水轮发电机组的自动控制

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1、水轮发电机组的自动控制 2022-11-31机组的自动控制1.自动控制的定义 automatic automatic controlcontrol control of an operation without human intervention,in response to the occurrence of predetermined conditions.没有人为干预的情况下，对出现的预定状况做出反应的运行控制。2022-11-32机组的自动控制2.自动控制处理的三类变量2.1 模拟量analog quantity（AI、AO）连续变化的量。实际生产过程中，电流、电压、转速、温度、水位

2、等都是模拟量。2.2 数字量digital quantity(DI、DO)用有限个数位（0和1）表示的不连续变化的量。为了使计算机和PLC等数字设备能够识别和处理，模拟量必须转换为数字量才能输入各类数字设备。2.3 二进制量（开关量）binary quantity(DI、DO)只能取值为0或1的量。用于表征有/无、是/非、通/断、启/闭等相反的状态。二进制量可被视为数字量的特殊形式，常被称为数字量。2022-11-33机组的自动控制模拟量随时间的变化2022-11-34机组的自动控制数字量随时间的变化2022-11-35机组的自动控制二进制量（开关量）随时间的变化2022-11-36机组的自动

3、控制数字量举例2022-11-37机组的自动控制3.自动控制的类别及方法3.1 闭环控制闭环控制的范畴检测被控设备的某个输出参数与该参数给定值（期望值）之间的偏差，对此偏差进行处理（PID运算）后输出对被控设备的调节命令，以减少和消除偏差，使输出参数达到该参数的给定值。它是一种“检测偏差、消除偏差”的控制。水电厂的调速器和励磁调节器是实现此类控制的设备。2022-11-38机组的自动控制3.自动控制的分类3.1.2 闭环控制的特点1）被控量是模拟量。但在采用计算机实现闭环控制时，必须在数值上和时间上将模拟量离散化，转化为断续采样、数值不连续的数字量。2）经典的控制方式是PID控制，建立在状态方

4、程基础上的现代控制理论也已经在许多控制领域应用，但PID仍然是最常见的控制方式。2022-11-39机组的自动控制3.1.3 闭环控制举例2022-11-310机组的自动控制3.2 逻辑控制3.2.1 逻辑控制的范畴控制设备根据输入信号的组合，按照预定的规律输出操作命令。3.2.2 逻辑控制的分类：第一类为组合逻辑控制,其输出只取决于当前输入变量的逻辑组合，与此前的输入变量取值无关。第二类为顺序逻辑控制，即带记忆的逻辑控制，其输出不但与当前输入变量的逻辑组合有关，还与此前的输入变量取值有关。2022-11-311机组的自动控制组合逻辑举例2022-11-312机组的自动控制带记忆的逻辑控制20

5、22-11-313机组的自动控制3.2 逻辑控制3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法（SFC）1）IEC 60848 Specification language GRAFCET for Sequential Function Charts2）（等效采用IEC 61131.3 IEC 61131.3）可编程序控制器可编程序控制器 第第3 3部分部分 编程语言编程语言以上标准中都对以上标准中都对 SFC SFC 即即“顺序功能图顺序功能图”作作了规定。了规定。“顺序功能图顺序功能图”既是一种清晰的既是一种清晰的分析和描述方法，又是一种严密的编程分析和描述方法，又是一种严密的编程语言。已在各个工业领

6、域广泛应用语言。已在各个工业领域广泛应用.2022-11-314机组的自动控制3.2 逻辑控制3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法（SFC）与其他描述SFC顺序逻辑控制的方法相比，SFC既简单，又清晰严格。文字叙述顺序逻辑控制的缺点是，当有多种可能的选择时，文字叙述会导致“歧路亡羊”。旧式框图分不清输入和输出、条件和动作,很不严密。借用计算机软件流程形式的框图是严密的,但不便于转化为PLC程序。2022-11-3机组的自动控制15不严密的流程框图和计算机程序式的流程框图2022-11-3机组的自动控制163.2 逻辑控制顺序逻辑控制的描述方法（SFC）2022-11-317机组的自动控制3.2

7、逻辑控制 3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法（SFC）SFC 由步、有向连线和转换组成1）步：系统的状态，与一个或多个动作相联系。当它被激活，即处于活动状态时，相关联的动作将被执行。当它复归,即处于非活动状态时，相关联的动作停止执行。所谓动作，可以使启动一台电动机，开启一个阀门，点亮一个信号灯，或是启动一个内部的计时器或计数器。一个步也可以没有相关连的动作，这种步称为等待步。2022-11-318机组的自动控制3.2 逻辑控制 2）转换：只有当转换的逻辑值为真，即等于1时，下一步才有可能会转化为活动状态。转换可以是一个逻辑量，也可以是由多个逻辑量组成的逻辑式。这些逻辑量可以是来自被控制过程的信

8、号，如温度信号器、行程开关、转速信号流量开关或液位开关，也可以是控制器内部的内部变量或计时器、计数器等。转换经常是上一步动作结果的反馈信号。2022-11-319机组的自动控制3.2 逻辑控制 只有上一步处于活动状态时，转换的逻辑值为真才会造成下一步的激活，下一步一旦激活，上一步就会复归为非活动状态。如果希望有些动作不随步的复归而停止执行，或希望有些动作延时开始或延时停止，则需在这些动作旁加上特别符号标明。3）有向连线：顺序功能图依次推进的路线。如无箭头，默认方向是自上而下。2022-11-320机组的自动控制3.2 逻辑控制3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法4）含同时序列和选择序列的SFC2

9、022-11-321机组的自动控制3.3 自动控制分类及解决方法小结2022-11-322机组的自动控制2022-11-3机组的自动控制234.水轮发电机组的启停控制水轮发电机组有三种工况：静止、发电、调相常规机组极少采用调相运行，所以实际上只有两种工况：静止与发电。工况转换也就是开机与停机。开机与停机的顺序控制流程与机组的型式有关。混流机组、轴流机组、灯泡机组、冲击式机组和抽水蓄能机组的控制流程各不相同，但共同之处为主。以下的流程以混流机组为例。2022-11-3机组的自动控制242022-11-3机组的自动控制252022-11-3机组的自动控制262022-11-3机组的自动控制2720

10、22-11-3机组的自动控制282022-11-3机组的自动控制295.故障导向安全（fail-safe）故障导向安全的定义：防止个别元件的故障导致全系统的致命故障的设计原则。5.2 发展史：最早出现于证券业，投资者用于防止个别的决策错误导致完全破产的投资策略。此后应用到铁路运输业，防止个别元件故障导致重大设备和人员安全事故。例如，在信号系统出现问题导致情况不明时，停止运行。下图中，铁道占位发红灯信号，铁路断裂、信号电源或线路故障，也发红灯信号。2022-11-3机组的自动控制30Fail-safe图解2022-11-3机组的自动控制31水电站如何实现“故障导向安全”“失电停机”是在水电站“故

11、障导向安全”的重要措施。例如，在调速器失去控制电源时，事故电磁阀自动切换油路关闭导叶停机。LCU失去双重控制电源时，启动后备PLC启动停机流程关闭导叶、跳闸停机。“失电停机”在国外的水电站广泛应用。甚至被当做“默认”的方案。我国的传统做法是“失电维持运行”，在电力紧张的历史背景下有其合理性，但不适用于无人值班和“无人值班”（少人值守）的电站。2022-11-3机组的自动控制32电监会文件电监会电监安全【2009】58号文件“关于吸取俄罗斯萨扬事故教训，进一步加强安全监督管理的意见”要求：“应根据水电站的重要性及规模，考虑机组保护和控制装置采用“失电动作”规则的必要性，在机组的保护和控制回路电压消失时，相关保护和控制能够自动动作关闭导水机构。”俄罗斯萨扬电站损坏机组重新投产时，调速器已改用“失电停机”设计。2022-11-3机组的自动控制33常规继电气接线如何实现失电停机2022-11-3机组的自动控制34“失电停机”的几个问题1）能否实现“失电停机”，首先取决于机械设备和一次设备。2）采用了“失电停机”原则，并不能保证万无一失，因失电停机的动力借助于弹簧储能、液压储能或重力储能。如果储能机构出现问题，仍不能保证“故障导向安全”。2022-11-3机组的自动控制35