水電站自動化課程設(shè)計(jì)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  目錄</b></p><p>  水電站自動化課程設(shè)計(jì)2</p><p>  第1章 基本情況2</p><p><b>  1.1電站資料2</b></p><p><b>  1.2任務(wù)2</b></p><p&g

2、t;  第2章 技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)2</p><p>  2、1技術(shù)供水水源和供水方式2</p><p>  2、2技術(shù)供水系統(tǒng)圖及自動控制電氣原理圖3</p><p>  2、3供水系統(tǒng)自動控制原理圖運(yùn)行過程3</p><p>  1.井泵電氣原理控制圖4</p><p>  2.循環(huán)水池水泵電氣原理控制圖

3、5</p><p>  第3章快速閘門系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)7</p><p>  3.1快速閘門設(shè)計(jì)要求7</p><p>  3.2快速閘門機(jī)械原理圖及電氣原理圖7</p><p>  3.3快速閘門自動控制過程7</p><p><b>  參考文獻(xiàn)10</b></p><

4、;p>  水電站自動化課程設(shè)計(jì)</p><p><b>  第1章 基本情況</b></p><p><b>  1.1電站資料</b></p><p>  某渠道引水式水電站,設(shè)計(jì)水頭Hr=15.5m,發(fā)電引水泥沙含量較高,電站裝機(jī)2×2500kW。電站位于我國南方,電站站址處地下水埋深較深,電站技術(shù)供

5、水為循環(huán)供水方式,電站消火水源由一高水位水池提供,發(fā)電機(jī)無機(jī)組消火要求,機(jī)組技術(shù)供水部位為上導(dǎo)、下導(dǎo)與水導(dǎo),電站所用水泵均為潛水泵。該電站為單元供水,快速閘門為液壓操作,油壓裝置共用一套。</p><p><b>  1.2任務(wù)</b></p><p>  a、設(shè)計(jì)該電站供水系統(tǒng)圖。</p><p>  b、設(shè)計(jì)該電站快速閘門操作機(jī)械圖。<

6、;/p><p>  c、設(shè)計(jì)該電站供水系統(tǒng)自動控制電氣原理圖(展開圖)。</p><p>  d、設(shè)計(jì)該電站快速閘門自動控制電氣原理圖(展開圖)。</p><p>  e、論述供水系統(tǒng)與快速閘門自動控制操作過程。</p><p>  第2章 技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>  水電站的供水包括:技術(shù)供水、消費(fèi)供水和生活供

7、水。水電站的技術(shù)用水部門主要是水輪發(fā)電機(jī)組,水冷變壓器,水冷式空氣壓縮機(jī)及其他采用水冷式的附屬設(shè)備。供水的作用主要是解決用水設(shè)備的冷卻與潤滑。各種用水設(shè)備對水量、水壓及水質(zhì)等都有相應(yīng)的要求。</p><p>  水電站供水的對象包括水輪發(fā)電機(jī)組各軸承的油冷卻器;水輪發(fā)電機(jī)組軸承冷卻器,水潤滑的水輪機(jī)導(dǎo)軸承、水冷式空壓機(jī)。</p><p>  2、1技術(shù)供水水源和供水方式</p>

8、<p>  該渠道引水式水電站,設(shè)計(jì)水頭15.2m,若技術(shù)供水采用上游自流供水方式,則水壓小于用水設(shè)備所需壓力(如機(jī)組冷卻需要水壓0.2MPa),再加上水流的沿程和局部損失,到用水設(shè)備處的水壓力更低,無法滿足用水要求。</p><p>  由于該水電站的發(fā)電引水泥沙含量較高,若技術(shù)供水采用下游水泵供水方式,則需要布置水處理設(shè)備,設(shè)備投資大,運(yùn)行費(fèi)用高,且下游供水可靠性差,盡管考慮了備用設(shè)備,但當(dāng)失去

9、電源時,仍使供水中斷。故采用下游水泵供水方式不可取。</p><p>  考慮該水電站站址處地下水埋深較深,技術(shù)供水可結(jié)合生活用水及消防用水共同選用地下水源,由于水壓問題,這里需要用泵進(jìn)行加壓,以提高揚(yáng)程,滿足用水設(shè)備的水壓要求,因?yàn)榈叵滤穆裆钶^淺采用潛水泵時,布置的電氣線路也較短,滿足課設(shè)要求。當(dāng)采用地下水源供水時,由于取水造價較高,且為了滿足循環(huán)供水的要求,技術(shù)供水應(yīng)設(shè)有足夠大的蓄水池。</p>

10、<p>  2、2技術(shù)供水系統(tǒng)圖及自動控制電氣原理圖</p><p>  2.2.1 供水系統(tǒng)圖</p><p>  設(shè)一臺潛水泵3M從水井中抽水至高位水池,管路上設(shè)電磁閥2ZT,控制高位水池的公式,在高位水池上設(shè)置有溢流閥,通過常開閥門以及示流器排向下游,如果有水流,也可以發(fā)出信號,提醒運(yùn)行人員。在高位水池上設(shè)置有排污閥。高位水池引出生活供水和消防供水干管。</p&g

11、t;<p>  另外的一個支管,通過電磁閥1ZT供水給循環(huán)水池。循環(huán)水池設(shè)有兩臺泵分別向供水設(shè)備提供水。循環(huán)水池中設(shè)置有一個水位信號器,用于檢測循環(huán)水池的水位。在循環(huán)水池回水管路上安裝電磁閥和閥門,用于換水操作。在供水總管上設(shè)置一個壓力信號器,用于備用泵的啟動。</p><p>  電站供水系統(tǒng)圖見附圖1</p><p>  電站供水系統(tǒng)自動控制原理圖見附圖2</p&g

12、t;<p>  2、3供水系統(tǒng)自動控制原理圖運(yùn)行過程</p><p>  1.井泵電氣原理控制圖</p><p>  井泵的開啟與關(guān)閉主要是受高位水池以及循環(huán)水池的水位的控制。</p><p><b> ?。?)自動控制回路</b></p><p><b>  高位水池的控制</b>&

13、lt;/p><p>  當(dāng)循環(huán)水池的水位比較低的時候,2BF1接通,使得2ZT1勵磁,使得控制循環(huán)水池的電磁閥2ZT打開,同時也讓34KAM勵磁,34KAM1閉合,通過35KAM1自保持,使得35KAM勵磁,35KAM2閉合,3MF勵磁,3MFabc閉合,3M電動機(jī)旋轉(zhuǎn),打水開始。</p><p>  當(dāng)循環(huán)水池中的水位達(dá)到上限水位的時候,水位信號器2BF2閉合,2ZT2閉合,2ZTc勵磁,使

14、得控制循環(huán)水池的控制電磁閥關(guān)閉,同時36KAM勵磁,使得36KAM1斷開,35KAM失掉磁性35KAM2斷開,發(fā)出停止水泵的信號,但是水泵卻不一定停止,還要看循環(huán)水池水位的影響,這里設(shè)置34KAM1以及35KAM1自保持回路,目的在于當(dāng)供水給高位水池的時候,可以一直從下限水位到上限水位,否則 可能高位水池中的水位一旦高于下限水位就可能使得井泵停止工作,使得井泵的啟動過于頻繁。</p><p><b> 

15、 (2)手動控制回路</b></p><p>  此時,高位水池以及循環(huán)水池的水位不是由水位信號器檢測的,而是由電站的運(yùn)行人員監(jiān)測的。</p><p>  當(dāng)循環(huán)水池的水位到達(dá)下限的時候,此時有運(yùn)行人員將供水給循環(huán)水池的管路上與電磁閥并聯(lián)的常閉閥門打開,并且將井泵開關(guān)打到手動位置,使得3MF勵磁,3MFabc閉合,電機(jī)旋轉(zhuǎn),供水給循環(huán)水池。當(dāng)水位達(dá)到上線的時候,將井泵的開關(guān)打到

16、切的位置,使得3MF失掉磁,3MFabc斷開,電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。</p><p>  當(dāng)高位水池的水位到達(dá)下限的時候,此時有運(yùn)行人員將供水給高位水池的管路上與電磁閥并聯(lián)的常閉閥門打開,并且將井泵開關(guān)打到手動位置,使得3MF勵磁,3MFabc閉合,電機(jī)旋轉(zhuǎn),供水給循環(huán)水池。當(dāng)水位達(dá)到上線的時候,將井泵的開關(guān)打到切的位置,使得3MF失掉磁,3MFabc斷開,電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。</p><p>  2.

17、循環(huán)水池水泵電氣原理控制圖</p><p>  假設(shè)1號水泵為工作泵,2號水泵為備用水泵。</p><p>  (1)循環(huán)水池水泵自動控制回路</p><p><b>  工作泵自動啟動回路</b></p><p>  將1號水泵前的開關(guān)打到自動位置,當(dāng)1號機(jī)組要開機(jī)的時候,通過1號機(jī)組外輸接點(diǎn)1KST1閉合使得3ZT0

18、勵磁,使得1號機(jī)組供水的電磁閥3ZT打開,同時 11KAM 勵磁,11KT勵磁,11KAM1閉合,通過12KAM1自保持,使得12KAM勵磁,12KAM2閉合,1MF勵磁1MFabc閉合,1M勵磁,一號水泵供水給一號機(jī)組。當(dāng)要關(guān)閉1號機(jī)組的時候,1KSTP1閉合使得3ZTc勵磁,電磁閥關(guān)閉,同時使得13KAM勵磁,13KAM1斷開,使得12KAM失掉磁性,12KAM2斷開,發(fā)出關(guān)掉一號泵的信號,但是1號泵是否關(guān)閉還要看2號機(jī)組的控制回路

19、。</p><p>  將1號水泵前的開關(guān)打到自動位置,當(dāng)2號機(jī)組要開機(jī)的時候,通過2號機(jī)組外輸接點(diǎn)2KST1閉合使得4ZT0勵磁,使得2號機(jī)組供水的電磁閥4ZT打開,同時 21KAM 勵磁,21KT勵磁,21KAM1閉合,通過22KAM1自保持,使得22KAM勵磁,22KAM2閉合,1MF勵磁1MFabc閉合,1M勵磁,一號水泵供水給2號機(jī)組。當(dāng)要關(guān)閉2號機(jī)組的時候,2KSTP1閉合使得4ZTc勵磁,電磁閥關(guān)閉

20、,同時使得23KAM勵磁,23KAM1斷開,使得22KAM失掉磁性,22KAM2斷開,發(fā)出關(guān)掉一號泵的信號,但是1號泵是否關(guān)閉還要看2號機(jī)組的控制回路。</p><p>  當(dāng)供水管道壓力過高的時候,使得3YX2閉合,KAM勵磁,使得KAM1斷開,1號水泵停止工作,同時KAM3閉合2SL燈亮,發(fā)出信號。</p><p><b>  備用泵自動啟動回路</b></

21、p><p>  將1號水泵前的開關(guān)打到自動位置,將2號水泵前的開關(guān)打到備用位置。</p><p>  當(dāng)1號機(jī)組要開機(jī)的時候,通過1號機(jī)組外輸接點(diǎn)1KST1閉合使得3ZT0勵磁,使得1號機(jī)組供水的電磁閥3ZT打開,同時 11KAM 勵磁,11KT勵磁,11KAM1閉合,通過12KAM1自保持,使得12KAM勵磁,12KAM2閉合,1MF勵磁1MFabc閉合,1M勵磁,一號水泵供水給一號機(jī)組。&

22、lt;/p><p>  此時11KT1延時閉合,通過14KAM1自保持,使得14KAM勵磁,14KAM2閉合。此時,1號機(jī)組已經(jīng)完全起動,當(dāng)管道的壓力小的時候,2YX1閉合,通過16KAM1自保持,使得16KAM 勵磁,16KAM3閉合,2MF勵磁,2MF勵磁2MFabc閉合,2M勵磁,2號備用水泵供水。</p><p>  當(dāng)要關(guān)閉1號機(jī)組的時候,1KSTP1閉合使得3ZTc勵磁,電磁閥關(guān)閉

23、,同時使得13KAM勵磁,13KAM1斷開,使得12KAM失掉磁性,12KAM2斷開,發(fā)出關(guān)掉一號泵的信號,但是1號泵是否關(guān)閉還要看2號機(jī)組的控制回路。</p><p>  當(dāng)2號機(jī)組要開機(jī)的時候,通過2號機(jī)組外輸接點(diǎn)2KST1閉合使得4ZT0勵磁,使得2號機(jī)組供水的電磁閥4ZT打開,同時 21KAM 勵磁,11KT勵磁,21KAM1閉合,通過22KAM1自保持,使得22KAM勵磁,22KAM2閉合,1MF勵磁1

24、MFabc閉合,1M勵磁,一號水泵供水給2號機(jī)組。</p><p>  此時21KT1延時閉合,通過24KAM1自保持,使得24KAM勵磁,24KAM2閉合。此時,2號機(jī)組已經(jīng)完全起動,當(dāng)管道的壓力小的時候,2YX1閉合,通過26KAM1自保持,使得26KAM 勵磁,26KAM3閉合,2MF勵磁,2MF勵磁2MFabc閉合,2M勵磁,2號備用水泵供水。</p><p><b> 

25、 泵手動啟動回路</b></p><p>  此時,當(dāng)1號或者是2號機(jī)組開機(jī)的時候,將1號或者是2號的1QC或者是2QC切換至手動位置,1MF勵磁1MFabc閉合,1M勵磁,1號水泵工作,或者是2MF勵磁,2MF勵磁2MFabc閉合,2M勵磁,2號水泵開始工作。此時輸水管道的壓力不是由壓力信號器監(jiān)測的,而是由運(yùn)行人員監(jiān)測的,當(dāng)壓力過高時,停機(jī)。</p><p>  當(dāng)1號或者是

26、2號機(jī)組要停機(jī)時,按照停機(jī)步驟將機(jī)組正常關(guān)閉后,將1QC或者是2QC打到切的位置,停止供水。</p><p>  第3章快速閘門系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>  3.1快速閘門設(shè)計(jì)要求</p><p>  快速閘門的操作必須滿足下列要求:①快速閘門的正常提升和關(guān)閉,且提升時應(yīng)滿足充水開度要求;②機(jī)組事故時,應(yīng)在兩分鐘內(nèi)自動緊急關(guān)閉閘門;③閘門全開后,若由于某種原因使

27、閘門下降到一定位置,則應(yīng)自動將閘門重新提升到全開位置。</p><p>  3.2快速閘門機(jī)械原理圖及電氣原理圖</p><p>  附圖3為快速閘門自動控制的機(jī)械液壓原理圖,附圖4所示為其自動控制信號圖。所有操作都是由起動閥1YV、2YV、電磁操作閥1YDV和2YDV、切換開關(guān)1QC、2QC、3QC和4QC、按鈕1SB和2SB、壓力信號器11BP、12BP、2BP、31BP和32BP、液

28、位信號器YW、交流接觸器1KM、2KM及油泵電動機(jī)1M和2M來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>  3.3快速閘門自動控制過程</p><p>  現(xiàn)以1#油泵電動機(jī)1M工作,2#油泵電動機(jī)2M備用來說明油壓式啟閉機(jī)的自動控制過程。若需改變它們的工作狀態(tài),只需將1QC和2QC切換到相應(yīng)的位置即可。同時,本次設(shè)計(jì)中采用一套油壓裝置控制兩個閘門,而兩閘門的升降控制過程相同,這里以1#閘門為例進(jìn)行論述,

29、簡要提及2#閘門。</p><p><b>  (1)閘門正常提升</b></p><p>  油壓式啟閉機(jī)用油泵供給壓力油,電磁配壓閥則用于將壓力油注入閘門操作機(jī)構(gòu),以使閘門提升。提升閘門時,可以通過機(jī)組LCU或公用LCU的動合接點(diǎn)1KJ和1KZ或閘門動力箱控制開關(guān)3QC,使電磁配壓閥1YDVO勵磁,它的動合接點(diǎn)1YVD3閉合使2K勵磁,其動合接點(diǎn)2K1閉合。由于1

30、QC預(yù)先已切換到自動位置,故交流接觸器1KM勵磁,1#油泵電動機(jī)1M起動,油泵開始打油。1KM1閉合后使1KT勵磁,經(jīng)過一定延時,其延時動合接點(diǎn)1KT1閉合,使起動閥1YV勵磁,起動閥開啟,壓力油進(jìn)入油缸下腔使閘門開啟。當(dāng)閘門開到充水開度時,行程有關(guān)接點(diǎn)1ST1打開,使2K失磁,其接點(diǎn)2K1打開使1KM失磁,油泵即停止上升而保持在充水開度。當(dāng)閘門后的引水管段充滿水后,監(jiān)視水壓的壓力信號器1BP的動合接點(diǎn)閉合,從而使2K再次接通,繼續(xù)提升

31、閘門至全開位置。閘門全開后,其位置接點(diǎn)1ST3打開,使2K失磁,其接點(diǎn)2K1打開使1KM失磁,1M停止工作。與此同時,由于閘門行程開關(guān)接點(diǎn)1ST6閉合,使信號燈8HL和至中控室信號啟動。從圖中可以看出虛線框中也引入到對應(yīng)管道的電磁閥上,以實(shí)現(xiàn)閘門和電磁閥升降和開啟、停止和關(guān)閉的同步,從</p><p><b>  b、閘門正常關(guān)閉</b></p><p>  快速閘門

32、的關(guān)閉,是通過關(guān)閉油路操作電磁閥,使油缸下腔排油來實(shí)現(xiàn)的。為此,可以通過機(jī)組LCU或公用LCU的動合接點(diǎn)1GJ和1GZ或閘門動力箱控制開關(guān)3QC,使操作閥的關(guān)閉線圈1YDVc勵磁,油路操作電磁閥1YDV落下,油缸下腔排油,閘門失去油壓后即靠自重下降至全關(guān)位置。閘門全關(guān)后,其行程開關(guān)接點(diǎn)1ST5斷開,繼電器4K失磁,故閘門全關(guān)位置指示燈8HL點(diǎn)亮和中控室信號啟動。</p><p>  快速閘門的開啟、關(guān)閉,既可以在

33、閘門動力箱進(jìn)行,也可以在中控室和機(jī)組上進(jìn)行。以上均有其全開及全關(guān)信號燈,其中機(jī)組和中控室可以通過控制電纜聯(lián)系,這里不再畫出。</p><p><b>  c、閘門緊急關(guān)閉</b></p><p>  如果水輪機(jī)導(dǎo)葉或調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生事故,則要求在兩分鐘內(nèi)快速關(guān)閉閥門。由于電磁閥1YDV操作回路中并聯(lián)有機(jī)組事故引出繼電器12KAS的接點(diǎn),所以當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)事故而12KAS勵磁時

34、,其動合接點(diǎn)12KAS2閉合,使1YDVc勵磁。以后的動作與上述閘門正常關(guān)閉相同,故不再重復(fù)。</p><p><b>  d、閘門自降提升</b></p><p>  閘門全開后,若由于某種原因下滑200mm時,則由于閘門行程開關(guān)接點(diǎn)1ST4閉合,使2K勵磁,其接點(diǎn)2K1閉合又使1KM勵磁,1M起動,閘門將重新被提升到全開位置。如果閘門下滑超過300mm,則其行程開

35、關(guān)接點(diǎn)1ST2將閉合,使6K勵磁,其接點(diǎn)6K1閉合使備用油泵投入繼電器1K勵磁,其動合接點(diǎn)1K1閉合,由于2QC已處于備用位置,故使2KM勵磁,備用油泵電動機(jī)2M即投入工作。此時由于2KM2和1K2閉合,所以1K繼續(xù)勵磁,起自保持作用。與此同時,2KM1閉合后將使2KT勵磁,其接點(diǎn)2KT1延時閉合即接通2YV,從而打開起動閥2YV,將閘門重新提升到全開位置。若此時油壓繼續(xù)下降,則油缸的油壓監(jiān)視壓力信號器31BP將動作,其接點(diǎn)31BP1閉

36、合,其2KS勵磁而發(fā)出報警信號。</p><p>  如果總油管油壓過高,那么壓力信號器2BP將動作,其接點(diǎn)2BP1閉合使3KT勵磁,其延時閉合接點(diǎn)3KT1閉合,又使3K勵磁,其接點(diǎn)3K1或3K2打開,使1KM或2KM失磁,1M或2M停轉(zhuǎn);而3K4閉合使5KS勵磁而發(fā)出報警信號。同理,備用油泵投入時,由于1K3閉合,使4KS勵磁,發(fā)出報警信號。油箱油位不正常時,同樣發(fā)出信號,油位過高YW1閉合,若油位過低則YW2

37、閉合,結(jié)果均使1KS勵磁而發(fā)出報警信號。</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p>  [1] 劉大凱. 《水輪機(jī)》. 北京:中國水利水電出版社,2011</p><p>  [2] 金鐘元. 《水利機(jī)械》. `水利系翻印,1984 </p><p>  [3] 武漢水利電力學(xué)院編. 《水輪機(jī)》(下冊

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