電氣及其自動(dòng)化在小型水電站排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】排水系統(tǒng)是小型水電站中的關(guān)鍵設(shè)施，具有保障小型水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要作用。電氣及其自動(dòng)化技術(shù)在排水系統(tǒng)中廣泛采用，可對(duì)水電站的排水系統(tǒng)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)和控制，本文詳細(xì)分析了電氣及其自動(dòng)化技術(shù)在水電站的排水系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電氣自動(dòng)化；水電站；排水系統(tǒng)；自動(dòng)控制

引言

水力發(fā)電是清潔的可再生能源之一，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的采用。近年來(lái)，水力發(fā)電的裝機(jī)容量逐年擴(kuò)大，是重要的能源形式之一，但目前對(duì)水力發(fā)電的開(kāi)發(fā)力度依然不足，未來(lái)對(duì)水力發(fā)電的開(kāi)發(fā)依然大有可為。

對(duì)于山地較多的地區(qū)，水力資源一般也較為豐富，為了使水電資源能得到充分的利用和開(kāi)發(fā)，可以在該地區(qū)建設(shè)大量的小型水電站。排水系統(tǒng)是小型水電站中的關(guān)鍵設(shè)施，排水系統(tǒng)的正常工作是保障小型水電站安全運(yùn)行的前提，其中電氣及其自動(dòng)化技術(shù)在排水系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，故本文探討電氣及其自動(dòng)化在小型水電站排水系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要的工程實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。

1、水電站的發(fā)電原理

水電站發(fā)電的基本原理是利用水位差的勢(shì)能，帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，之后通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，從而完成將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。

以甘溪水輪泵水電站為例，該水電站是一座以灌溉為主，兼顧發(fā)電、防洪、通航功能的綜合性農(nóng)村水利樞紐工程。位于湘江一級(jí)支流洣水下游，距洣水注入湘江河口32km，距衡東縣城11km，是洣水梯級(jí)開(kāi)發(fā)倒數(shù)第二個(gè)電站。壩址以上干流長(zhǎng)度264km，控制流域面積為9869km3，占洣水流域面積的95.8%。1966年動(dòng)工修建，1968年開(kāi)始部分投產(chǎn)。裝有ZD510-LH-180型1250KW容量的水輪發(fā)電機(jī)組10臺(tái)，主電廠發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量1.25萬(wàn)KW，該電站發(fā)電的具體轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，水力發(fā)電系統(tǒng)具體可包括水利系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)兩大部分。其中，排水系統(tǒng)是保障水電站正常運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)水電站中的水資源的輸入和輸出平衡。

2、水電站的排水系統(tǒng)

水電站的排水系統(tǒng)的主要作用是排除生產(chǎn)廢水、檢修積水和廠內(nèi)的生活污水等，同時(shí)避免廠房?jī)?nèi)出現(xiàn)積水和潮濕等現(xiàn)象，保證水力發(fā)電機(jī)組的過(guò)水部分和水電廠房水下部分的檢修等。從排水系統(tǒng)的類(lèi)型上劃分，具體可分為生產(chǎn)用水排水系統(tǒng)、滲透排水系統(tǒng)、機(jī)組檢修排水系統(tǒng)和廠區(qū)排水系統(tǒng)等。

滲透排水的特點(diǎn)是排水量較小，不集中且很難用計(jì)算的方法給予準(zhǔn)確的計(jì)算。因此，在水電站都設(shè)有集水井用以集中儲(chǔ)存滲透水，然后用設(shè)備排至下游，但需要定時(shí)排出，通常需要采用自動(dòng)控制技術(shù)。自動(dòng)控制技術(shù)一般是采用電氣自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

發(fā)電機(jī)組的檢修排水的特點(diǎn)是排水量大，只能采用排出設(shè)備加以排除。為了加快機(jī)組的檢修速度，排水時(shí)間要很短，通常采用手動(dòng)控制的方法。

3、電氣自動(dòng)化在排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了提高水電站的發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)效益，電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站的排水系統(tǒng)中得到了廣泛的采用，具體包括自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)等。

其中，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)即為采用電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)水位異常，及時(shí)報(bào)警并采用合理有效的技術(shù)措施進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而保證水電發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)需要采用較為先進(jìn)的傳感器技術(shù)，為自動(dòng)判斷提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)源。

為了對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，需對(duì)排水量進(jìn)行計(jì)算。另外，需排除的積存水容積的計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：為壓力水管積存水容積；為蝸殼積存水容積嗎，單位為立方米；為尾水管積存水容積，單位也為立方米。其中，可按壓力水管的結(jié)構(gòu)尺寸和布置情況及下游水位進(jìn)行計(jì)算，和的相關(guān)計(jì)算參考水電站機(jī)電設(shè)計(jì)的相關(guān)手冊(cè)。

計(jì)算出相關(guān)的排水量之后，就可采用電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)水電站的排水系統(tǒng)進(jìn)行有效的實(shí)際控制。電氣自動(dòng)化技術(shù)一般是采用PID控制或者PLC自動(dòng)化技術(shù)。PLC技術(shù)能夠通過(guò)內(nèi)部編寫(xiě)的程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的自動(dòng)控制，并對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

自動(dòng)控制技術(shù)一般采用負(fù)反饋方式，即將輸出端的物理量傳遞到輸入端，之后與輸入端一起進(jìn)行綜合決策，直到輸出結(jié)果符合預(yù)設(shè)目標(biāo)的要求，?？汕蠼獬鱿鄳?yīng)的傳遞函數(shù)。對(duì)于電氣自動(dòng)化技術(shù)在排水系統(tǒng)中的應(yīng)用，可將水電站的實(shí)際水位數(shù)值通過(guò)傳感器采集到自動(dòng)控制裝置中，經(jīng)過(guò)綜合判斷，從而調(diào)節(jié)水電站排水系統(tǒng)的輸出，保證水電站排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4、結(jié)論

本文首先介紹了水電站的發(fā)電原理，并詳細(xì)介紹了水電站中的排水系統(tǒng)及排水系統(tǒng)的分類(lèi)。之后，介紹了電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站排水系統(tǒng)中的應(yīng)用情況及其工作原理，重點(diǎn)介紹了PID控制技術(shù)和PLC自動(dòng)化技術(shù)。本文所述的電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站排水系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)保障水電站的安全可靠運(yùn)行具有重要的工程價(jià)值。

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