在水電站中電氣自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用探討

黃婷

【摘 要】水電站又稱(chēng)為水廠，與人類(lèi)生活息息相關(guān)，緊密聯(lián)系。水電站是發(fā)電的重要場(chǎng)所，水力發(fā)電是滿(mǎn)足人們用電需求的重要途徑，同時(shí)水電站還具有防洪、灌溉等功效，是促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合性工程設(shè)施。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)逐漸運(yùn)用到各行業(yè)之中，并取得了顯著的成就。其中水電站也不例外，自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的有效運(yùn)用，大大提高了水電站的工作效率，提升了水電站經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)化水電站電力運(yùn)作。本文主要分析了水電站中電氣自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用策略。

【關(guān)鍵詞】水電站；自動(dòng)化技術(shù)；運(yùn)用；策略

我國(guó)水能資源豐富，無(wú)論是蘊(yùn)藏總量、技術(shù)開(kāi)發(fā)量及其年開(kāi)發(fā)量等來(lái)說(shuō)，在世界上都具有一定優(yōu)勢(shì)。水力發(fā)電是我國(guó)電能供應(yīng)的重要組成部分，與火電廠發(fā)電相比，水力發(fā)電具有能耗低，環(huán)境污染小等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展背景下，對(duì)電能需求量不斷提升，我國(guó)水力發(fā)電迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，其中存在的問(wèn)題也逐漸顯示出來(lái)，主要有我國(guó)水力資源開(kāi)發(fā)仍舊處于落后的水平，水利發(fā)電方式傳統(tǒng)老舊，自動(dòng)化程度有待引進(jìn)和加強(qiáng)。自動(dòng)化是水電站發(fā)展的必然趨勢(shì)，是水電站現(xiàn)代化程度的重要體現(xiàn)。引入自動(dòng)化技術(shù)，能夠提高水電站的運(yùn)行效率，節(jié)約人力成本，對(duì)水電站經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。筆者結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從水電站電氣自動(dòng)化的內(nèi)容分析入手，探討了水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用策略。

1水電站電氣自動(dòng)化的內(nèi)容

1.1監(jiān)控水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)

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(kāi)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，使得上述操作能在預(yù)先設(shè)計(jì)的程序下自主獨(dú)立完成；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(guò)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，即使沒(méi)有工人在場(chǎng)也能對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)實(shí)行實(shí)時(shí)智能監(jiān)控。

1.2監(jiān)控主要輔助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

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。

1.3監(jiān)控和保護(hù)機(jī)組外電氣設(shè)備

除了上述發(fā)電機(jī)組和主要輔助設(shè)備外，水電站還有大量的其他電氣設(shè)備，如變壓器、輸電線(xiàn)路等。對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控，對(duì)整個(gè)發(fā)電過(guò)程至關(guān)重要。電氣自動(dòng)化技術(shù)能在變壓設(shè)備、輸電線(xiàn)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。

1.4監(jiān)控機(jī)組外輔助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

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(mén)等都對(duì)整個(gè)發(fā)電過(guò)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(mén)是否能正常啟動(dòng)；檢測(cè)水位高低，水位過(guò)高或過(guò)低時(shí)自動(dòng)及時(shí)報(bào)警等。

2水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)分析

2.1自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)

水電站中利用電氣自動(dòng)化技術(shù)可以進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控水電站中運(yùn)行的所有設(shè)備。其監(jiān)控技術(shù)分為三個(gè)模式：遠(yuǎn)程監(jiān)控模式、集中監(jiān)控模式以及總線(xiàn)監(jiān)控模式。其中遠(yuǎn)程監(jiān)控是指利用多個(gè)CPU一起運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，避免某處發(fā)生故障影響整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，且該監(jiān)控模式使用的電纜量相對(duì)較少，經(jīng)濟(jì)投入少，但其使用的CAN總線(xiàn)對(duì)通訊的速度有一定程度的影響。集中監(jiān)控是指水電站內(nèi)所有的設(shè)備集中與一個(gè)處理器進(jìn)行監(jiān)控。該監(jiān)控模式對(duì)處理器的質(zhì)量要求極高，否則會(huì)影響實(shí)際監(jiān)控效率和降低處理器的運(yùn)行效率，但其較大程度上降低了經(jīng)濟(jì)成本。除此之外，集中監(jiān)控模式需要多條電纜的支持，加之電纜易發(fā)生破損，存在安全隱患?？偩€(xiàn)監(jiān)控模式是指利用局域性網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)以及以太網(wǎng)等先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)水電站中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，該監(jiān)控模式具有低經(jīng)濟(jì)成本、通訊量高、監(jiān)控裝置易安裝等特點(diǎn)，且較大程度上增加了水電站自動(dòng)化技術(shù)的可靠性。

2.2PLC控制技術(shù)

在水電站中電氣自動(dòng)化技術(shù)還應(yīng)用在可編程序控制器技術(shù)中，其主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一方面是PLC應(yīng)用在軸流漿式水輪機(jī)的調(diào)速器中，另一方面是水電站中水庫(kù)式的電站調(diào)速器。前者由于我國(guó)中低水平水電站無(wú)法確定軸流式水輪機(jī)發(fā)電的水頭和水位，從而對(duì)發(fā)電機(jī)組的參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確，降低了電機(jī)組的運(yùn)行效率。所以，利用自動(dòng)化技術(shù)可編程序控制器進(jìn)行調(diào)整電機(jī)的速度，可以準(zhǔn)確的獲得水頭、水位以及其他參數(shù)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，再利用該控制技術(shù)繪制協(xié)聯(lián)曲線(xiàn)，讓電機(jī)組在最佳狀態(tài)進(jìn)行工作。而后者是應(yīng)為水電站中水庫(kù)式的電站水頭范圍較大，利用氣輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)器無(wú)法使機(jī)電組在額定功率下工作，只有利用可編程序控制器對(duì)水庫(kù)式的電站水頭高度進(jìn)行調(diào)整，讓其處于最適位置，確保機(jī)組在額定狀態(tài)下工作。

3水電站中電氣自動(dòng)化的具體運(yùn)用

3.1自動(dòng)檢測(cè)

水電站中的自動(dòng)化檢測(cè)主要是指，對(duì)各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)化、科學(xué)化的技術(shù)檢測(cè)。自動(dòng)檢測(cè)所涵蓋的系統(tǒng)設(shè)備主要有：操作設(shè)備、發(fā)電機(jī)組、輔助設(shè)備、變電開(kāi)關(guān)、水庫(kù)設(shè)備裝置、建筑類(lèi)設(shè)備等。檢測(cè)參數(shù)設(shè)定的對(duì)象有：電流、溫度、水位、電壓、波位、壓力、頻率、機(jī)械轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速等[2]。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)，各路系統(tǒng)將信號(hào)返回到主控系統(tǒng)，并轉(zhuǎn)化為圖像、數(shù)字進(jìn)行綜合研究，之后加以完好存儲(chǔ)。

3.2自動(dòng)控制

水電站電氣自動(dòng)化的各項(xiàng)裝置的控制對(duì)象以脈沖為主，完成水電站的調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電和設(shè)備啟停等操作。水電系統(tǒng)的各參數(shù)設(shè)定后，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)在安全檢測(cè)條件下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。如果遇到事故，電氣自動(dòng)化的技術(shù)運(yùn)用可使備用設(shè)備自行開(kāi)啟，同時(shí)停止原先運(yùn)轉(zhuǎn)中的設(shè)備裝置，并發(fā)射警示信號(hào)，告知檢修者開(kāi)展及時(shí)檢修。此外，按照系統(tǒng)需求對(duì)發(fā)電機(jī)組參數(shù)做出自行診斷，能夠保證運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)供電不足或過(guò)多的問(wèn)題。

3.3自動(dòng)保護(hù)

水電站中系統(tǒng)的自動(dòng)保護(hù)是指，系統(tǒng)對(duì)各工作機(jī)組進(jìn)行防護(hù)設(shè)置，有效防止機(jī)組設(shè)備受到過(guò)多損傷。參數(shù)設(shè)定完成后，水電站中各機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的檢測(cè)和控制。發(fā)現(xiàn)干擾工作機(jī)組的實(shí)際因素時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行記錄、觀察及綜合分析，并發(fā)送警報(bào)和啟動(dòng)自動(dòng)防護(hù)裝置。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的運(yùn)用，大大提高了水電站運(yùn)行效率，提升了水電站運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性，保證了水電站工作的順利開(kāi)展的有效實(shí)施。水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)主要有自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)、PLC控制技術(shù)，筆者結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，分析了水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)要點(diǎn)，探討了自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)等運(yùn)用策略，以期為推動(dòng)我國(guó)水電站的穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)水電站的長(zhǎng)足發(fā)展盡上一份綿薄之力。

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（作者單位：四川華電瀘定水電有限公司）