1、水電站機(jī)組自動(dòng)化運(yùn)行與監(jiān)控 壓縮空氣具有彈性，是儲(chǔ)存壓能的良好介質(zhì)。 壓縮空氣使用方便、易于儲(chǔ)存和輸送，在水電站中得到了廣泛的應(yīng)用，在機(jī)組的安裝、檢修與運(yùn)行過(guò)程中都要使用壓縮空氣。 螺桿式空壓機(jī)3活塞式空氣壓縮機(jī)2壓縮空氣的用途及壓氣系統(tǒng)的組成1機(jī)組制動(dòng)供氣4機(jī)組調(diào)相壓水供氣5油壓裝置供氣 6綜合壓縮空氣系統(tǒng)7 1.1 壓縮空氣的用途及工作壓力 壓縮空氣具有彈性，是儲(chǔ)存壓能的良好介質(zhì)。 (1)油壓裝置壓力油槽充氣，水機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和主閥操作系統(tǒng)的能源，工作壓力2.56MPa； (2)機(jī)組停機(jī)時(shí)制動(dòng)裝置用氣，工作壓力0.7MPa； (3)機(jī)組作調(diào)相運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壓水，工作壓力0.7MPa； (4)維

2、護(hù)維修時(shí)風(fēng)動(dòng)工具及吹污清掃，工作壓力0.7MPa； (5)水輪機(jī)導(dǎo)軸承檢修密封圍帶用氣，工作壓力0.7MPa； (6)蝶閥止水圍帶用氣，工作壓力比工作水頭大0.10.3MPa； (7)配電裝置中空氣斷路器及氣動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的操作和滅弧用氣，工作壓力22.5MPa，為了干燥目的，要求壓縮空氣氣壓為工作壓力的24倍。 (8)寒冷地區(qū)水工建筑物閘門、攔污柵及調(diào)壓井等防凍吹冰用氣，工作壓力0.30.4MPa，為了干燥目的，要求壓縮空氣氣壓應(yīng)為工作壓力的2倍。 1.壓縮空氣的用途及壓氣系統(tǒng)的組成 1.2 壓縮空氣系統(tǒng)的任務(wù)和組成 壓縮空氣系統(tǒng)的任務(wù)是及時(shí)給用戶供氣，并滿足壓縮空氣的質(zhì)量(氣壓、干燥、清潔)要

3、求。壓縮空氣系統(tǒng)由空氣壓縮裝置(空壓機(jī)及附屬設(shè)備)、管道系統(tǒng)、測(cè)量控制元件和用氣設(shè)備四部分組成。 1）空氣壓縮裝置 空氣壓縮裝置由空氣壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)氣罐和油水分離器等組成。 2）管道系統(tǒng) 管道系統(tǒng)由干管、支管和管件組成，將氣源和用氣設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，輸送和分配壓縮空氣。 3）測(cè)量控制元件 測(cè)量控制元件包括各種類型的自動(dòng)化元件，如壓力繼電器、溫度信號(hào)器、電磁空氣閥等，其主要作用是監(jiān)測(cè)與控制，保證壓縮空氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 4）用氣設(shè)備 用氣設(shè)備主要有油壓裝置壓力油罐、制動(dòng)閘、風(fēng)動(dòng)工具等。1.壓縮空氣的用途及壓氣系統(tǒng)的組成 活塞式空壓機(jī)又稱往復(fù)活塞式空壓機(jī)，具有工作壓力范圍廣，熱效率高，工作可靠，氣

4、量調(diào)節(jié)時(shí)排氣壓力幾乎不受影響，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 存在的主要缺點(diǎn)是，機(jī)體大而笨重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件多，維修工作量大，工作時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)大等。 2.活塞式空氣壓縮機(jī) 單作用式空壓機(jī)原理圖1活塞；2氣缸；3吸氣閥；4排氣閥 2.1 活塞式空壓機(jī)工作循環(huán) 1）吸氣過(guò)程 活塞向右移，吸氣閥開(kāi)啟，空氣被吸入氣缸，其狀態(tài)保持被吸入前的狀態(tài)。 2）壓縮過(guò)程 活塞向左移，吸氣閥關(guān)閉，空氣被壓縮，體積減小，壓力升高。 3）排氣過(guò)程 活塞達(dá)到左端時(shí)，排氣閥打開(kāi)，壓縮空氣排出，其狀態(tài)保持為壓縮終了時(shí)的狀態(tài)。 2.2 壓縮機(jī)的實(shí)際工作過(guò)程 壓縮機(jī)的實(shí)際工作過(guò)程與上面討論的理論工作過(guò)程有所不同，這是因?yàn)椋捍嬖谟嘞度莘e，吸氣

5、時(shí)氣缸中壓力降低，排氣時(shí)氣缸中壓力增高，溫度的改變，空氣濕度的影響，以及壓縮機(jī)配合不嚴(yán)密等緣故。 壓縮機(jī)的實(shí)際工作過(guò)程：氣缸與活塞行程終點(diǎn)應(yīng)留有一定的余隙容積Vo，這樣可以避免曲軸連桿受熱膨脹延長(zhǎng)時(shí)，活塞撞擊氣缸蓋而發(fā)生搗缸事故。由于余隙容積Vo的存在，空壓機(jī)在工作過(guò)程中要出現(xiàn)膨脹過(guò)程，使空壓機(jī)實(shí)際吸入容積Vs小于活塞的行程容積(理論吸氣量)Vs。 活塞式空壓機(jī)氣缸中空氣狀態(tài)變化的壓容圖p1吸入空氣的壓力；p2排氣管內(nèi)壓縮空氣壓力；1-2理論吸氣線；1-2實(shí)際吸氣線；2-3理論 2.活塞式空氣壓縮機(jī) 2.3 多級(jí)壓縮 單極壓縮時(shí)當(dāng)壓縮比提高到一定程度時(shí)，達(dá)到壓縮極限。由于溫度的限制，壓縮比受將

6、大大減小。單級(jí)壓縮比為3.484.22。當(dāng)大于5時(shí)，采用多級(jí)壓縮。 多級(jí)壓縮的優(yōu)點(diǎn)： （1）降低排氣溫度 （2）節(jié)省功率消耗 （3）提高氣缸容積利用率 （4）降低活塞上的最大氣體作用力 二級(jí)壓縮原理圖2.活塞式空氣壓縮機(jī) 在螺桿式空壓機(jī)中，有一由機(jī)殼構(gòu)成的呈“”字形的氣缸，氣缸內(nèi)平行地配置兩個(gè)按一定傳動(dòng)比相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子如圖所示。節(jié)圓外具有凸齒的轉(zhuǎn)子稱為陽(yáng)轉(zhuǎn)子，節(jié)圓內(nèi)具有凹齒的轉(zhuǎn)子稱為陰轉(zhuǎn)子。陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子上的螺旋形體分別稱作陰螺桿和陽(yáng)螺桿。 螺桿式空壓機(jī)一般由陽(yáng)轉(zhuǎn)子(或經(jīng)增速齒輪組)與原動(dòng)機(jī)連接，并由此輸入功率。由陽(yáng)轉(zhuǎn)子(或經(jīng)同步齒輪組)帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。3.螺桿式空壓機(jī) 螺桿式空氣壓縮機(jī) 螺桿

7、空壓機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)： 1）可靠性高。螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒(méi)有易損件，因而它運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長(zhǎng)。 2）動(dòng)力平衡好。螺桿壓縮機(jī)沒(méi)有不平衡慣性力，機(jī)器可平穩(wěn)地高速工作，可實(shí)現(xiàn)無(wú)基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)，特別適合作移動(dòng)式壓縮機(jī)，體積小、重量輕、占地面積少。 3）適應(yīng)性強(qiáng)。螺桿壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，容積流量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬闊的范圍內(nèi)能保持較高效率。 4）高效率性。單螺桿壓縮機(jī)能效高，原因是壓縮的速度相當(dāng)快和密封線改變它的容積，使它以高壓側(cè)到低壓側(cè)的氣體泄漏會(huì)更少。 5）低震動(dòng)。單螺桿壓縮結(jié)構(gòu)屬于旋轉(zhuǎn)型的壓縮機(jī)，它沒(méi)有離心式或往復(fù)式的壓縮運(yùn)動(dòng)方式，而它的壓縮排氣的壓力震動(dòng)非常低。 6）維修周期長(zhǎng)。空氣壓縮過(guò)程

8、無(wú)橫向及徑向推壓負(fù)荷，螺桿軸承受力平衡,大大降低了軸承的磨損，大大提高了其耐用程度。大修間隔期可達(dá)4-8萬(wàn)小時(shí)。 7）操作維護(hù)方便。螺桿壓縮機(jī)自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)轉(zhuǎn)。 3.螺桿式空壓機(jī) 4.1 機(jī)組制動(dòng)的目的和方法 當(dāng)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列，水輪機(jī)導(dǎo)水葉關(guān)閉之后，為了使機(jī)組盡快的停下來(lái)，通常采用強(qiáng)迫裝置-制動(dòng)閘來(lái)強(qiáng)迫制動(dòng)，它作用的能源就是壓縮空氣。 制動(dòng)閘的作用: （1）縮短機(jī)組在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間； （2）長(zhǎng)期停機(jī)時(shí)，推力軸承的油膜可能破壞，故在機(jī)組啟動(dòng)前頂起轉(zhuǎn)子； （3）檢修時(shí)把轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量傳到基礎(chǔ)上。 4.機(jī)組制動(dòng)供氣 4.2 機(jī)組制動(dòng)操作 機(jī)組制動(dòng)操作分為自動(dòng)操作和手動(dòng)操作。 1）

9、自動(dòng)操作 機(jī)組在停機(jī)過(guò)程中，當(dāng)其轉(zhuǎn)速降低至規(guī)定值（通常為額定轉(zhuǎn)速的35）時(shí)，由轉(zhuǎn)速繼電器控制的電磁空氣閥DKF自動(dòng)開(kāi)啟，壓縮空氣經(jīng)常開(kāi)閥門1和 2進(jìn)人制動(dòng)閘，對(duì)機(jī)組進(jìn)行制動(dòng)。 經(jīng)過(guò)一定時(shí)限（由時(shí)間繼電器整定的時(shí)間）后，電磁空氣閥DKF關(guān)閉（復(fù)歸），制動(dòng)閘內(nèi)壓縮空氣與大氣相通，壓縮空氣排出，制動(dòng)完畢。 排氣管最好引到廠外或排水溝，以免排氣時(shí)在主廠房?jī)?nèi)產(chǎn)生噪音和吹起灰塵以及排出污油。 4.機(jī)組制動(dòng)供氣 4.2 機(jī)組制動(dòng)操作 2）手動(dòng)操作 制動(dòng)裝置并聯(lián)一套手動(dòng)操作閥門3和4，以便在電磁空氣閥DKF失靈或檢修時(shí)，可以手動(dòng)操作。 其操作過(guò)程為：先將常開(kāi)閥門1和2關(guān)閉，機(jī)組停機(jī)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低至規(guī)定值（可由

10、調(diào)速器轉(zhuǎn)速表看出）時(shí)，打開(kāi)閥門3，使壓縮空氣進(jìn)人制動(dòng)閘對(duì)機(jī)組進(jìn)行制動(dòng)。待機(jī)組轉(zhuǎn)速降為零，再關(guān)閉閥門3，打開(kāi)閥門4，使制動(dòng)閘排氣。 制動(dòng)完畢，關(guān)閉閥門4，為下次手動(dòng)操作做好準(zhǔn)備。 制動(dòng)裝置中的壓力信號(hào)器YX是用來(lái)監(jiān)視制動(dòng)閘的狀態(tài)的，當(dāng)制動(dòng)閘內(nèi)處于無(wú)壓狀態(tài)即制動(dòng)閘活塞落下，其常閉接點(diǎn)閉合時(shí)，才具備開(kāi)機(jī)條件。4.機(jī)組制動(dòng)供氣 4.3 頂起轉(zhuǎn)子 機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，再開(kāi)機(jī)時(shí)，需頂起轉(zhuǎn)子，以便推力軸承形成油膜。 機(jī)組安裝或檢修后 第一次停機(jī)24h以上 第二次停機(jī)36h以上 第三次停機(jī)48h以上 以后為停機(jī)72h以上需要頂起轉(zhuǎn)子。 其操作過(guò)程為： 切斷制動(dòng)系統(tǒng)與制動(dòng)閘的聯(lián)系，切換三通閥接通高壓油泵，用手搖或電

11、動(dòng)油泵向制動(dòng)閘打油，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子抬高 1020mm。 開(kāi)機(jī)前，打開(kāi)閥門5，使制動(dòng)閘中的油然至回油箱，再用壓縮空氣吹掃制動(dòng)閘中的殘油。 4.機(jī)組制動(dòng)供氣 5.1 機(jī)組調(diào)相的作用 為了提高電力系統(tǒng)的功率因素和保持電壓水平，常常需要裝置調(diào)相機(jī) 。向系統(tǒng)輸送無(wú)功功率,以補(bǔ)償輸電線路和異步電動(dòng)機(jī)的感性容性電流。目前最廣泛采用的作調(diào)相運(yùn)行的方式是利用壓縮空氣強(qiáng)制壓低轉(zhuǎn)輪室水位，使轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)，這種方式操作簡(jiǎn)便，轉(zhuǎn)換迅速,能量消耗少。壓縮空氣通常是從專用的貯器罐中引來(lái)，強(qiáng)制壓低尾水管中的水位。 壓縮空氣的最小壓力，必須等于轉(zhuǎn)輪室所要求壓低的水位和下游水位之差。5.機(jī)組調(diào)相壓水供氣 水輪機(jī)調(diào)相運(yùn)行時(shí)（壓水

12、前）尾水管中的回流狀態(tài) 5.2 充氣壓水的控制裝置 電極式水位信號(hào)器(DSX)控制的調(diào)相壓水裝置如圖所示。該裝置利用水的導(dǎo)電性，當(dāng)水接觸或脫離電極時(shí)，使電路接通或斷開(kāi)，通過(guò)中間繼電器來(lái)操作電磁閥或電磁配壓閥的開(kāi)啟或關(guān)閉。 壓縮空氣將水位壓到規(guī)定水位1-1處時(shí)，停止給氣。若由于漏氣，轉(zhuǎn)輪室中壓力逐漸降低，水位逐漸上升，水位上升到22處時(shí)，節(jié)點(diǎn)接通，水位信號(hào)器發(fā)出信號(hào)，再次給氣，重復(fù)以上動(dòng)作。為了避免給氣閥操作過(guò)于頻繁，在給氣管路上并聯(lián)一個(gè)較小的補(bǔ)氣閥，它在調(diào)相過(guò)程中一直開(kāi)啟，給轉(zhuǎn)輪室補(bǔ)氣，使轉(zhuǎn)輪室水位保持在下限水位以下。5.機(jī)組調(diào)相壓水供氣 6.1 壓力油罐充氣的目的 油壓裝置的壓力油罐是一個(gè)蓄

13、能容器，是水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能源，用它來(lái)移動(dòng)接力器活塞以改變導(dǎo)葉的開(kāi)度和轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪槳葉的轉(zhuǎn)角，同時(shí)也用來(lái)操作水輪機(jī)主閥、調(diào)壓閥、技術(shù)供水管路和調(diào)相供氣管路上的液壓閥。 壓力油罐的容積有3040是透平油，其余為6070%壓縮空氣。用壓縮空氣和油共同造成壓力，保證和維持調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需要的工作壓力。由于壓縮空氣具有彈性，并貯存了一定量的機(jī)械能，因而減小了壓力油罐中的壓力波動(dòng)。 6.油壓裝置供氣 6.2 油壓裝置供氣方式 油壓裝置供氣方式包括一級(jí)壓力供氣和二級(jí)壓力供氣。(1)一級(jí)壓力供氣：空壓機(jī)的排氣壓力Pk不需要專門減壓而直接供氣給壓力油槽，即空壓機(jī)的額定排氣壓力Pk與壓油槽的額定壓力Py接近相等

14、或稍大。此方式供氣空氣的干燥度較差。(2)二級(jí)壓力供氣：空壓機(jī)的排氣壓力Pk高于壓油槽的額定壓力Py，一般取Pk=(1.52.0)Py，壓縮空氣自高壓貯氣罐經(jīng)減壓后供給壓油槽，此方式供氣空氣的干燥度較高。 6.油壓裝置供氣 6.3 油壓裝置充氣用壓縮空氣系統(tǒng) 1） 系統(tǒng)組成 該系統(tǒng)設(shè)有兩臺(tái)空壓機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用。運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用。在油壓裝置安裝或檢修后充氣，兩臺(tái)空壓機(jī)可同時(shí)工作。本系統(tǒng)為二級(jí)壓力供氣，空壓機(jī)的工作壓力選用4 MPa，貯氣罐QG的壓縮空氣經(jīng)減壓閥 JYF降壓后供壓力油罐使用，壓力油罐的額定壓力為 2.5MPa。 油壓裝置充氣用壓縮空氣系統(tǒng)6.油壓裝置

15、供氣 6.3 油壓裝置充氣用壓縮空氣系統(tǒng) 2） 控制操作 空壓機(jī)的啟動(dòng)和停止由壓力信號(hào)器 lYX3YX自動(dòng)控制。為了防止過(guò)熱，在空壓機(jī)排氣管上裝設(shè)溫度信號(hào)器1WX2WX。為了空壓機(jī)空載啟動(dòng)和自動(dòng)排污，在油水分離器排污管上裝設(shè)電磁排污閥。 壓力油罐為自動(dòng)補(bǔ)氣，由油位信號(hào)器 FX和壓力油罐上的壓力信號(hào)器4YX一起動(dòng)作，開(kāi)啟電磁空氣閥DKF向壓力油罐補(bǔ)氣。 現(xiàn)在使用的裝置中，多采用成套的自動(dòng)補(bǔ)氣裝置，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)油面的調(diào)整。 6.油壓裝置供氣 7.1 綜合氣系統(tǒng)特點(diǎn) 根據(jù)壓縮空氣個(gè)用戶所需工作壓力的不同，水電站的壓縮空氣系統(tǒng)大致可分為高壓(工作壓力在22.5MPa以上)和低壓(工作壓力在600800KP

16、a以下)兩個(gè)系統(tǒng)。 屬于高壓系統(tǒng)的有壓油槽充氣和配電裝置用氣，屬于低壓系統(tǒng)的有機(jī)組制動(dòng)用氣、調(diào)相壓水用氣、防凍吹冰用氣，風(fēng)動(dòng)工具及其他工業(yè)用氣。 每個(gè)單一系統(tǒng)都是整個(gè)電站壓縮空氣系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)系的組成部分。不僅工作壓力相同的用戶要求組成綜合壓縮空氣系統(tǒng)，就是工作壓力不同的用戶亦可以組成綜合系統(tǒng)，即高低壓綜合系統(tǒng)。 綜合氣系統(tǒng)的優(yōu)越性： (1)經(jīng)濟(jì)合理，減小壓氣設(shè)備容量； (2)技術(shù)可靠，互為備用； (3)設(shè)備布置集中，便于運(yùn)行維護(hù)。7.綜合壓縮空氣系統(tǒng) 7.2 綜合壓縮空氣系統(tǒng) 油壓裝置采用一級(jí)壓力供氣，為了滿足對(duì)壓縮空氣的干燥要求，采用降溫析水措施。并設(shè)置貯氣罐。 低壓壓縮空氣用戶共用低壓空壓機(jī)

17、，而貯氣罐則按各用戶的要求設(shè)置。機(jī)組制動(dòng)和調(diào)相壓水分別設(shè)置各自的貯氣罐。蝴蝶閥空氣圍帶止水因用氣量很小，不單獨(dú)設(shè)置貯氣罐由制動(dòng)貯氣罐引取。維護(hù)檢修用氣亦不設(shè)置貯氣罐，由調(diào)相貯氣罐引出。 壓力油罐充氣、機(jī)組制動(dòng)和調(diào)相壓水用氣均設(shè)有單獨(dú)供氣干管，風(fēng)動(dòng)工具及其它吹掃用氣由調(diào)相干管引出，蝶閥圍帶用氣由制動(dòng)干管引取。為了保證制動(dòng)氣源可靠，除制動(dòng)貯氣罐進(jìn)氣管上裝設(shè)逆止間外，還從調(diào)相干管引氣作備用。7.綜合壓縮空氣系統(tǒng) 7.2 綜合壓縮空氣系統(tǒng)圖 低壓壓氣系統(tǒng)全部自動(dòng)化。壓力信號(hào)器IYXSYX用來(lái)控制工作和備用空壓機(jī)的啟動(dòng)和停止，以及壓力過(guò)高或過(guò)低發(fā)出信號(hào)；溫度信號(hào)器 IWX、2WX用來(lái)監(jiān)視空壓機(jī)的排氣溫度

18、，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)發(fā)出信號(hào)并作用于停機(jī)；電磁閥1DCF、2DCF用來(lái)使空壓機(jī)無(wú)負(fù)荷 啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)排污；電磁空氣閥1DKF和3DKF用來(lái)控制蝶閥圍帶給氣；電磁空氣閥2DKF和4DKF用來(lái)控制機(jī)組制動(dòng)給氣；電磁配壓閥1DP和2DP控制調(diào)相壓水給氣。 高壓壓氣系統(tǒng)設(shè)有2臺(tái)高壓空壓機(jī)3KY和4KY，正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用。在油壓裝置安裝或檢修后充氣，2臺(tái)空壓機(jī)可同時(shí)工作?？諌簷C(jī)的啟動(dòng)和停止由壓力信號(hào)器自動(dòng)控制。電站容量不大，機(jī)組臺(tái)數(shù)少，手動(dòng)操作壓力油罐運(yùn)行補(bǔ)氣。 7.綜合壓縮空氣系統(tǒng) 廠內(nèi)綜合壓縮空氣系統(tǒng)7.綜合壓縮空氣系統(tǒng) 電磁閥1DCF、2DCF用來(lái)使空壓機(jī)無(wú)負(fù)荷啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)排污。壓力信號(hào)器IYXSYX用來(lái)控制工作和備用空壓機(jī)的啟動(dòng)和停止，以及壓力過(guò)高或過(guò)低發(fā)出信號(hào)。溫度信號(hào)器 IWX、2WX用來(lái)監(jiān)視空壓機(jī)的排氣溫度，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)發(fā)出信號(hào)并作用于停機(jī)。電磁空氣閥1DKF和3DKF用來(lái)控制蝶閥圍帶給氣。電磁空氣閥2DKF和4DKF用來(lái)控制機(jī)組制動(dòng)給氣。