淺談自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用

周生營(yíng)

摘要：水利水電工程是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ) ，抓好水利水電工程管理是確保水利水 電工程安全和正常運(yùn)行、擴(kuò)大再生產(chǎn)的關(guān)鍵。水利水電工程管理直接關(guān)系到工程質(zhì)量，因此對(duì)這樣一項(xiàng)龐大的工程實(shí)行信息自動(dòng)化技術(shù)管理，不僅可以確保工程的質(zhì)量，還能促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展 。隨著信息技術(shù)以及通信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和壯大驅(qū)使著水利水電工程朝著自動(dòng)化方向發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)功能作用不斷的被水資源調(diào)配系統(tǒng)所采用，自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用不僅能夠提升工程效率，而且也能夠簡(jiǎn)化人工操作過(guò)程中的難度，從而保證水利水電工程能夠順利的實(shí)施，以達(dá)到預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化技術(shù)、水利水電工程、水電站

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)水利水電工程正在經(jīng)歷一個(gè)前所未有的大規(guī)模建設(shè)階段，隨著一批大型和特大型水利水電工程的建設(shè)，各類(lèi)水利水電工程對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求將非常廣泛，為水利水電自動(dòng)化與信息化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的空間。水利水電自動(dòng)化控制系統(tǒng)和技術(shù)將是今后研究和發(fā)展的重要方向。

一、自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用背景

水利水電自動(dòng)化技術(shù)作為水電建設(shè)的一部分，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代的美國(guó)、瑞士等發(fā)達(dá)國(guó)家。40年代，水電站運(yùn)行采取的是中控室和機(jī)房?jī)杉?jí)值班。50年代后期，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，由上級(jí)調(diào)度所或梯級(jí)調(diào)度所嚴(yán)控。我國(guó)當(dāng)時(shí)水電自動(dòng)化技術(shù)水平比較落后，多數(shù)電廠還保留著兩級(jí)值班的模式。但自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)水電建設(shè)突飛猛進(jìn)。1979年我國(guó)成功建立了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水力發(fā)電站的自動(dòng)運(yùn)行和安全控制。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅猛發(fā)展，水利水電自動(dòng)化技術(shù)也日益強(qiáng)大。計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)20世紀(jì)80年代初由集中監(jiān)控、功能分散模式進(jìn)入80年代的分層模式，并發(fā)展到90年代初的開(kāi)放分布式模式。進(jìn)入20世紀(jì)，我國(guó)水利水電自動(dòng)化技術(shù)已日漸成熟。其中國(guó)產(chǎn)化程度和“無(wú)人值班”的實(shí)行是我國(guó)水電自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)步的主要標(biāo)志。

二、自動(dòng)化技術(shù)在水電站應(yīng)用的必要性

科技與社會(huì)的進(jìn)步，民眾對(duì)更好的生活水平的追求要求我們不斷地開(kāi)拓創(chuàng)新，不斷地完善、更新社會(huì)分工當(dāng)中的各類(lèi)硬件設(shè)備設(shè)施；其次，從關(guān)注民生、關(guān)心工作人員生活層面上來(lái)說(shuō)，我國(guó)絕大部分的水電站都建立在較偏遠(yuǎn)的山區(qū)，致使大量職工生活在不同差度的生活環(huán)境里。所以對(duì)水電站進(jìn)行綜合化的自動(dòng)化改造也會(huì)在很大程度上改善廣大水電工作人員的生活、工作環(huán)境，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以代替舊時(shí)人工操作以及定時(shí)巡查、記錄、回饋等繁瑣的勞動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)少人甚至無(wú)人值守。

我國(guó)水利水電工程正在經(jīng)歷一個(gè)前所未有的大規(guī)模建設(shè)階段，隨著一批大型和特大型水利水電工程的建設(shè)，各類(lèi)水利水電工程對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求將非常廣泛，為水利水電自動(dòng)化與信息化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的空間，水利水電自動(dòng)化控制系統(tǒng)和技術(shù)將是今后研究和發(fā)展的主要方向。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，水電廠內(nèi)部不同子系統(tǒng)間的互聯(lián)工作也逐步開(kāi)展起來(lái)，監(jiān)控系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)和調(diào)速、勵(lì)磁、保護(hù)等設(shè)備的通信，還要實(shí)現(xiàn)與調(diào)度、水情、閘門(mén)、廠內(nèi)MIS等系統(tǒng)的通信。因而綜合自動(dòng)化技術(shù)也逐步得到了廣泛的延伸與應(yīng)用。水電自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為核心的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的目標(biāo)，水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化元件配置與運(yùn)行，是水電站現(xiàn)代化管理的發(fā)展方向，是科技進(jìn)步的標(biāo)志，也是水電站自身生存和發(fā)展的需要。

三、實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化的意義：

水利水電工程自動(dòng)化具有一定的復(fù)雜性，其包括多項(xiàng)內(nèi)容，而且會(huì)受到較多因素的影響，不同大小的水利水電工程中，應(yīng)用的發(fā)電站組以及設(shè)備不同，這些設(shè)備影響著系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的程度。水利水電工程有著多種工作方式，其運(yùn)行的模式影響著系統(tǒng)的工作效率。水利水電工程自動(dòng)化運(yùn)行影響這電能生產(chǎn)的效率，自動(dòng)化系統(tǒng)可以發(fā)揮監(jiān)督的作用，可以對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行控制，在監(jiān)控的過(guò)程中，還需要應(yīng)用較多的輔助設(shè)備，管理這些設(shè)備時(shí)要做好獨(dú)立控制，避免設(shè)備之間互相干擾、互相影響。在水電廠中單元級(jí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)是具備條件的，是水電廠基礎(chǔ)自動(dòng)化發(fā)展的方向，這將提高水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性能，使單元級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)新的開(kāi)放式分布分散智能化控制系統(tǒng)階段。由于水電廠輔機(jī)自動(dòng)化儀表及裝置還有一個(gè)完善過(guò)程，所以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的應(yīng)用中必然要實(shí)現(xiàn)一個(gè)過(guò)渡模式，就是將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)僅作為通訊網(wǎng)絡(luò)使用，將現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備通過(guò)I/O直接掛在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)上，這樣就將難以解決的通訊問(wèn)題轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊，同時(shí)也解決了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i現(xiàn)象。在水電廠自動(dòng)化裝置和自動(dòng)化儀表完全智能化以后，電廠的被控對(duì)象將直接掛在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上，由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳遞和控制、調(diào)節(jié)等功能，實(shí)現(xiàn)功能分布、位置分布、真實(shí)的開(kāi)放式分布系統(tǒng)。

實(shí)施水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可顯著提高水電站自動(dòng)化水平及安全運(yùn)行水平，為實(shí)現(xiàn)電站無(wú)人值班（少人值守），流域梯級(jí)電站遠(yuǎn)方集中控制和優(yōu)化調(diào)度提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，目前我國(guó)幾乎所有新建水電站都同步實(shí)施了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工程。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，目前我國(guó)主要大中型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)均采用更符合我國(guó)國(guó)情的國(guó)內(nèi)廠家開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。我國(guó)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，經(jīng)歷了初期以常規(guī)為主、計(jì)算機(jī)為輔的試點(diǎn)模式，到取消常規(guī)的全計(jì)算機(jī)監(jiān)控實(shí)用化模式；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也從全廠集中式結(jié)構(gòu)，發(fā)展為比較適合水電站的分層分布式開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)20多年的努力和發(fā)展，系統(tǒng)功能和性能指標(biāo)得到了很大提高，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電站也獲得了廣泛應(yīng)用，技術(shù)也逐步趨于成熟，已經(jīng)可以比較好地實(shí)現(xiàn)電站的本地和遠(yuǎn)方集中控制、安全監(jiān)視、優(yōu)化運(yùn)行等功能，并滿(mǎn)足水電站無(wú)人值班（少人值守）的發(fā)展需要。

總之，實(shí)現(xiàn)水利水電自動(dòng)化運(yùn)行，能夠提高機(jī)組、電力系統(tǒng)及控制設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性，避免一些不安全的因素；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行能夠提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，提高系統(tǒng)的抗干擾能力；自動(dòng)化運(yùn)行也大大提高了控制設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與處理能力；控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)得到提高的同時(shí)，也加快了事故處理能力，減少縮短了事故處理的時(shí)間周期；另外，系統(tǒng)的智能化也進(jìn)一步提升。

（作者單位：山東省滕州市城鄉(xiāng)供水中心基建科）