1、水电站机组自动化运行与监控水电站机组自动化运行与监控 压缩空气具有弹性，是储存压能的良好介质。压缩空气使用方便、易于储存和输送，在水电站中得到了广泛的应用，在机组的安装、检修与运行过程中都要使用压缩空气。螺杆式空压机螺杆式空压机活塞式空气压缩机活塞式空气压缩机压缩空气的用途及压气系统的组压缩空气的用途及压气系统的组成成机组制动供气机组制动供气机组调相压水供气机组调相压水供气油压装置供气油压装置供气 综合压缩空气系统综合压缩空气系统 1.1 1.1 压缩空气的用途及工作压力压缩空气的用途及工作压力 压缩空气具有弹性，是储存压能的良好介质。(1)油压装置压力油槽充气，水机调节系统和主阀操作系统的能
2、源，工作压力2.56MPa；(2)机组停机时制动装置用气，工作压力0.7MPa；(3)机组作调相运行时转轮室内压水，工作压力0.7MPa；(4)维护维修时风动工具及吹污清扫，工作压力0.7MPa；(5)水轮机导轴承检修密封围带用气，工作压力0.7MPa；(6)蝶阀止水围带用气，工作压力比工作水头大0.10.3MPa；(7)配电装置中空气断路器及气动隔离开关的操作和灭弧用气，工作压力22.5MPa，为了干燥目的，要求压缩空气气压为工作压力的24倍。(8)寒冷地区水工建筑物闸门、拦污栅及调压井等防冻吹冰用气，工作压力0.30.4MPa，为了干燥目的，要求压缩空气气压应为工作压力的2倍。1.1.压缩
3、空气的用途及压气系统的组成压缩空气的用途及压气系统的组成 1.2 1.2 压缩空气系统的任务和组成压缩空气系统的任务和组成 压缩空气系统的任务是及时给用户供气，并满足压缩空气的质量(气压、干燥、清洁)要求。压缩空气系统由空气压缩装置(空压机及附属设备)、管道系统、测量控制元件和用气设备四部分组成。1 1）空气压缩装置）空气压缩装置 空气压缩装置由空气压缩机、电动机、储气罐和油水分离器等组成。2 2）管道系统）管道系统 管道系统由干管、支管和管件组成，将气源和用气设备联系起来，输送和分配压缩空气。3 3）测量控制元件）测量控制元件 测量控制元件包括各种类型的自动化元件，如压力继电器、温度信号器、
4、电磁空气阀等，其主要作用是监测与控制，保证压缩空气系统的正常运行。4 4）用气设备）用气设备 用气设备主要有油压装置压力油罐、制动闸、风动工具等。1.1.压缩空气的用途及压气系统的组成压缩空气的用途及压气系统的组成 活塞式空压机又称往复活塞式空压机，具有工作压力范围广，热效率高，工作可靠，气量调节时排气压力几乎不受影响，适应性强等优点。存在的主要缺点是，机体大而笨重，结构复杂，易损件多，维修工作量大，工作时产生的震动大等。2.2.活塞式空气压缩机活塞式空气压缩机 单作用式空压机原理图单作用式空压机原理图1活塞；2气缸；3吸气阀；4排气阀 2.1 2.1 活塞式空压机工作循环活塞式空压机工作循环
5、 1 1）吸气过程）吸气过程 活塞向右移，吸气阀开启，空气被吸入气缸，其状态保持被吸入前的状态。2 2）压缩过程）压缩过程 活塞向左移，吸气阀关闭，空气被压缩，体积减小，压力升高。3 3）排气过程）排气过程 活塞达到左端时，排气阀打开，压缩空气排出，其状态保持为压缩终了时的状态。2.2 2.2 压缩机的实际工作过程压缩机的实际工作过程 压缩机的实际工作过程与上面讨论的理论工作过程有所不同，这是因为：存在余隙容积，吸气时气缸中压力降低，排气时气缸中压力增高，温度的改变，空气湿度的影响，以及压缩机配合不严密等缘故。压缩机的实际工作过程：气缸与活塞行程终点应留有一定的余隙容积Vo，这样可以避免曲轴连
6、杆受热膨胀延长时，活塞撞击气缸盖而发生捣缸事故。由于余隙容积Vo的存在，空压机在工作过程中要出现膨胀过程，使空压机实际吸入容积Vs小于活塞的行程容积(理论吸气量)Vs。活塞式空压机气缸中空气状态变化的压容图活塞式空压机气缸中空气状态变化的压容图p1吸入空气的压力；p2排气管内压缩空气压力；1-2理论吸气线；1-2实际吸气线；2-3理论 2.2.活塞式空气压缩机活塞式空气压缩机 2.3 2.3 多级压缩多级压缩 单极压缩时当压缩比提高到一定程度时，达到压缩极限。由于温度的限制，压缩比受将大大减小。单级压缩比为3.484.22。当大于5时，采用多级压缩。多级压缩的优点：（1）降低排气温度 （2）节
7、省功率消耗 （3）提高气缸容积利用率 （4）降低活塞上的最大气体作用力 二级压缩原理图二级压缩原理图2.2.活塞式空气压缩机活塞式空气压缩机 在螺杆式空压机中，有一由机壳构成的呈“”字形的气缸，气缸内平行地配置两个按一定传动比相互啮合的螺旋形转子如图所示。节圆外具有凸齿的转子称为阳转子，节圆内具有凹齿的转子称为阴转子。阴阳转子上的螺旋形体分别称作阴螺杆和阳螺杆。螺杆式空压机一般由阳转子(或经增速齿轮组)与原动机连接，并由此输入功率。由阳转子(或经同步齿轮组)带动阴转子转动。3.3.螺杆式空压机螺杆式空压机 螺杆式空气压缩机 螺杆空压机有如下优点：1 1）可靠性高）可靠性高。螺杆压缩机零部件少，
8、没有易损件，因而它运转可靠，寿命长。2 2）动力平衡好）动力平衡好。螺杆压缩机没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转，特别适合作移动式压缩机，体积小、重量轻、占地面积少。3 3）适应性强）适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点，容积流量几乎不受排气压力的影响，在宽阔的范围内能保持较高效率。4 4）高效率性）高效率性。单螺杆压缩机能效高，原因是压缩的速度相当快和密封线改变它的容积，使它以高压侧到低压侧的气体泄漏会更少。5 5）低震动）低震动。单螺杆压缩结构属于旋转型的压缩机，它没有离心式或往复式的压缩运动方式，而它的压缩排气的压力震动非常低。6 6）维修周期长）维修周期长。空气
9、压缩过程无横向及径向推压负荷，螺杆轴承受力平衡,大大降低了轴承的磨损，大大提高了其耐用程度。大修间隔期可达4-8万小时。7 7）操作维护方便）操作维护方便。螺杆压缩机自动化程度高，可实现无人值守运转。3.3.螺杆式空压机螺杆式空压机 4.1 4.1 机组制动的目的和方法机组制动的目的和方法 当发电机与电网解列，水轮机导水叶关闭之后，为了使机组尽快的停下来，通常采用强迫装置-制动闸来强迫制动，它作用的能源就是压缩空气。制动闸的作用:（1）缩短机组在低速下运转的时间；（2）长期停机时，推力轴承的油膜可能破坏，故在机组启动前顶起转子；（3）检修时把转动部分的重量传到基础上。4.4.机组制动供气机组制
10、动供气 4.2 4.2 机组制动操作机组制动操作 机组制动操作分为自动操作自动操作和手动操作手动操作。1 1）自动操作）自动操作 机组在停机过程中，当其转速降低至规定值（通常为额定转速的35）时，由转速继电器控制的电磁空气阀DKF自动开启，压缩空气经常开阀门1和 2进人制动闸，对机组进行制动。经过一定时限（由时间继电器整定的时间）后，电磁空气阀DKF关闭（复归），制动闸内压缩空气与大气相通，压缩空气排出，制动完毕。排气管最好引到厂外或排水沟，以免排气时在主厂房内产生噪音和吹起灰尘以及排出污油。4.4.机组制动供气机组制动供气 4.2 4.2 机组制动操作机组制动操作 2 2）手动操作）手动操作
11、 制动装置并联一套手动操作阀门3和4，以便在电磁空气阀DKF失灵或检修时，可以手动操作。其操作过程为：先将常开阀门1和2关闭，机组停机时，当转速降低至规定值（可由调速器转速表看出）时，打开阀门3，使压缩空气进人制动闸对机组进行制动。待机组转速降为零，再关闭阀门3，打开阀门4，使制动闸排气。制动完毕，关闭阀门4，为下次手动操作做好准备。制动装置中的压力信号器YX是用来监视制动闸的状态的，当制动闸内处于无压状态即制动闸活塞落下，其常闭接点闭合时，才具备开机条件。4.4.机组制动供气机组制动供气 4.3 4.3 顶起转子顶起转子 机组长时间停机，再开机时，需顶起转子，以便推力轴承形成油膜。机组安装或
12、检修后 第一次停机24h以上 第二次停机36h以上 第三次停机48h以上 以后为停机72h以上需要顶起转子。其操作过程为：切断制动系统与制动闸的联系，切换三通阀接通高压油泵，用手摇或电动油泵向制动闸打油，使发电机转子抬高 1020mm。开机前，打开阀门5，使制动闸中的油然至回油箱，再用压缩空气吹扫制动闸中的残油。4.4.机组制动供气机组制动供气 5.1 5.1 机组调相的作用机组调相的作用 为了提高电力系统的功率因素和保持电压水平，常常需要装置调相机。向系统输送无功功率,以补偿输电线路和异步电动机的感性容性电流。目前最广泛采用的作调相运行的方式是利用压缩空气强制压低转轮室水位，使转轮在空气中旋
13、转，这种方式操作简便，转换迅速,能量消耗少。压缩空气通常是从专用的贮器罐中引来，强制压低尾水管中的水位。压缩空气的最小压力，必须等于转轮室所要压缩空气的最小压力，必须等于转轮室所要求压低的水位和下游水位之差。求压低的水位和下游水位之差。5.5.机组调相压水供气机组调相压水供气 水轮机调相运行时（压水前）尾水管中的回流状态 5.2 5.2 充气压水的控制装置充气压水的控制装置 电极式水位信号器(DSX)控制的调相压水装置如图所示。该装置利用水的导电性，当水接触或脱离电极时，使电路接通或断开，通过中间继电器来操作电磁阀或电磁配压阀的开启或关闭。压缩空气将水位压到规定水位1-1处时，停止给气。若由于
14、漏气，转轮室中压力逐渐降低，水位逐渐上升，水位上升到22处时，节点接通，水位信号器发出信号，再次给气，重复以上动作。为了避免给气阀操作过于频繁，在给气管路上并联一个较小的补气阀，它在调相过程中一直开启，给转轮室补气，使转轮室水位保持在下限水位以下。5.5.机组调相压水供气机组调相压水供气 6.1 6.1 压力油罐充气的目的压力油罐充气的目的 油压装置的压力油罐是一个蓄能容器，是水轮机调节系统的能源，用它来移动接力器活塞以改变导叶的开度和转桨式水轮机转轮桨叶的转角，同时也用来操作水轮机主阀、调压阀、技术供水管路和调相供气管路上的液压阀。压力油罐的容积有3040是透平油，其余为6070%压缩空气。
15、用压缩空气和油共同造成压力，保证和维持调节系统所需要的工作压力。由于压缩空气具有弹性，并贮存了一定量的机械能，因而减小了压力油罐中的压力波动。6.6.油压装置供气油压装置供气 6.2 6.2 油压装置供气方式油压装置供气方式 油压装置供气方式包括一级压力供气和二级压力供气。(1)(1)一级压力供气：一级压力供气：空压机的排气压力Pk不需要专门减压而直接供气给压力油槽，即空压机的额定排气压力Pk与压油槽的额定压力Py接近相等或稍大。此方式供气空气的干燥度较差。(2)(2)二级压力供气：二级压力供气：空压机的排气压力Pk高于压油槽的额定压力Py，一般取Pk=(1.52.0)Py，压缩空气自高压贮气
16、罐经减压后供给压油槽，此方式供气空气的干燥度较高。6.6.油压装置供气油压装置供气 6.3 6.3 油压装置充气用压缩空气系统油压装置充气用压缩空气系统 1 1）系统组成系统组成 该系统设有两台空压机，正常运行时，一台工作，另一台备用。运行时，一台工作，另一台备用。在油压装置安装或检修后充气，两台空压机可同时工作。本系统为二级压力供气，空压机的工作压力选用4 MPa，贮气罐QG的压缩空气经减压阀 JYF降压后供压力油罐使用，压力油罐的额定压力为 2.5MPa。油压装置充气用压缩空气系统6.6.油压装置供气油压装置供气 6.3 6.3 油压装置充气用压缩空气系统油压装置充气用压缩空气系统 2 2
17、）控制操作控制操作 空压机的启动和停止由压力信号器 lYX3YX自动控制。为了防止过热，在空压机排气管上装设温度信号器1WX2WX。为了空压机空载启动和自动排污，在油水分离器排污管上装设电磁排污阀。压力油罐为自动补气，由油位信号器 FX和压力油罐上的压力信号器4YX一起动作，开启电磁空气阀DKF向压力油罐补气。现在使用的装置中，多采用成套的自动补气装置，自动实现油面的调整。6.6.油压装置供气油压装置供气 7.1 7.1 综合气系统特点综合气系统特点 根据压缩空气个用户所需工作压力的不同，水电站的压缩空气系统大致可分为高压(工作压力在22.5MPa以上)和低压(工作压力在600800KPa以下
18、)两个系统。属于高压系统的有压油槽充气和配电装置用气，属于低压系统的有机组制动用气、调相压水用气、防冻吹冰用气，风动工具及其他工业用气。每个单一系统都是整个电站压缩空气系统有机联系的组成部分。不仅工作压力相同的用户要求组成综合压缩空气系统，就是工作压力不同的用户亦可以组成综合系统，即高低压综合系统。综合气系统的优越性：(1)经济合理，减小压气设备容量；(2)技术可靠，互为备用；(3)设备布置集中，便于运行维护。7.7.综合压缩空气系统综合压缩空气系统 7.2 7.2 综合压缩空气系统综合压缩空气系统 油压装置采用一级压力供气，为了满足对压缩空气的干燥要求，采用降温析水措施。并设置贮气罐。低压压
19、缩空气用户共用低压空压机，而贮气罐则按各用户的要求设置。机组制动和调相压水分别设置各自的贮气罐。蝴蝶阀空气围带止水因用气量很小，不单独设置贮气罐由制动贮气罐引取。维护检修用气亦不设置贮气罐，由调相贮气罐引出。压力油罐充气、机组制动和调相压水用气均设有单独供气干管，风动工具及其它吹扫用气由调相干管引出，蝶阀围带用气由制动干管引取。为了保证制动气源可靠，除制动贮气罐进气管上装设逆止间外，还从调相干管引气作备用。7.7.综合压缩空气系统综合压缩空气系统 7.2 7.2 综合压缩空气系统图综合压缩空气系统图 低压压气系统全部自动化。压力信号器IYXSYX用来控制工作和备用空压机的启动和停止，以及压力过
20、高或过低发出信号；温度信号器 IWX、2WX用来监视空压机的排气温度，当温度过高时发出信号并作用于停机；电磁阀1DCF、2DCF用来使空压机无负荷 启动和停机时排污；电磁空气阀1DKF和3DKF用来控制蝶阀围带给气；电磁空气阀2DKF和4DKF用来控制机组制动给气；电磁配压阀1DP和2DP控制调相压水给气。高压压气系统设有2台高压空压机3KY和4KY，正常运行时，一台工作，另一台备用。在油压装置安装或检修后充气，2台空压机可同时工作。空压机的启动和停止由压力信号器自动控制。电站容量不大，机组台数少，手动操作压力油罐运行补气。7.7.综合压缩空气系统综合压缩空气系统 厂内综合压缩空气系统7.7.
21、综合压缩空气系统综合压缩空气系统 电磁阀1DCF、2DCF用来使空压机无负荷启动和停机时排污。压力信号器IYXSYX用来控制工作和备用空压机的启动和停止，以及压力过高或过低发出信号。温度信号器 IWX、2WX用来监视空压机的排气温度，当温度过高时发出信号并作用于停机。电磁空气阀1DKF和3DKF用来控制蝶阀围带给气。电磁空气阀2DKF和4DKF用来控制机组制动给气。电磁配压阀1DP和2DP控制调相压水给气。8.模拟仿真展示模拟仿真展示 当机组停机过程中，转速下降到当机组停机过程中，转速下降到10%投入风闸制动，电磁阀动作，接投入风闸制动，电磁阀动作，接通通4308与与4313，同时，同时431
22、4与排气管接通，制动风压从与排气管接通，制动风压从4306、4308、电磁阀、电磁阀、4313、4317进入风闸下腔，将风闸顶起，同时风闸上腔的空气通过进入风闸下腔，将风闸顶起，同时风闸上腔的空气通过4318、4314、电磁阀排气孔排出；当机组全停后电磁阀复归，将、电磁阀排气孔排出；当机组全停后电磁阀复归，将4313与排气管接与排气管接通，风闸下腔压缩空气排出；反冲电磁阀动作，将通，风闸下腔压缩空气排出；反冲电磁阀动作，将4314与与4308接通，风闸接通，风闸上腔进入压缩空气，将未落下的风闸压下，延时几秒后反冲电磁阀复归，将上腔进入压缩空气，将未落下的风闸压下，延时几秒后反冲电磁阀复归，将4312与排气管接通，上腔排气，风闸上下腔均无气压，处于复归状态。与排气管接通，上腔排气，风闸上下腔均无气压，处于复归状态。机组制动供气机组制动供气谢谢谢谢再见再见
