有關(guān)水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用的探討

摘 要：水電站作為我國(guó)電力資源的重要提供者，其運(yùn)營(yíng)過程中越來(lái)越離不開電氣自動(dòng)化的應(yīng)用。本文主要介紹了水電站電氣自動(dòng)化的內(nèi)容、目的、意義、應(yīng)用方法及發(fā)展趨勢(shì)，充分體現(xiàn)出電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中重要的地位。

關(guān)鍵詞：水電站；電氣自動(dòng)化；應(yīng)用；

中圖分類號(hào)：f407.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-09-00-01

水電站作為我國(guó)電力資源的重要提供者，其運(yùn)營(yíng)過程中越來(lái)越離不開電氣自動(dòng)化的應(yīng)用。而在水電站的實(shí)際應(yīng)用中，隨著電子信息技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，水電站自動(dòng)化程度越來(lái)越高。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)水電站自動(dòng)化水平比較低。因此，通過提高水電站自動(dòng)化程度，利用好豐富的水能資源，對(duì)我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有十分重要的意義。

一、水電站電氣自動(dòng)化概述

（一）定義

水電站電氣自動(dòng)化，是指用機(jī)械、電氣及電子設(shè)備，按預(yù)定程序?qū)λ娬局饕姎庠O(shè)備進(jìn)行自動(dòng)操作、控制和監(jiān)控，能夠在無(wú)人（ 或少人） 直接參與的情況下，按預(yù)定的計(jì)劃或程序自動(dòng)地進(jìn)行。

（二）內(nèi)容

在實(shí)際應(yīng)用中，水電站的自動(dòng)化受眾多因素影響，例如水電站級(jí)別、類型，電氣設(shè)備的接線，主要輔助設(shè)備、機(jī)組的規(guī)格及安置方式等。水電站電氣自動(dòng)化的內(nèi)容 主要包括：

1、對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控

對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控主要包括兩大方面：首先是要實(shí)現(xiàn)設(shè)備開關(guān)機(jī)、調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電及發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相的智能化控制；其次，維持水輪發(fā)電機(jī)組的低成本自動(dòng)運(yùn)行，智能控制啟動(dòng)的機(jī)組數(shù)目，在機(jī)組間實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的有效分配，按照電站實(shí)際規(guī)模和系統(tǒng)要求，自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組的無(wú)功和有功功率等。此外當(dāng)發(fā)電機(jī)組遇到意外情況或者某些電力系統(tǒng)發(fā)生意外事故而導(dǎo)致電力系統(tǒng)頻率降低時(shí)，預(yù)先設(shè)定的程序會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)備用機(jī)組；相反在汛期到來(lái)系統(tǒng)頻率過高時(shí)，程序會(huì)智能關(guān)閉某些機(jī)組，以此自動(dòng)調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)設(shè)備，使其合理、高效運(yùn)行。

2、對(duì)主要輔助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控

水電站的設(shè)備包括較多的輔助器件，這些器件的正常運(yùn)行是保證機(jī)組正常工作的基礎(chǔ)。因此，要檢測(cè)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子和定子電路是否安全；檢測(cè)機(jī)組電機(jī)定子繞組鐵芯溫度是否在正常范圍；監(jiān)督檢查發(fā)電機(jī)組潤(rùn)滑度以及制冷系統(tǒng)、變速系統(tǒng)等是否正常工作。不論以上哪個(gè)部分出現(xiàn)故障，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)都會(huì)根據(jù)程序迅速分析事件危害，并立即響應(yīng)應(yīng)急程序，啟動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)措施，同時(shí)將故障信息以警報(bào)的形式通知工作人員，從而降低傳統(tǒng)應(yīng)急事件處理方式導(dǎo)致的損失。

3、對(duì)機(jī)組外電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)

電氣自動(dòng)化技術(shù)能在變壓設(shè)備、輸電線路出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)切斷電源，并準(zhǔn)確計(jì)算出故障點(diǎn)，通知工作人員及時(shí)處理，從而減少了因查找故障位置而花費(fèi)的時(shí)間。

4、對(duì)機(jī)組外輔助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控

完整的水電站除了發(fā)電機(jī)組、機(jī)組主要輔助設(shè)備及機(jī)組外電氣設(shè)備外，還有非常多的機(jī)組外輔助設(shè)備，如各種空壓機(jī)、水泵和油泵等。此外，水電站大壩及閘門等都對(duì)整個(gè)發(fā)電過程非常重要，故也需應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)檢測(cè)閘門是否能正常啟動(dòng)；檢測(cè)水位高低，水位過高或過低時(shí)自動(dòng)及時(shí)報(bào)警等。

二、水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用的目的

（一）提高水電工作的安全性

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。

（二）確保相關(guān)工作的有效執(zhí)行

在實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化后，很多工作都可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)配置，及時(shí)、快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行相關(guān)設(shè)備、事故、狀態(tài)等預(yù)警、通報(bào)、記錄等。水電站電氣自動(dòng)化對(duì)于水電站相關(guān)工作有效執(zhí)行起著非常重要的作用。如果出現(xiàn)緊急事故，也可以通過自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)控制相關(guān)設(shè)備，保障整體水電站生產(chǎn)系統(tǒng)安全，從而確保最終用戶用電安全。

（三）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。

（四）降低水電站的運(yùn)營(yíng)成本

隨著自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，相關(guān)智能配電系統(tǒng)可以根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和水電站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境來(lái)合理配置資源，機(jī)械設(shè)備的靈活使用，幫助水電站實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度，這對(duì)于水電站運(yùn)營(yíng)成本控制和最佳經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)意義重大。

（五）提高員工的工作效率

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)，改善了員工的工作環(huán)境，減輕了員工的勞動(dòng)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。

三、水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用方法

（一）建立電氣控制系統(tǒng)

水電站電氣自動(dòng)化操作系統(tǒng)采取計(jì)算機(jī)控制變成方式，其主要以以太網(wǎng)控制與主機(jī)互聯(lián)的各個(gè)終端設(shè)備，采用開放式體系結(jié)構(gòu)，層次分明，根據(jù)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行配置。再設(shè)計(jì)契合系統(tǒng)，使之易于掌握，方便調(diào)試和運(yùn)行，在監(jiān)控系統(tǒng)開展數(shù)據(jù)收集及處理工作時(shí)，設(shè)備運(yùn)行的情況會(huì)自動(dòng)寫入計(jì)算機(jī)的硬盤中，從而保證了水電站管理及運(yùn)行的時(shí)效性，報(bào)表自動(dòng)生成功能也可以為水電站設(shè)備的修理及調(diào)整提供有利依據(jù)，達(dá)到信息資源共享，充分發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的綜合效益。

（二）水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制

在水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用過程中要想實(shí)現(xiàn)設(shè)備開停機(jī)的自動(dòng)化操作，使設(shè)備各項(xiàng)操作都能夠按照程序設(shè)定內(nèi)容自動(dòng)運(yùn)行，確保水輪發(fā)電站運(yùn)行的穩(wěn)定性，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和水電站運(yùn)行的條件優(yōu)選具有最佳運(yùn)行效果的機(jī)組數(shù)量。在機(jī)組間實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組的有功和無(wú)功功率等。同時(shí)，當(dāng)工作機(jī)組在出現(xiàn)事故時(shí)，備用機(jī)組可以隨時(shí)自動(dòng)的起動(dòng)并且投入到工作中，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)頻率過高的情況時(shí)，也能夠?qū)⒉糠謾C(jī)組自動(dòng)進(jìn)行切除。

（三）監(jiān)視水輪發(fā)電機(jī)組及相關(guān)輔助設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況

對(duì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子及定子回路進(jìn)行電量監(jiān)控，監(jiān)控軸承定子繞組的溫度，發(fā)電機(jī)組的冷卻體系及潤(rùn)滑體系，以及機(jī)組的調(diào)速體系工作。在這樣的自動(dòng)化系統(tǒng)中也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上下游水位、攔污柵以及電站閘門的監(jiān)控，對(duì)油泵、空壓機(jī)以及水泵等一些機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制，并且在發(fā)生事故時(shí)自動(dòng)地將輔助設(shè)備投入備用工作當(dāng)中。通過對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控不但對(duì)管理人員的工作壓力起到了緩解的作用，同時(shí)還使得管理效率得到了有效的提高，促進(jìn)了自動(dòng)化管理的發(fā)展。

（四）完成對(duì)建筑物運(yùn)行工況控制

加大對(duì)主要電氣設(shè)備及水工建筑項(xiàng)目的監(jiān)控、控制及保護(hù)力度，如變壓器，母線，輸電線路。

四、水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展方向

（一）智能化

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)得到了更大的發(fā)展，為工廠自動(dòng)化設(shè)備逐步向智能化的方向發(fā)展提供了基本前提。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，其實(shí)際應(yīng)用于電廠監(jiān)控設(shè)備，它將運(yùn)行狀態(tài)記錄于存儲(chǔ)設(shè)備，并將其與實(shí)際操作聯(lián)系起來(lái)，避免了因不必要的失誤而造成重大損失。在過去，這需要派人做電力抄表記錄，智能化電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，大大減少了電廠工作人員的工作量，提高了工作效率。

（二）自動(dòng)化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)關(guān)聯(lián)

引入以太網(wǎng)是工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì)。以太網(wǎng)可以用更快的速度，更大的容量，更低的成本來(lái)完成信息傳輸，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。電力部門和發(fā)電廠使用更多的嵌入式以太網(wǎng)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為電廠提供設(shè)備監(jiān)控的基礎(chǔ)，以確保監(jiān)測(cè)的有效性，確保有效的數(shù)據(jù)交換。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合日益緊密的過程中，減少了人力、精力和時(shí)間，節(jié)約了成本。

（三）利用外匯管制提高效率

常規(guī)電站設(shè)備系統(tǒng)已跟不上電子行業(yè)的快速發(fā)展。要完成高速，高效的數(shù)據(jù)集成任務(wù)，我們必須使用更多的開關(guān)控制電路。利用外匯管制的方法，可以解決最后的電氣設(shè)備受到振動(dòng)和噪音干擾問題。技術(shù)的不斷提高，降低噪音，減少電氣自動(dòng)化設(shè)備組件的干擾，從而大大提高電氣自動(dòng)化效率。

五、總結(jié)

水電站電氣自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，提高了水電經(jīng)營(yíng)效率、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也保證了水電安全性。并能極大的改善現(xiàn)有員工工作環(huán)境、工作條件，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。水電站電氣自動(dòng)化的系統(tǒng)研究和完善的意義會(huì)越來(lái)越大。

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