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6.4水电厂辅机控制系统

6.4.1控制系统综述

水电厂辅机控制系统的控制对象包括机组辅助设备和全厂公用油、气、水设

备。辅机控制系统的设计应遵循接线简单、功能完备、运行可靠、便于维护的原

则。辅机控制系统应根据水机等相关专业提出的机组辅助设备和全厂公用油、气、

水设备的控制工艺要求、使用条件、布置情况，以及配置的自动化元件数量、型

式、厂家配套情况和动力电源等资料进行设计。

近年来，随着科学技术的飞速发展，水电厂自动化水平不断提高，大中型水

电厂均按“无人值班”（少人值守）或少人值班设计，辅机控制系统基本上全部

采用自动化运行方式。以工业控制计算机、可编程序控制器（PLC）等智能设备

为基础的新技术、新工艺、新设备（装置）不断应用到工程实际中，一方面大大

提高了辅机设备的运行可靠性和自动化水平，另一方面也大大减轻了运行人员的

劳动强度，为水电厂实现无人值班创造了条件。

水电厂采用计算机监控系统后，一般仍按各辅机系统分别设置独立的自动控

制装置，各自动控制装置根据各辅机系统的工艺要求和自动化元件的设置情况，

自动运行。近年来投产的大多数水电厂，独立设置的各辅机控制单元一般都采用

以PLC为核心控制器，独立组盘、自成系统，实现被控设备的自动控制、故障保

护及报警等功能。各控制装置除设置常规操作显示面板外，一些工程应用中还配

置LCD触摸屏作为人机界面，用于画面显示、运行监视、参数设整定、操作控制、

故障报警和查询。各辅机控制单元可独立运行，也可组网相互通讯，实现数据共

享，并实现与水电厂计算机监控系统的通讯。为便于实现全厂的集中监控，各辅

机系统设置的独立的自动控制装置，可采用现场总线组网的方式或通信口的方

式，与水电厂计算机监控系统的机组LCU或公用LCU连接。各辅机控制单元常用

的组网方式有：Modbusplus(MB+)总线、Profibus总线、以太网、Modbus串行

通讯等。在工程实际应用中，一般应根据辅机控制单元选用的PLC型号，并结合

电厂计算机系统LCU型号等来确定通信组网的方式及网络结构。

目前，许多自动化元件也采用了智能型的测量装置，这类测量装置通过通信

口的方式直接与辅机控制装置连接，提高了测量精度和可靠性，也便于测量信息

通过自动控制装置转送计算机监控系统。

机组辅助设备和全厂公用油、气、水设备的控制对象主要是低压电动机，一

些大型电厂会应用到6kV或10kV高压电动机。因各辅机系统的电动机通常是在

设备本体上或在设备附近，所以自动控制装置一般布置在设备附近；同时将有关

自动化系统的信息通过常规接点方式或通信方式送入水电厂计算机监控系统，实

现远方监视或同时实现远方集中监控。当采用远方集中监控为主的控制方式时，

一般在设备附近的自动控制装置上仍需装设常规操作器具，一方面便于远方集中

控制接点的连接，另一方面也便于检修和调试。

机组辅助设备和全厂公用油、气、水设备的低压电动机一般采用全电压直接

启动。当电动机受变压器容量限制、启动电流过大或因机械设备本身对起动转矩

有限制时，则应采用降压启动。传统的降压起动方式主要有Y/△转换和自耦变

压器降压起动等，其起动过程依靠时间继电器间接控制，起动特性不理想，存在

着起动过程变换时仍产生较大的冲击电流、起动控制相对复杂等缺点；并且由于

起动转矩与起动电流的平方成正比，当电流降低50％时，起动转矩降低75％，

起动过程不可控。近年来，软启动器或磁吹管式启动器的应用，已基本替代了对

鼠笼式电动机的电阻降压或自耦变压器降压启动方式。对绕线式电动机，水电厂

一般应用较少，当需要降压启动时，目前仍采用在转子回路串接频敏变阻器的启

动方式。软启动器或磁吹管式启动器是利用可控硅半导体技术，在鼠笼式电动机

启动时，根据机械设备起动阻力转矩的条件，限制启动电压和启动电流，其启动

电流倍数和启动时间均可方便地进行调整，并且软启动器还可实现电动机的软停

车和各种保护功能。

对于电动机主回路，通常应设置空气断路器，用于进线电源隔离及短路保护。

对于全电压启动的低压电动机，通常采用磁力起动器或交流接触器作为电动机启

动元件。对于采用了软启动器的容量相对较大的电动机，通常利用软启动器作为

启动元件，同时设有磁力起动器或交流接触器，作为电动机起动后正常运行时的

工作元件，电动机起动完成后，通过旁路切换回路，以减少软启动器工作时间，

延长其寿命；对于75kW及以上的电动机，一般应考虑配设旁路接触器。对于采

用了软启动器的容量相对不是很大的电动机