水利設(shè)施中電氣自動化的應(yīng)用

鮮凡凡，韓 斐，薛萍萍

(江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100)

水利設(shè)施中電氣自動化的應(yīng)用

鮮凡凡，韓 斐，薛萍萍

(江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100)

電氣設(shè)備是水利工程的核心部分，對水利發(fā)電生產(chǎn)效率具有決定性作用，進一步優(yōu)化了水電站內(nèi)生產(chǎn)調(diào)度質(zhì)量水平。社會發(fā)展促使國內(nèi)電能資源需求量持續(xù)上升，傳統(tǒng)水力發(fā)電生產(chǎn)方式已無法適應(yīng)市場需求，建立自動化水利設(shè)施調(diào)度方案是行業(yè)科技的必然決策。文章分析了水利電氣設(shè)備運行存在的問題，以信息科技為基礎(chǔ)設(shè)計了自動化控制平臺，從電氣設(shè)備事故處理及安全控制等方面提出自動化方案。

水利工程；電氣設(shè)備；自動化；設(shè)計應(yīng)用；事故處理

1 水利電氣設(shè)備運行問題

水利工程是一項復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，由水工建筑物及電氣設(shè)備共同構(gòu)成，建立了現(xiàn)代化水電調(diào)度系統(tǒng)模式。水利電氣設(shè)備主要包括：發(fā)電機、變壓器、電力線路、斷路器等，為水力發(fā)電生產(chǎn)控制創(chuàng)造了有力的條件。當(dāng)前，國內(nèi)電能需求量持續(xù)上升，電氣設(shè)備運行也面臨著多方面的問題，尤其是滿載、超載運行等增加了設(shè)備的耗損率。

1)電氣故障。電氣設(shè)備負(fù)責(zé)執(zhí)行工作命令，按照地區(qū)用電需求完成對應(yīng)的運行動作，決定著電網(wǎng)在區(qū)域用電調(diào)配中的作用。電氣設(shè)備布局與安裝時，依舊存在“高壓低用、低壓高用”的設(shè)備狀態(tài)，電網(wǎng)正式啟用之后，很容易引發(fā)一系列的運行故障問題，破壞了電氣設(shè)備的安全性能。

2)設(shè)備控制。電氣設(shè)備屬于水利工程控制型設(shè)備，整個電能分配過程都存在著調(diào)度方面的困境，尤其是電氣系統(tǒng)層次劃分不明確而影響整體效率。比如，變壓器由于內(nèi)控裝置不完整，限制了電網(wǎng)安全控制系統(tǒng)運行，區(qū)域用電調(diào)度中心對電網(wǎng)控制的穩(wěn)定性不足，降低了電能資源的分配率。

3)信號傳輸。現(xiàn)有水利工程采用信息傳輸平臺，對電氣設(shè)備應(yīng)用實施信號式傳遞方案，擴大了設(shè)備信號傳輸?shù)墓ぷ鞣秶?。但是，電氣信號傳輸易受到外界條件干擾，導(dǎo)致電氣設(shè)備信號中斷，影響了電氣設(shè)備執(zhí)行信號指令的便捷性。例如，信號傳輸安全不足，水電站在傳遞電信號過程中，易受到外界因素干擾而縮短了通信接入的運行速率。

2 水利設(shè)施中自動化系統(tǒng)設(shè)計

電氣自動化是水利水電工程改造方案之一，利用自動化控制平臺實現(xiàn)水電設(shè)備的一體化調(diào)控，減小了傳統(tǒng)手工操控方式的難度，提升了水電站內(nèi)設(shè)備運行的安全系數(shù)。信息科技是自動化系統(tǒng)設(shè)計的根本依據(jù)，能為電氣設(shè)備自動化操控創(chuàng)造便捷條件。

1)通信網(wǎng)絡(luò)?；谛畔⒖萍妓讲粩嗵嵘?，國內(nèi)通信行業(yè)開始走信息化改革道路，將計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于通信系統(tǒng)改造，構(gòu)建現(xiàn)代化信息傳遞服務(wù)區(qū)空間，滿足了廣大用戶傳遞信號的操作需求。通信網(wǎng)絡(luò)改變了過去單一信號傳輸模式缺陷，為電氣自動化提供了多種信道的傳輸方案，如圖1。表面上，通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了多種渠道的信息傳遞方式，電信網(wǎng)、移動網(wǎng)、聯(lián)通網(wǎng)等主要運營商的結(jié)構(gòu)層次實現(xiàn)了優(yōu)化改進。

2)數(shù)據(jù)處理。自動化系統(tǒng)是搭建信息交流平臺的主要方式，為人們社會活動創(chuàng)造了良好的信息服務(wù)。近年來，傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)功能弊端日趨顯現(xiàn)，利用自動化平臺改造通信區(qū)域調(diào)度方案，實現(xiàn)了信號傳遞模式的最優(yōu)化配置。水利部門需借助良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺，對電氣設(shè)備調(diào)度模塊進行優(yōu)化改造，設(shè)計出更加多功能的電氣自動化控制區(qū)域[1]。

圖1 水電站通信網(wǎng)模式

3)設(shè)備調(diào)度?？紤]到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息科技改革的主流趨勢，必須堅持電氣設(shè)備信息化這一改造趨勢，研發(fā)出更高端的調(diào)度系統(tǒng)才能提升設(shè)備工作效率。電氣自動化選用高性能計算機設(shè)備，或者組建計算機集群調(diào)度模式，擴大設(shè)備信號數(shù)據(jù)的處理范圍，減小了單一計算機系統(tǒng)應(yīng)用的功能缺陷。計算機調(diào)度中心根據(jù)水利設(shè)施指令要求操作，時時刻刻都能提供最快捷的設(shè)備自動化通信服務(wù)。

3 基于自動化平臺的電氣事故處理

隨著社會用戶群體的持續(xù)增多，水力發(fā)電生產(chǎn)在運行階段也面臨著一系列的作業(yè)問題，全面提升電氣設(shè)備自動化水平是工程改造重點?；谧詣踊脚_下，電氣設(shè)備事故處理有了新的方案，值班人員或檢修人員可根據(jù)自動化平臺，擬定一套相對完整的事故處理策略。結(jié)合水利設(shè)施常見的幾種事故，其解決方式包括：

1)觸電事故。由于電流流過人體而造成的人身傷害事故，觸電又可分為單相觸電、兩相觸電和跨步電壓觸電3種。電氣自動化平臺對觸電事故具有監(jiān)測功能，實時收集設(shè)備運行中的工作數(shù)據(jù)，為事故分析及處理提供了參考依據(jù)。例如，可根據(jù)觸電設(shè)備、觸電位置等情況，建立自動化事故診斷與應(yīng)急策略。

2)雷電事故。雷擊?？纱輾Ыㄖ铮瑐叭?、畜，還可能引起火災(zāi)；靜電放電的最大威脅是引起火災(zāi)或爆炸事故。設(shè)計自動化系統(tǒng)實現(xiàn)24h的輸電線路監(jiān)控，對自然界雷電襲擊、雨水侵蝕、風(fēng)力沖撞等問題，均可利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)展開監(jiān)控。電氣自動化對雷電事故監(jiān)控具有針對性，一旦發(fā)生雷擊則可快速定位處理。

3)電路事故。線路和設(shè)備故障不但威脅人身安全，而且也會嚴(yán)重?fù)p壞電氣設(shè)備。輸電線路是維持電氣設(shè)備運行的基本條件，利用線路將電能傳輸給變壓器、發(fā)電機等主要控制設(shè)備。安裝自動化電子感應(yīng)儀器，對水電站內(nèi)射頻信號自動感應(yīng)，超出人體承受范圍則顯示告警狀態(tài)。在自動化控制平臺引導(dǎo)下，電氣事故發(fā)生率大大降低，這是利用了電路自診斷、自處理等功能。

4 電氣系統(tǒng)安全控制模式

安全發(fā)電是行業(yè)經(jīng)營的基本理念，尤其在水力發(fā)電生產(chǎn)模式中更應(yīng)重視安全問題，這樣才能持續(xù)利用水資源生產(chǎn)電能。水利設(shè)施設(shè)計電氣自動化系統(tǒng)，為站內(nèi)安全作業(yè)調(diào)度提供了可靠的平臺，設(shè)備絕緣、安全距離、載流控制等，均可以通過自動化平臺實現(xiàn)操作。

1)電氣絕緣。保持配電線路和電氣設(shè)備的絕緣良好，是保證人身安全和電氣設(shè)備正常運行的最基本要素。電氣絕緣的性能是否良好，可通過測量其絕緣電阻、耐壓強度、泄漏電流和介質(zhì)損耗等參數(shù)來衡量。

2)安全距離。電氣安全距離，是指人體、物體等接近帶電體而不發(fā)生危險的安全可靠距離。如帶電體與地面之間、帶電體與帶電體之間、帶電體與人體之間、帶電體與其他設(shè)施和設(shè)備之間，均應(yīng)保持一定距離。通常，在配電線路和變、配電裝置附近工作時，應(yīng)考慮線路安全距離，變、配電裝置安全距離。

3)安全流量。導(dǎo)體的安全載流量，是指允許持續(xù)通過導(dǎo)體內(nèi)部的電流量。持續(xù)通過導(dǎo)體的電流如果超過安全載流量，導(dǎo)體的發(fā)熱將超過允許值，導(dǎo)致絕緣損壞，甚至引起漏電和發(fā)生火災(zāi)。因此，根據(jù)導(dǎo)體的安全載流量確定導(dǎo)體截面和選擇設(shè)備是十分重要的。

5 結(jié) 論

水利工程促進了社會基礎(chǔ)設(shè)施改造發(fā)展進程，將現(xiàn)代電氣設(shè)備應(yīng)用于水力發(fā)電生產(chǎn)體系中，全面提升了傳統(tǒng)發(fā)電機模式的作業(yè)效率。電氣自動化是水利設(shè)施的主要趨勢，采用信息科技為支撐建立新型操控方案，進而優(yōu)化了電氣設(shè)備日常工作流程?；谕ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理、信號傳輸?shù)?大模塊，可以對電氣設(shè)備執(zhí)行全面的安全控制方式，廣泛執(zhí)行電氣設(shè)備故障處理措施。

[1]楊建軍，馮江虹，常振華.關(guān)于中小型水電站技術(shù)改造的幾點建議[J].山西水利，2004(02)：65-66.

1007-7596(2014)11-0217-02

2014-06-07

鮮凡凡(1986-)，女，江蘇淮安人，助理工程師，從事水利工程管理、防汛防旱工作；韓斐(1987-)，男，江蘇金湖，人，助理工程師；薛萍萍(1987-)，女，江蘇南京人，助理工程師。

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