势记录，一旦发现有异常趋势，计算机便发出相应的警告，运行人员可以及时采取措施，防患于未然。同时，对于*些需要长期保存的重要数据，可以记入历史数据库，供以后查巡和分析之用。

以上第2点属于计算机监控系统的根本任务2.3自动处理事故

水电站出现的事故往往是突然的，时间很短促，运行人员很难对事故的性质作出准确的分析判断。在没有计算机控制时，对事故的判断和处理，在很大程度上取决于值班人员的经历。在设置了计算机监控系统后，计算机便对水电站的设备进展在线监视，对运行设备的各种参数进展记录和存贮，一旦发生事故，计算机便对事故进展分析，然后再执行有关的事故处理程序，使事故得到及时的处理，同时还记录了事故的性质、发生的时间和地点。

2.4最优发电控制

计算机对水电站的控制，最直接的目的就是进展最优的发电控制。控制的主要目的如下：

(1)根据电力系统对水电站有功功率的需要，调节水轮机导叶的开度，输入所需的水量。

(2)保证机组的最优配合和负荷的最优分配。当水电站承受上一级调度下达的发电任务之后，水电站运行人员必须根据本电站的机组数、各机组的技术性能，进展合理的组合，使各机组发挥最高的效率，使整个电站以最小的耗水量发出最多的电能。为了到达这个目的，必须制定合理的数学计算模型，由计算机进展计算，将各种可能运行组合的结果进好比拟，筛选出最优方案。

(3)保证水电站的电压质量及无功功率的合理分配。这项工作，由运行人员根据电力系统对本电站的要求，给计算机输入控制电站母线电压的上下限值，将无功功率分配给各发电机组。第三节

水电厂计算机监控系统根本模式

水电厂计算机监控系统的模式可根据计算机在水电厂监控系统中的作用和采用的控制方式两个方面来划分。

3.1水电厂计算机监控系统的模式

根据计算机在水电厂监控系统中的作用可划分为三种系统，其构造模式和特点分述如下。

3.1.1计算机辅助监控系统(CASC)

采用这种模式时电厂的控制操作主要仍由常规的自动装置来完成，计算机监控系统主要实现运行监视、数据采集、数据处理、事件记录、打印制表和经济运行计算等功能。这样可提高电厂的平安运行和自动化管理水平，并可取得一定的经济效益。采用这种模式，运行中计算机监控局部即使发生故障，水电厂仍能维持正常运行，只是局部功能暂时不能实现。这种模式对计算机监控系统的性能要求可以低些，因而其投资也较低，比拟容易实现。

3.1.2以计算机为根底的监控系统(CBSC)

CBSC系统的特点是水电厂的主要监控功能均由计算机监控系统完成，常规的控制装置可以取消，仅保存一小局部现地操作控制设备在特殊情况下备用。采用这种模式，对计算机监控系统的性能有很高的要求，随着计算机及电子技术的开展，应用冗余技术，配置双CPU、多CPU的装置均能满足水电厂监控系统可靠性的要求，使监控系统的利用率接近100%。CBSC系统是水电厂实现计算机监控的开展方向，目前国内许多大、中型水电厂均采用这种系统。

3.1.3计算机与常规装置双重监控系统(CCSC)

采用CCSC系统，水电厂具备两套各自独立的监控系统可以相互备用，这是一种由CASC方式向CBSC方式过渡的一种系统。随着计算机监控系统运行经历日益丰富及装置可靠性的提高，今后会有更多的电厂采用CBSC方式系统。

综上所述，以常规自动化装置为根底的计算机辅助监控系统(CASC)的优点为当计算机系统发生故障时，仍能维持电厂的正常运行，只是暂时失去局部功能；缺点是整个系统的功能比拟低，对整个电厂自动化水平的提高有一定限制。这种系统只能是一种过渡模式，最终还是要向CBSC模式开展。而计算机与常规装置双重监控系统(CCSC)的最大优点是可靠性很高，由于保存着较完善的常规控制系统，会使系统复杂，并增加设计、安装调试等工作量及自动化系统的造价。同CASC系统一样随着计算机技术的开展，特别是计算机系统可靠性的大大提高，CCSC系统也会逐渐向CBSC系统转化。以计算机为根底的监控系统(CBSC)是今后水电厂实现计算机监控的主要方向，目前国内外大中型水电厂根本上都采用这种模式。在实际运行中具有极高的可利用率。

3.2计算机监控系统的控制方式

根据计算机在水电厂监控系统中的控制方式划分，其构造模式和特点分述如下。

3.2.1集中式监控系统

设置一台或两台计算机对整个水电厂进展集中监视、控制，构成集中式监控系统。首先，由于水电厂所有信息都要送到计算机进展处理，所有操作、控制命令都由计算机发出，因而计算机故障，将导致全系统瘫痪。其次，生产过程所需采集的状态和参数均直接引入计算机，当机组台数较多时，将使现场敷设电缆过多、过长。随着微机技术的开展，计算机价格日益降低，目前大、中型水电厂均不采用集中式监控系统方式。在一些机组台数不多，控制功能要求较简单的中、小型水电厂中，仍然可以采用这种方式的监控系统。

3.2.2分散式监控系统

分散式监控系统是指以功能分散为主要特征，使监控系统实现负载分散，危险分散，功能分散，地域分散。就水电厂生产过程监控系统的功能而言，主要是数据采集、控制调节和事件记录等功能，因此可以按照这些功能设立多套相应的设备，独立完成各自的功能。

功能分散式监控系统并设有解决信息过于集中的问题，*个单功能装置计算机故障，则全厂功能因这局部功能将全部丧失，影响较大。近年来，多为分布式监控系统所取代。

3.2.3分布式监控系统

分布式监控系统是指以控制对象分散为主要特征。就水电厂而言，控制对象主要是水轮发电机组、辅助设备、开关站、公用设备、闸门及船闸等。按控制对