水力发电厂智能监控技术

作为能源科技组成部分的水力发电厂的智能监控技术和自动化水平，近年来在国内外都有飞速发展，而我国的科技人员在此领域做出了巨大贡献，取得了跻身于世界前列的科研成果和技术成就。本书是一本水力发电厂智能监控技术方面的专著，集中反映了我国在该领域所取得的科研成果和工作成就。《水力发电厂智能监控技术》主要可供从事水力发电厂的设计、建设、运行和设备制造的专业技术人员阅读和使用，也适于从事电力系统自动化的工程技术人员研读，同时可作为高等院校相关专业的教学参考书。 

《水力发电厂智能监控技术》主要讲述水力发电厂的智能监控系统，全书分为19章，有理论介绍，同时也有案例分析。其主要内容有水轮机调速器、水轮发电机励磁系统、同期系统、水轮发电机组自动化元件、水电厂计算机控制与调节、自动发电控制与自动电压控制、典型的水电厂计算机监控系统、葛洲坝电厂计算机监控系统、白山水电厂计算机监控系统、龙滩水电厂计算机监控系统、三峡左岸电站计算机监控系统、三峡右岸电站计算机监控系统、抽水蓄能电站计算机监控系统、梯级水电站集控中心计算机监控系统、水电站大坝闸门计算机监控系统、水电站船闸计算机监控系统、水电站升船机计算机监控系统水轮发电机组动能计算机在线监测、水轮发电机组状态计算机在线监测。

曾楚夫，广西电科院曾任副总工程师，毕业于华中理工大学，于广西长期从事水电厂的基建运行，生产调度，电厂与电网自动化工作，长期从事现场工程技术工作。

章 水轮机调速器（张建明、曾楚夫）第二章 水轮发电机励磁系统（曾楚夫、余翔）第三章 同期系统（曾楚夫、叶念国）第四章 水轮发电机组自动化元件（周莹）第五章 水力发电厂计算机控制与调节（曾楚夫、石头）第六章 自动发电控制与自动电压控制（陈炳、伍永刚）第七章 典型的水力发电厂计算机监控系统（曾楚夫、陈晓兵）第八章 葛洲坝电厂计算机监控系统（欧阳辉）第九章 白山水力发电厂计算机监控系统（袁宏、王德宽）第十章 龙滩水力发电厂计算机监控系统（王惠民、徐洁）第十一章 三峡左岸电站计算机监控系统（张润时）第十二章 三峡右岸电站计算机监控系统（袁宏、王德宽）第十三章　抽水蓄能电站计算机监控系统（汪志强、彭煜民）第十四章　梯级水电站集控中心计算机监控系统（王桂平、张新军）第十五章　水电站大坝闸门计算机监控系统（曾晶）第十六章 水电站船闸计算机监控系统（屈斌）第十七章　水电站升船机计算机监控系统（易春辉）第十八章　水轮发电机组动能计算机在线监测（范华秀）第十九章 水轮发电机组状态计算机在线监测（夏洲、朱传古、潘伟峰）

20世纪末、21世纪初以来，水力发电厂的监视与控制技术发生了历史性的变革，进入以计算机监控为主体的、自动化水平相当高的时代。随着计算机和专业科学技术的提高，水力发电厂监控的智能化的程度也随之提高。在此基础上，水力发电厂普遍实现了“无人值班”（少人值守）。技术的快速进步对于从事电厂和电网自动化工作的人来说，要求其知识面越来越广和越来越深，要求技术更新的速度也越来越快。编写本书的目的，就是要和同仁们共同提高自己的业务水平和创新能力，紧跟时代进步的步伐。全书共19章，组成如下：1．基础部分本书的前四章是基础部分，分别讲述水轮机调速器、励磁系统、同期系统和自动化元件。计算机监控系统是水力发电厂综合自动化系统的核心，但水轮机调速器、励磁调节器、同期系统等自动化装置和其他自动化元件则是这个核心的外围装置，计算机监控功能须通过它们去实现，它们是水力发电厂综合自动化系统的重要的组成部分。为了全面、深入地掌握水力发电厂的自动化系统和智能监控技术，读者应先具备水轮机调速器、励磁系统、同期系统和自动化元件等方面的基础知识。2．典型的水力发电厂计算机监控系统接下来的三章描述典型的水力发电厂计算机监控系统。在水力发电厂若要实现综合自动化，实现“无人值班”，就必须具备有这样的计算机监控系统。基于自动控制与调节以及自动发电控制（AGC）和自动电压控制（AVC）是水力发电厂计算机监控系统重要的功能，故在第七章讲述监控系统的结构、功能、性能和实施细则之前，先分别用第五章和第六章对其进行深入研究。在第五章中用了较大的篇幅来讨论功率调节的理论问题。明确指出：水流惯性和机组惯性对水轮发电机组有功功率的调节起劣化作用，故水轮发电机组的功率的自动调节是一个复杂的非线性动力过程，不应进行单一的“比例调节”，而要与水轮机调节的客观规律相适应；同时指出，水轮发电机组有功功率自动调节数学模型，应该建立在水轮机调速器内部，即水轮发电机组有功功率的自动调节应该充分利用调速器来完成，而不应该由水力发电厂计算机监控系统的PLC或调度自动化系统的远动终端装置（RTU）来取代。本书第六章将电厂AGC、AVC与电网AGC、AVC结合起来进行深入讨论，这是本书的一大特点。本章还就AGC与系统调频的关系进行了讨论，指出电力系统自动调频的手段很多，从电厂调速器到电厂AGC、到集控中心AGC、到电网AGC，都有自动调频的功能，它们都能为稳定系统频率做贡献。但是，调频必须有序进行，否则有可能导致系统功率分配不合理，还有可能使输电线路超载，使系统失去稳定，甚至引发大面积停电。所以，本书提出电力系统各种自动调频手段的运用，均应遵守“统一调度，分层控制”原则，由电网调度部门进行统一管理。3．水力发电厂计算机监控系统实例本书列举了葛洲坝、白山、三峡左岸、三峡右岸、龙滩、广州抽水蓄能、三峡梯级和黄河上游梯级等不同类型水力发电厂/站的计算机监控系统，这些监控系统都极富代表性，既代表了我国水力发电厂计算机监控的发展历史，也代表了当代水力发电厂智能监控技术的水平。4．其他水电枢纽的计算机监控溢流坝（常称“大坝”）是水电站的主要枢纽工程之一。大坝闸门的监控对确保电站安全度汛具有重要作用，也对提高发电效益具有不可忽视的作用。大坝闸门计算机监控系统往往是作为一个子系统通过网络接入全厂计算机监控系统，从而使大坝闸门进入电厂运行（值守）人员的监控范围。本书的第十五章为水电站大坝闸门计算机监控系统，讲述如何对水电站大坝闸门进行计算机监控。本书还提出了如何根据流量、水头等对大坝的闸门群进行联合自动控制，这无疑是一项水力发电厂的高级控制功能，值得研究。船闸和升船机等通航过坝设施，虽不直接属于水力发电厂的发电设施，但同属水电枢纽的主要工程。我国建设了包括长江三峡五级船闸在内的一系列大型船闸和升船机等通航过坝设施，积累了丰富的经验，其计算机监控系统也比较完善。5．水力发电厂计算机智能监控技术的扩展尽管水力发电厂计算机监控系统目前已经比较完善，但目前监视的广度还不是很广，控制的智能化程度还不是很深。目前主要监视机组的运行工况，它所采集和监测的数据，主要是一些能够表征水轮发电机组各种运行工况特征的、与运行状态直接相关的工况参数，而未对水轮发电机组动能参数进行在线监测（如实测水轮机流量、水头等参数，从而计算出实时发电效率、耗水率等），也不对水轮发电机组状态参数进行在线监测（如实测振动、摆度、轴向位移、压力脉动、空气间隙、磁通密度、局部放电、定子线棒端部振动以及水轮机空化和空蚀等）。编者认为，水力发电厂计算机监控今后应该向水轮发电机组动能在线监测和状态在线监测等方面拓展，以进一步提高其监控的广度、深度和智能化程度，进一步提高水力发电厂的经济运行和安全监控水平。为此，本书专门列有两章书，即第十八章水轮发电机组动能计算机在线监测和第十九章水轮发电机组状态计算机在线监测，以开拓大家的视野。本书是一本知识关联、结构严谨和内容翔实的专业技术书籍。为编写本书，邀请作者达20余名，本书的出版是各位作者共同努力的结果。本书的作者都是来自水力发电厂智能监控技术的科研、工程或设备制造线，大多是这些领域的成绩卓著的专家、学者，不少还是相关领域的学术带头人，他们所写内容多为其自己工作的总结，也集中反映出我国在该领域的科技人员所取得的科研成果和工作成就。