淺談水電站自動化技術(shù)及其應(yīng)用

呂國明/福建省明溪縣水利局

淺談水電站自動化技術(shù)及其應(yīng)用

呂國明/福建省明溪縣水利局

近年來，水力發(fā)電作為一種清潔環(huán)保的電能生產(chǎn)方式日益受到重視，這就對水電站的運行提出了更高的要求。但當(dāng)前我國部分水電站存在運行效率低、運行不穩(wěn)定等問題。而加強水電站電氣工程自動化技術(shù)的應(yīng)用，可有效解決這些問題，提高水電站的自動化生產(chǎn)和管理水平，提高水電站電能的生產(chǎn)效率，從而為我國的現(xiàn)代化建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施提供基礎(chǔ)。

水電站；電氣工程自動化技術(shù)；應(yīng)用

1.水電站自動化的作用

1.1 提高工作的可靠性

水電站實現(xiàn)自動化后，一方面不僅能夠?qū)λ娬具M行及時以及準(zhǔn)確的檢測與報警，阻止因為設(shè)備的不正常運行造成的事故，提高供電可靠性，另一方面還能夠運用自動化技術(shù)對水電站的各項操作和控制進行實施，有效地減少人員的誤操作，保證供電可靠性。

1.2 提高運行的經(jīng)濟性

水電站運用自動化技術(shù)，可以以系統(tǒng)分配給水電站的負(fù)荷以及實際條件，對其進行合理的調(diào)度，還能定義開機的臺數(shù)進行合理的選擇，保證機組的高效運行，取得良好的經(jīng)濟效益。

1.3 保證電能質(zhì)量

要維持系統(tǒng)電壓和頻率在規(guī)定范圍內(nèi)，就必須迅速而又準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)有關(guān)發(fā)電機組發(fā)出的有功和無功功率。特別是在發(fā)生事故的情況下，快速的調(diào)節(jié)或控制對迅速恢復(fù)電能質(zhì)量具有決定性的意義，而這個過程，單純靠手動操作，無論在速度方面還是在精度方面都是難于實現(xiàn)的，只能借助于自動裝置來完成?？梢姡岣咚娬镜淖詣踊?，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要措施之一。

2.應(yīng)用電氣工程自動化技術(shù)對水電站的重要意義

2.1 提高水電站工作的可靠性

水電站中應(yīng)用電氣工程自動化技術(shù)，可實時、準(zhǔn)確監(jiān)控設(shè)備的工作情況，并形成監(jiān)控日志。如果其中某一設(shè)備或環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會自動預(yù)警，甚至是明確故障方位及原因，以便及時快速的處理故障，提高水電站的運行可靠性。同時，自動監(jiān)控的實施可有效防止和減少人為操縱失誤對設(shè)備的損害。

2.2 保證水電站電能質(zhì)量

電壓和工頻的穩(wěn)定性是衡量水電站電能質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)，其分別受無功功率和有功功率的影響，由于電網(wǎng)負(fù)荷狀態(tài)的不穩(wěn)定性，會對電能質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。因此通過自動化技術(shù)，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機組，使電壓和工頻始終處于一個合理的水平，可保證電能質(zhì)量。

2.3 提高水電站運行的經(jīng)濟性

水電站中應(yīng)用電氣工程自動化技術(shù)，可對水電站的負(fù)載及運行機組數(shù)量進行分析，從而進行合理調(diào)度，以確保以最低的投入獲得最大的效益。如果單純依靠人為操作不利于水電站運行的經(jīng)濟性。

2.4 提高水電站生產(chǎn)效率

一般而言，水電站選址大多比較偏僻，工作人員工作環(huán)境相對較差。而電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用，部分工作是由各種自動裝置按一定的程序完成，減輕了工作人員的工作量，降低了生產(chǎn)成本，提高了水電站的生產(chǎn)效率。

3.水電站應(yīng)用電氣工程自動化技術(shù)可實現(xiàn)的功能

將電氣工程自動化技術(shù)應(yīng)用于水電站后，可實現(xiàn)如下功能：（1）實現(xiàn)對水輪發(fā)電機組運作的自動控制，如實現(xiàn)發(fā)電機組自動化設(shè)備的自動開關(guān)機、調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電，使自主發(fā)電成為可能。同時，其可實現(xiàn)發(fā)電站運行狀態(tài)的高效率，即水電系統(tǒng)趨向全面智能化，能根據(jù)實際情況設(shè)定相應(yīng)指令，確保機組所承載負(fù)荷始終限定在一個合理范圍內(nèi)，并在各個機組內(nèi)平衡分配。另外，自動化系統(tǒng)能根據(jù)實際負(fù)荷需求量對機組進行自行調(diào)換，使無效功降至最低，有效功升至最高。如遇洪澇或突發(fā)事件，系統(tǒng)能根據(jù)實際情況決定調(diào)動備用機組還是將部分運行的機組斷開。（2）實現(xiàn)對水輪發(fā)電機組及其輔助設(shè)備運行工況的監(jiān)控，以協(xié)調(diào)各設(shè)備的運行狀態(tài)。主要監(jiān)控定子軸承、轉(zhuǎn)子軸承、水工隧洞、水輪機進水閥門、機組潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、引水裝備等，以獲取各種輔助設(shè)備運行中的參數(shù)，如果其中任意一個部分出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會迅速做出警示或應(yīng)急處理。（3）實現(xiàn)對各種水泵、油泵和空壓機等輔助設(shè)備的自動控制，一旦出現(xiàn)突發(fā)情況，系統(tǒng)將自動啟用備用設(shè)備。（4）實現(xiàn)對系統(tǒng)電氣設(shè)備的智能控制，主要是檢測輸電線路、變壓器、母線的運行情況，并根據(jù)其運行情況進行有效防護和控制管理。（5）控制和監(jiān)視水工建筑物運行工況：主要監(jiān)控閘門的工作狀態(tài)、攔污柵有無堵塞情況發(fā)生、水位高低，并采取合理的措施對引水壓力管進行有效保護。

4.電氣工程自動化技術(shù)在水電站中的具體應(yīng)用

4.1 自動監(jiān)控技術(shù)在水電站中的應(yīng)用

運用自動監(jiān)控技術(shù)可監(jiān)控水電站的各項設(shè)備設(shè)施，目前，主要采用集中監(jiān)控模式、遠程監(jiān)控模式和總線監(jiān)控模式。集中監(jiān)控模式即把水電站所有設(shè)備和功能集中于同一個處理器，這種監(jiān)控模式的優(yōu)點在于成本低。缺點在于對處理器性能有較高要求，且由于集中性高，處理器的處理速度將大大降低，使其監(jiān)控實際效用大大降低。另外這種監(jiān)控模式需要多條電纜，電纜如果出現(xiàn)具有損害，容易發(fā)生安全隱患，從而使自動化系統(tǒng)的可靠性大打折扣。遠程監(jiān)控模式在我國水電站的應(yīng)用較為廣泛，其通過數(shù)個CPU統(tǒng)一運行實現(xiàn)，這種監(jiān)控模式可防止某一處出現(xiàn)故障而影響整個系統(tǒng)運行，其可使電纜的使用量減少，成本降低。但由于其使用的是CAN總線設(shè)計，將影響系統(tǒng)的通訊速度?，F(xiàn)場總線監(jiān)控模式是借助局域網(wǎng)、以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線等計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對水電站的運行情況進行監(jiān)控，其具有成本低和通訊量的優(yōu)勢，各個裝置相對獨立，可提升系統(tǒng)可靠性。

4.2 可編程序控制器在水電站中的應(yīng)用

可編程序控制器在水電站中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩個方面：（1）PLC在軸流槳式水輪機調(diào)速器中的應(yīng)用：當(dāng)前我國中低水頭電站主要應(yīng)用軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機發(fā)電，但水電站水輪機的水頭和水位處于動態(tài)變化中，可能與設(shè)備的固定參數(shù)產(chǎn)生一定的差距，導(dǎo)致發(fā)電機組無法以最佳狀態(tài)運行。因此，可使用可編程序控制器（PLC）進行調(diào)速，可根據(jù)發(fā)電機組運行中不同水頭、上下游水位、手動協(xié)聯(lián)漿葉和導(dǎo)葉，在獲得最佳協(xié)聯(lián)曲線后，借助PLC修改原有協(xié)聯(lián)曲線，確保發(fā)電機組在最佳狀態(tài)下運行。（2）PLC在水庫式電站調(diào)速器中的應(yīng)用：水庫式電站水頭變化范圍大，汽輪機液壓調(diào)節(jié)器難以保證讓機組在額定狀態(tài)轉(zhuǎn)動，而可編程序控制器可有效解決這一問題，其可實現(xiàn)對水頭高度的修改，通過程序的修改，確保機組在額定狀態(tài)下運轉(zhuǎn)。3.3自動化控制系統(tǒng)在油氣水系統(tǒng)中的應(yīng)用水電站建設(shè)初期，生產(chǎn)運行基本上需要人為操作控制，人力資源的投入較大。而將自動化技術(shù)引入后，可實現(xiàn)對油氣水系統(tǒng)的自動化控制，降低手工操作帶來的潛在風(fēng)險，使油氣水控制系統(tǒng)的安全性大為提高。電氣工程自動化系統(tǒng)可提高油氣水控制參數(shù)的合理性和準(zhǔn)確性，自動檢測和控制異常狀態(tài)，關(guān)閉開關(guān)設(shè)備運行，提高備用管道的安全性，適當(dāng)延長油泵的使用壽命。

5.結(jié)束語

隨著我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深入，水資源的開發(fā)和利用逐漸被重視，將電氣工程自動化技術(shù)應(yīng)用于水電站的現(xiàn)代化建設(shè)中，對于確保水電站的安全、穩(wěn)定、高效率運行具有重要的意義，從而可為我國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)提供強有力的水電能源保障。因此，水電站應(yīng)提高對電氣自動化的認(rèn)識，積極引進電氣自動化技術(shù)，充分發(fā)揮電氣自動化技術(shù)的優(yōu)勢，促進水電站自動化水平升級，以提高水電站的發(fā)電效率，促進水電站系統(tǒng)的改造升級。同時水電站應(yīng)加強人才隊伍建設(shè)，定期對實際操作人員進行培訓(xùn)，使其掌握熟練的電氣自動化操作水平，并做好考核工作，以確保自動化系統(tǒng)的運行維護工作順利開展，有效減少和避免各類電氣自動化裝置故障。

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