電氣自動(dòng)化在水電站中的應(yīng)用相關(guān)問題研究

摘要：水電站的電氣自動(dòng)化技術(shù)是一門綜合性較強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)，它擔(dān)負(fù)著自動(dòng)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組輔助設(shè)備和發(fā)電機(jī)組和的狀態(tài)，并執(zhí)行自動(dòng)操作相關(guān)任務(wù)，發(fā)出事先擬定的報(bào)警信號(hào)。水電站電氣自動(dòng)化就是要使水電站生產(chǎn)過(guò)程的操作、控制和監(jiān)視，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。水電站的電氣自動(dòng)化過(guò)程就是能夠讓水電站在生產(chǎn)過(guò)程的控制、操作、監(jiān)視在沒有人直接參與的狀態(tài)下，按照預(yù)定的程序和計(jì)劃自動(dòng)地進(jìn)行操作。水電站的電氣自動(dòng)化水平是水電站安全運(yùn)行的重要手段，也是衡量水電站現(xiàn)代化水平的標(biāo)志。

關(guān)鍵詞：水電站；電氣自動(dòng)化；應(yīng)用；探討

前言：隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)迅猛發(fā)展，電氣自動(dòng)化在水電站中也得到了廣泛應(yīng)用，這又主要體現(xiàn)在水電站的自動(dòng)化方面。水電站的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化的關(guān)鍵部分，是利用計(jì)算對(duì)整個(gè)水電生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控的“耳目”、“手腳”，它擔(dān)負(fù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)機(jī)組和輔助設(shè)備的狀態(tài)，發(fā)出擬定的報(bào)警信號(hào)、執(zhí)行自動(dòng)操作任務(wù)。水電站自動(dòng)化的程度取決于電站的規(guī)模，電站的型式及主要機(jī)電設(shè)備的性能。水電站自動(dòng)化具有提高工作的可靠性、提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、保證電能質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件等作用。

一、設(shè)備選型及自動(dòng)化設(shè)計(jì)

隨著水電站自動(dòng)化水平的提高，水輪發(fā)電機(jī)組所需自動(dòng)化元件愈來(lái)愈多，其作用就愈重要。但由于目前主機(jī)配套的自動(dòng)化元件的性能不夠穩(wěn)定、靈敏度差、精度低等因素以及自動(dòng)化設(shè)計(jì)上的不足使水電站的自動(dòng)控制的安全受到不同程度的影響，這就需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型和自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

（一）PLC在軸流槳式水輪機(jī)調(diào)速器中的應(yīng)用

軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)被廣泛使用于中低水頭電站。由于它的水輪機(jī)葉片隨水不同可與導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)動(dòng)作而使用水輪機(jī)的動(dòng)行水頭范圍增大。這樣可為電廠創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。水輪發(fā)電機(jī)組制造廠家為其制造的水輪機(jī)提供了一組不同水頭下導(dǎo)葉開度與漿葉轉(zhuǎn)角的協(xié)聯(lián)曲線，調(diào)整器制造廠按此曲線設(shè)置了調(diào)速器內(nèi)導(dǎo)葉與漿葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系。但是由于實(shí)際電站運(yùn)行時(shí)，水輪機(jī)水頭的變化及上下游水位的變化，與廠家提供參數(shù)相差甚運(yùn)，故按協(xié)聯(lián)曲線運(yùn)行時(shí)機(jī)組運(yùn)行性能差不能達(dá)到最佳狀態(tài)。因此對(duì)于此類機(jī)組的調(diào)整器須采用可改變程序的PLC可編程控制器的調(diào)速器[1]。在機(jī)組試運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中和今后的運(yùn)行中可先針對(duì)不同水頭及上、下游水位及手動(dòng)協(xié)聯(lián)導(dǎo)葉、漿葉，取得最佳協(xié)聯(lián)曲線而后修改原協(xié)聯(lián)曲線輸入PLC而使機(jī)組處實(shí)際最佳狀態(tài)。

（二）PLC在調(diào)節(jié)水庫(kù)式電站調(diào)速器中的應(yīng)用

水庫(kù)式電站的運(yùn)行水頭變化范圍大：此類電站的調(diào)速器和起動(dòng)開度一般按水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭設(shè)計(jì)，但當(dāng)電站水頭降低，水輪機(jī)處于低水頭下運(yùn)行時(shí)，電液調(diào)整器往往不能使機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速（自動(dòng)狀態(tài)）為使調(diào)整器的起動(dòng)開度增大，往往需更換芯片或在開度指示儀中串接電阻而使調(diào)節(jié)器輸出值與開度指示產(chǎn)生差值開機(jī)組。當(dāng)電站水頭更小于設(shè)計(jì)水頭時(shí)，為使機(jī)組開機(jī)不致過(guò)速，而又必須換回芯片或撤除串接電阻，若采用PLC可編程控制器，則可根據(jù)電站水頭高低，修改其程序來(lái)改變起動(dòng)開度即可。

二、水電站電氣自動(dòng)化的主要內(nèi)容

（一）對(duì)水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制

水電站還有很多控制是屬于閉環(huán)性質(zhì)，比如：調(diào)速器屬于發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的閉環(huán)系統(tǒng)；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器屬于發(fā)電機(jī)組電壓的閉環(huán)控系統(tǒng)，這兩個(gè)調(diào)節(jié)器是發(fā)電機(jī)組中最基本、最簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置。水電站發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)和控制主要通過(guò)機(jī)組監(jiān)控設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控設(shè)備及時(shí)將機(jī)組的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送到控制室計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行程序來(lái)判斷發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況，根據(jù)實(shí)際情況向控制設(shè)備發(fā)出相關(guān)的指令，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電和發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相、機(jī)組的并列和開關(guān)機(jī)自動(dòng)化管理[2]。

（二）對(duì)水電站輔助設(shè)備運(yùn)行狀況的自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)視

對(duì)水電站運(yùn)行設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)，水電站要檢測(cè)的運(yùn)行設(shè)備主要包括：發(fā)電機(jī)組與其輔助設(shè)備、水工建筑物與其操作設(shè)備、發(fā)電站的公用設(shè)備、變電稠開關(guān)設(shè)備等，發(fā)電機(jī)組的輔助設(shè)備主要由操作系統(tǒng)及其油、氣、水系統(tǒng)組成。水電站輔助設(shè)備運(yùn)行狀況的自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)視主要通過(guò)控制設(shè)備、監(jiān)測(cè)設(shè)備、控制節(jié)點(diǎn)，將機(jī)組輔助設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)及時(shí)地發(fā)送到計(jì)算機(jī)，同時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)輔助設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而判斷輔助設(shè)備的工作狀態(tài)以及控制輔助設(shè)備的電流。自動(dòng)檢測(cè)是水電站安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，它能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備的自動(dòng)控制、自動(dòng)操作、自動(dòng)保護(hù)。

（三）對(duì)水電站主要電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制、保護(hù)

水電站的電氣設(shè)備主要包括：母線、變壓器、輸電線路等。水電站電氣自動(dòng)化也包括對(duì)這些電氣設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)視、控制、保護(hù)，并根據(jù)它們的運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)判斷變壓器工作是否正常、母線使用是否正常、輸電線路是否暢通。如果出現(xiàn)安全事故，就能及時(shí)排除電氣設(shè)備故障，確保供電安全。

三、水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，一種模塊化的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)，逐步取代了傳統(tǒng)的以常規(guī)控制、人工操作為主的控制模式，大大提高水電站的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)水電站“無(wú)人值班，少人值守”。實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行管理的自動(dòng)化：實(shí)現(xiàn)運(yùn)行報(bào)表的自動(dòng)生成，運(yùn)行操作的自動(dòng)記錄，電站設(shè)備參數(shù)或整定值的記錄與保存，所有報(bào)表均可自動(dòng)或召喚打印以及運(yùn)行人員仿真培訓(xùn)等；系統(tǒng)通訊實(shí)現(xiàn)與上級(jí)調(diào)度、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間通信，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[3]。

結(jié)語(yǔ)：隨著微電子技術(shù)與電力科技水平的不斷發(fā)展，原有的電力控制理念已經(jīng)不能無(wú)法適應(yīng)水電站現(xiàn)代化技術(shù)水平的要求。而水電站實(shí)施電氣自動(dòng)化不僅能夠提高水電站工作的可靠性、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能的質(zhì)量，還能提高水電站勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高水電站的經(jīng)濟(jì)效益。隨著國(guó)家對(duì)能源結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，對(duì)水資源的開發(fā)利用程度不斷加大，水電站的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)被運(yùn)用到各種水利樞紐工程中，發(fā)揮了水電站更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]樓承仁，黃聲先，李植鑫.水電站自動(dòng)化[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2016，10

[2]劉忠源.水電站自動(dòng)化[M].第二版.北京：水利水電出版社，2015，5

[3]崔明.變電站與水電站綜合自動(dòng)化[M].北京：中國(guó)水利水電出版

作者簡(jiǎn)介：鐘亮，男，廣東河源人，本科生，北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化，單位郵編：519088