關(guān)于水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用問(wèn)題的思考

(國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 雅安 625300）

電力電子技術(shù)的廣泛使用，微電子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，使得電氣自動(dòng)化在水電站中的日常運(yùn)行中發(fā)揮了重大作用。電氣自動(dòng)化讓水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化成為了現(xiàn)實(shí)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)水電項(xiàng)目的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行全程監(jiān)控，主要是對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組和輔助設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，發(fā)出指令實(shí)施相應(yīng)操作，依據(jù)軟件信號(hào)發(fā)出危險(xiǎn)報(bào)警等。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)水電站電氣自動(dòng)化可以完全脫離人工操作，所有的設(shè)備在計(jì)算機(jī)指令的指示下進(jìn)行，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制和監(jiān)視。水電站電氣自動(dòng)化提高了水電工作的安全可靠性、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，改善了勞動(dòng)環(huán)境。

1 水電站自動(dòng)化的目的

水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化有利于提高水電工作的安全性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，減少人力資源的投入；改善工作人員勞動(dòng)的環(huán)境條件等。

1.1 提高了水電工作的安全性

水電站自動(dòng)化，使得所有的工作設(shè)備能夠快速、準(zhǔn)確、及時(shí)的啟動(dòng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和事故分析。這樣不僅有利于防止不安全的工作狀態(tài)出現(xiàn)進(jìn)一步惡化，也可以使事故中的設(shè)備及時(shí)報(bào)警并啟動(dòng)備用裝置，保證水電生產(chǎn)工程得以繼續(xù)。此外，將自動(dòng)控制裝置引入到各項(xiàng)流程的控制，可以降低工作人員因誤操作造成事故的幾率。

1.2 保證電能質(zhì)量

電能的質(zhì)量通常用電壓和頻率這兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)衡量。眾所周知，電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率的平衡決定著電力系統(tǒng)的電壓而有功功率的平衡則決定著頻率。發(fā)電系統(tǒng)的電荷是隨時(shí)不停的變化的，人的操作往往不能及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)其做出調(diào)整，采用自動(dòng)裝置可以解決這一難題，他可以及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)有功和無(wú)功功率，保持電壓和頻率的穩(wěn)定。

1.3 提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

水輪發(fā)電一直工作在滿負(fù)荷的狀態(tài)是我們最理想的憧憬，而實(shí)際中因?yàn)闄C(jī)組故障等諸多原因往往不能滿負(fù)荷運(yùn)載。利用自動(dòng)控制裝置，控制并指令選擇最佳的運(yùn)行組數(shù)，結(jié)合當(dāng)前水利條件，使用最少的水生產(chǎn)最多的電能，更好的實(shí)現(xiàn)水電站經(jīng)濟(jì)任務(wù)。

1.4 提高了操作人員工作效率

水電站電氣自動(dòng)化的實(shí)行，減少了實(shí)際操作人員參與控制、監(jiān)視、記錄、安全檢查等任務(wù)，減輕了它們勞動(dòng)的強(qiáng)度，減少了運(yùn)行管理人員的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)少人甚至無(wú)人值班，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，節(jié)約了水力資源。

2 水電站自動(dòng)化包含的部分

水電站自動(dòng)化需要考慮的內(nèi)容有水電站的規(guī)模、水電站的運(yùn)行方式、采用的發(fā)電設(shè)備以及設(shè)備安裝方式等。下面就從各個(gè)小部分進(jìn)行分析：

（1）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式的選擇，在開(kāi)停機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)調(diào)相等幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；

（2）能夠自動(dòng)維持和控制水輪發(fā)電機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行；

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)主要的電氣設(shè)備和線路的監(jiān)視、保護(hù)；

（4）完成對(duì)輔助電氣部分的監(jiān)視。輔助設(shè)備主要有水泵、空壓機(jī)以及油泵。系統(tǒng)能在它們發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)報(bào)警和啟動(dòng)備用設(shè)備；

（5）完成對(duì)水工建筑物運(yùn)行的實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)際的監(jiān)控。如在水中的閘門工作的狀態(tài)，攔污柵極是否發(fā)生堵塞的監(jiān)控，以及上下游水位的測(cè)量監(jiān)控。

3 設(shè)備型號(hào)的選擇和自動(dòng)化設(shè)計(jì)

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展同時(shí)，水電站自動(dòng)化程度也有了不斷提高。水輪發(fā)電機(jī)組作為電站最主要設(shè)備也使用了越來(lái)越多的自動(dòng)化元件。

3.1 軸流槳式水輪機(jī)中PLC的使用

中低檔水電站中大多后會(huì)選擇軸流槳式水輪機(jī)。因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)的特殊性，能為水電站提供更多的經(jīng)濟(jì)效益而被使用，雖然廠家為實(shí)現(xiàn)不同的水頭導(dǎo)葉開(kāi)度都會(huì)制造出水輪機(jī)能夠利用協(xié)聯(lián)曲線來(lái)連接漿葉轉(zhuǎn)角，同時(shí)設(shè)計(jì)制造出了專門調(diào)速器來(lái)滿足協(xié)聯(lián)曲線。即便如此，水電站在實(shí)際運(yùn)行中，主渦輪機(jī)上下游水位也會(huì)隨著槳葉變化。很多情況都同生產(chǎn)廠家理論模擬相差甚大，因此僅僅依據(jù)協(xié)聯(lián)曲線的變化難以保證機(jī)組的運(yùn)行處于最佳狀態(tài)。為滿足實(shí)際水電站的需要。在調(diào)試的過(guò)程中得到最佳的協(xié)聯(lián)曲線即可在編程控制器的調(diào)節(jié)下改進(jìn)原來(lái)設(shè)別協(xié)聯(lián)曲線，最終保證機(jī)組能夠得到優(yōu)化。

3.2 調(diào)速器調(diào)節(jié)水庫(kù)式電站的PLC實(shí)現(xiàn)

電站運(yùn)行中水頭有較大變動(dòng)范圍是水庫(kù)式電站最主要的特點(diǎn)，水頭變化過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致電力調(diào)整器不能讓機(jī)組達(dá)到額定的轉(zhuǎn)速。所以，采用PLC編程控制器，可以根據(jù)電站水頭的高低來(lái)修改程序參數(shù)，使機(jī)組工作在額定的狀態(tài)下。

4 水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步

當(dāng)今，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)普遍應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其模擬監(jiān)測(cè)控制技術(shù)也是基于現(xiàn)場(chǎng)總線理論，慢慢取代了傳統(tǒng)意義上的控制系統(tǒng)，大大地提高了水電站自動(dòng)化的發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)了"無(wú)人值班，少人參與"的工作模式。

4.1 系統(tǒng)組成

結(jié)合計(jì)算機(jī)、PLC器件以及相關(guān)智能接口技術(shù)；在微機(jī)式繼電保護(hù)裝置和專用智能中綜合使用可控裝置，利用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)絡(luò)格式，利用現(xiàn)場(chǎng)總線把每一個(gè)現(xiàn)地控制的站逐一的連接起來(lái)，組建出能夠按照不同功能進(jìn)行分部協(xié)作的整體監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2 系統(tǒng)的一些特點(diǎn)

（1）體系結(jié)構(gòu)開(kāi)放，等級(jí)層次分明同時(shí)還具有良好的可擴(kuò)展性；

（2）分布式系統(tǒng)選擇分層結(jié)構(gòu)，針對(duì)不同的監(jiān)控對(duì)象，采用不同監(jiān)控方法，具有性能較好的分散性、整體性和靈活性；

（3）采用先進(jìn)的冗余處理技術(shù)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；

（4）結(jié)合Windows操作系統(tǒng)以及先進(jìn)的通訊手段，定期對(duì)系統(tǒng)升級(jí)；

4.3 系統(tǒng)具有的功能

（1）對(duì)水電站內(nèi)的全部設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視和控制，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)水電站內(nèi)被監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)采集，分析設(shè)備工作狀態(tài)并進(jìn)行記錄；

（2）對(duì)水電站實(shí)行自動(dòng)化的控制，根據(jù)上級(jí)的調(diào)度要求，結(jié)合水電站的實(shí)際情況，對(duì)電站的生產(chǎn)能力進(jìn)行自適性調(diào)節(jié)，保證水電站可持續(xù)發(fā)展模式；

（3）實(shí)現(xiàn)水電站管理的自動(dòng)化：實(shí)現(xiàn)運(yùn)行報(bào)表自動(dòng)生成、運(yùn)行操作自動(dòng)記錄、設(shè)備參數(shù)自動(dòng)備份整合；

結(jié)語(yǔ)

水電站電氣自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，提高了水電經(jīng)濟(jì)效益和水電安全性的同時(shí)，也保證了水電站較高效率。水電站的生產(chǎn)效益同其自身的自動(dòng)化程度高低密不可分。在國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整政策實(shí)施中，會(huì)繼續(xù)加大對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)力度，屆時(shí)水電站電氣自動(dòng)化的系統(tǒng)研究和完善的意義也會(huì)越來(lái)越大。

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