電氣自動化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用

李偉

【摘要】本文詳細(xì)介紹了電氣自動化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用，希望能夠?qū)?shí)踐提供一些指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】電氣；自動化；水電站；應(yīng)用

中圖分類號：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、前言

水電站是國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展支柱，更是經(jīng)濟(jì)命脈。水電站的裝備復(fù)雜，人工操作難度大。電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用能夠提高水電站設(shè)備的運(yùn)行，使其發(fā)揮更大作用，服務(wù)于社會。

二、水電站應(yīng)用電氣自動化的意義

1、提高運(yùn)作效率

水電站將電氣自動化的相關(guān)技術(shù)引入到自身工作中，可以借助于自動化技術(shù)取代傳統(tǒng)的人力操作工作，減少工作人員對各項(xiàng)工作的直接參與，對水電站現(xiàn)有人員實(shí)施了精簡，為工作者提供了更好的勞動環(huán)境，有助于管理者對水電站的運(yùn)行加強(qiáng)管理工作。而且，人員的非直接參與可以降低因人員操作態(tài)度以及技術(shù)熟練程度等因素對水電站機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的影響，繼而推動水電站工作實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)。

2、提升運(yùn)行效益

自動化技術(shù)利用計(jì)算機(jī)輔助開展各項(xiàng)操作以及控制工作，使水電站的運(yùn)行達(dá)到無人值班的運(yùn)行狀態(tài)，能夠極大地提升其運(yùn)行效率，使其運(yùn)行的總成本得以降低。而且，水電站的高效運(yùn)行依賴于發(fā)電機(jī)組的良好工作，因此，工作人員以自動化技術(shù)對電網(wǎng)系統(tǒng)的分部狀況以及各項(xiàng)工作的具體情況進(jìn)行精準(zhǔn)分析，得出水電站電能的有效負(fù)荷數(shù)值，選擇適當(dāng)型號、數(shù)量的發(fā)電機(jī)組，時(shí)刻保持發(fā)電機(jī)組的最佳運(yùn)行狀態(tài)，能夠使水電站在發(fā)電機(jī)組最小投入的狀況下生產(chǎn)最高的電量，從而可以使水電站實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化的運(yùn)行，為水電站工作創(chuàng)造更高的效益。

3、優(yōu)化電力運(yùn)作

水電站中自動化裝置通過對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)、動態(tài)、自主的監(jiān)控、保護(hù)、調(diào)節(jié)，可以使發(fā)電機(jī)組的電壓、工頻始終處于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值中，進(jìn)而有助于水電站中電網(wǎng)運(yùn)行的有功以及無功功率的平衡性，可以達(dá)到對于電能質(zhì)量的優(yōu)化。同時(shí)，自動化控制裝置通過對水電站中所有系統(tǒng)實(shí)施精準(zhǔn)、快速、動態(tài)的檢測、記錄與報(bào)警，可以使發(fā)電機(jī)組免遭各類故障侵襲，并能夠達(dá)到對于各項(xiàng)已發(fā)事故的及時(shí)有效處理，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)組的工作實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性以及規(guī)范性，最終提升了發(fā)電以及供電的可靠性能。

三、水電站自動化的內(nèi)容

1、完成對水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的自動控制

水電站自動化的主要任務(wù)是，通過電腦界面自動檢測、操作、控制和監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)開停機(jī)和并列、發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相和調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電等的自動完成，并使以上操作自動進(jìn)行運(yùn)行指令的優(yōu)化篩選，實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)行機(jī)組數(shù);當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組受到電壓高低影響時(shí)，自動啟用備用機(jī)組。自動化操作的目標(biāo)是整個(gè)水電站各種運(yùn)行設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)。

2、完成對水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備運(yùn)行工況的監(jiān)視

對水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備運(yùn)行工況的監(jiān)視在整個(gè)水電站的自動化中顯得異常重要，它就像整個(gè)水電站自動化的眼睛，隨時(shí)觀測著主要發(fā)電機(jī)組和輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子回路的電量、監(jiān)視機(jī)組潤滑效果以及冷卻系統(tǒng)的工作情況、監(jiān)視機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)工作情況，監(jiān)視機(jī)組軸承溫度等等。在得到這些參數(shù)后，自動化系統(tǒng)能夠與儲存的正常參數(shù)進(jìn)行比對，并繪出運(yùn)行曲線圖，如果這些參數(shù)與程序規(guī)定的許可范圍出現(xiàn)偏差，系統(tǒng)會發(fā)出自動報(bào)警信號，提示運(yùn)行工況的異常，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，排除隱患，為水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備的整修提供時(shí)間。

3、完成對輔助設(shè)備的自動控制

全面監(jiān)控包括空壓機(jī)、各類泵機(jī)組等運(yùn)行狀態(tài)的檢測，可以提高對運(yùn)行安全和故障狀態(tài)的提前預(yù)知度，減少故障率的發(fā)生，在發(fā)生故障時(shí)可以提前啟用備用設(shè)施，減少故障率，提高發(fā)電量。

4、完成對主要電氣設(shè)備(變壓器、母線及輸電線路等)的控制、監(jiān)視和保護(hù)

整個(gè)水電站的運(yùn)行都受到變壓器、母線、開關(guān)等電氣設(shè)備的影響，對這些電氣元件的自動控制、保護(hù)對于水電站自動化系統(tǒng)來說必不可少。

5、完成對水工建筑物運(yùn)行工況的控制和監(jiān)視

對水工建筑物運(yùn)行狀態(tài)的控制和監(jiān)測是自動化系統(tǒng)的另一個(gè)部分。包括監(jiān)視和控制閘門的工作狀態(tài)、監(jiān)視攔污柵的堵塞情況、引水壓力管的壓力情況等等都是系統(tǒng)運(yùn)行的重要內(nèi)容。

四、電氣自動化在水電站中的設(shè)計(jì)

1、數(shù)字化控制系統(tǒng)

伴隨著國內(nèi)外社會的發(fā)展，我國水電站自動化技術(shù)的改造已是必然，要建立以自動化控制為主體的系統(tǒng)，通過自動化和智能化的控制水電站總體設(shè)備，全方位的發(fā)展，與國際社會接軌。將利用計(jì)算機(jī)主控，以為可編程的邏輯控制器（PLC），繼電保護(hù)器，以太網(wǎng)等實(shí)現(xiàn)各控制站之間控制信息的互通與交流，從而達(dá)到智能化的控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的工作模式，減少了人工的依賴。這種智能化系統(tǒng)是我國水電站發(fā)展的趨勢，能夠有效的對水電站設(shè)備進(jìn)行時(shí)時(shí)的監(jiān)控和保護(hù)，極大的提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性，有效的減少了認(rèn)為判斷的誤差。

2、PLC自動化技術(shù)

PLC對于水電站電氣自動化的應(yīng)用來說，是極為先進(jìn)且普遍的一類技術(shù)。PLC技術(shù)以可編程的專用存儲器作為其運(yùn)行的設(shè)備支撐，它根據(jù)存儲器中的已設(shè)定程序、邏輯運(yùn)算、定時(shí)、技術(shù)、順序控制以及算數(shù)操作等指令，對生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)字化的多維、直觀、動態(tài)化的模擬與展示，專門應(yīng)用于工業(yè)控制，用以輔助相關(guān)生產(chǎn)人員高效精準(zhǔn)的完成工作。PLC主要應(yīng)用于自主調(diào)節(jié)水庫式水電站中的調(diào)速器和自主調(diào)節(jié)軸流漿式的水輪機(jī)式調(diào)速器。

五、水電站電氣自動化監(jiān)控模式的選擇

1、集中監(jiān)控模式

顧名思義，所謂集中監(jiān)控模式指的就是把整個(gè)水電站系統(tǒng)中的每個(gè)功能都集中到一個(gè)計(jì)算機(jī)處理器上進(jìn)行處理。這不僅會導(dǎo)致處理器因?yàn)楣ぷ髁刻蠖鴮?dǎo)致處理速度嚴(yán)重降低，而且還對計(jì)算機(jī)設(shè)備產(chǎn)生不好的應(yīng)用。此外，水電站中其他輔助設(shè)備也會被納入到監(jiān)控的范圍內(nèi)，監(jiān)控的對象越多，所用的電纜數(shù)量就越多，這就會影響到整個(gè)電能控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)而影響到電能的質(zhì)量。采用這種監(jiān)控模式不僅能夠降低生產(chǎn)成本，而且設(shè)計(jì)也非常簡單。但是這種監(jiān)控方式有一定的缺點(diǎn)，例如采用的是硬接線，這就會導(dǎo)致一旦某個(gè)位置發(fā)生了問題，要想第二次接線就比較困難，而且在確定具體位置的時(shí)候也不是很容易，這不僅增加了維修費(fèi)用，也使設(shè)備成本增加了。

2、遠(yuǎn)程監(jiān)控模式

在我國，遠(yuǎn)程監(jiān)控模式應(yīng)用較為普遍。遠(yuǎn)程監(jiān)控是通過標(biāo)準(zhǔn)電話線、網(wǎng)絡(luò)、移動寬帶及數(shù)據(jù)線連接或直接連接，可到達(dá)世界任何角落，并能夠控制云臺/鏡頭存儲視頻監(jiān)控圖像的一種監(jiān)控模式。這種監(jiān)控模式可以避免一個(gè)地方發(fā)生故障而使得整個(gè)控制系統(tǒng)都不能正常運(yùn)行的問題，而且這種監(jiān)控模式使用起來更加合理方便，不僅為企業(yè)節(jié)約了成本，而且節(jié)省了大量的電纜材料。但是遠(yuǎn)程監(jiān)控模式選用的是CAN總線設(shè)計(jì)模式，這就使得通信速度受到了影響。整個(gè)水電站的通信量是由水電站的規(guī)模決定的，由于目前我國小型的水電站并不是很多，而集中監(jiān)控模式對于通信量大小有限制，所以現(xiàn)在我國大部分水電站都采用遠(yuǎn)程監(jiān)控模式。

3、現(xiàn)場總線監(jiān)控模式

現(xiàn)場總線監(jiān)控模式主要是依靠現(xiàn)場總線、局域網(wǎng)等對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。這種模式有很強(qiáng)的針對性，它能夠充分考慮到水電站的各種情況，并且在設(shè)計(jì)時(shí)會產(chǎn)生間隔，從而減少了等離子設(shè)備和電纜的使用數(shù)量，達(dá)到了節(jié)約成本、通信量增大的目的。在這種模式中，每個(gè)裝置的功能都是相對獨(dú)立的，這就使系統(tǒng)的可靠性得到了很大的提高，如果其中一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障，只會影響到與其相連的元件，并不會影響到其他設(shè)備。

六、水電站中應(yīng)用電氣自動化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的功能

水電站中應(yīng)用電氣自動化技術(shù)之后，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

1、自動控制發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式

（1）控制發(fā)電機(jī)組自主完成開關(guān)機(jī)和調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電等工作，使發(fā)電機(jī)組能夠按照事先設(shè)定好的程序，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行自主發(fā)電。

（2）要想整個(gè)水電站的運(yùn)行情況處在正常狀態(tài)下，就必須對水電站的自身情況進(jìn)行了解，并且對電網(wǎng)的要求進(jìn)行了解，選擇最佳的各項(xiàng)參數(shù)。通過完成不同發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷分配工作，并通過該負(fù)荷分配工作的大小來確定參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）當(dāng)整個(gè)水電站運(yùn)行機(jī)組中某一機(jī)組出現(xiàn)問題，或者是由于某種原因使得整個(gè)系統(tǒng)工作效率下降的時(shí)候，能夠及時(shí)找出問題所在并進(jìn)行糾正，并依據(jù)整個(gè)電力系統(tǒng)的實(shí)際情況自動決定是否啟用備用設(shè)備。

2、監(jiān)控水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組以及各輔助設(shè)備的運(yùn)行情況監(jiān)控

整個(gè)發(fā)電機(jī)組中定子和轉(zhuǎn)子部分的電量，監(jiān)控發(fā)電機(jī)組軸承和各連接部位的溫度以及潤滑油的使用和冷卻效果，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況等。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題，并進(jìn)行糾正。

3、自動控制各種輔助設(shè)備

這里的輔助設(shè)備包括各種水泵、油泵和空氣壓縮機(jī)等，而在這些設(shè)備工作出現(xiàn)問題時(shí)，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確并且及時(shí)地啟用備用的輔助設(shè)備。

4、監(jiān)控主要電氣設(shè)備

在整個(gè)系統(tǒng)中安裝有各種監(jiān)控設(shè)備，對一些主要的電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，比如變壓器、輸電線路等。

七、結(jié)束語

總之，電氣自動化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用對于水電站的穩(wěn)定和發(fā)展非常重要。隨著科技的快速發(fā)展，電氣自動化技術(shù)必將不斷完善，發(fā)揮更大的作用。

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