電氣自動(dòng)化在水利水電工程中的應(yīng)用

宋志琴

（新疆呼圖壁華翼市政有限公司，新疆昌吉 831100）

0 引言

電氣自動(dòng)化技術(shù)具有操作便捷、節(jié)能低碳的特點(diǎn)，通過(guò)引入自動(dòng)化設(shè)備檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)化耗能統(tǒng)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常情況的及時(shí)檢測(cè)，根據(jù)設(shè)備耗能來(lái)調(diào)節(jié)用水量、用電量，實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展的目的，結(jié)合計(jì)算機(jī)的運(yùn)算及數(shù)據(jù)記錄能力，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的保存與分析，生成報(bào)表，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化辦公、運(yùn)維，節(jié)約人力成本，提高管理效率，最大限度提高資源的優(yōu)化配置。

1 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成及優(yōu)勢(shì)

電氣自動(dòng)化工程主要包括閘門、泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測(cè)、水情自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等，通過(guò)引入測(cè)控計(jì)算機(jī)將各系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)的形式連接起來(lái)，能夠?qū)崿F(xiàn)各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分享，并進(jìn)行綜合研判。自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、現(xiàn)地測(cè)量、生產(chǎn)調(diào)度管理等多功能的結(jié)合，并且自動(dòng)切換功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利水電工程的系統(tǒng)化控制，從而避免人為操作可能的失誤，使水利水電工程的管理更加高效、便捷。

電氣自動(dòng)化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地測(cè)量控制，主要使用的設(shè)備包括水位變送器、開度傳感器、水位儀、電流電壓表、PLC 控制系統(tǒng)等，通過(guò)傳感器組成的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水位、水壓、水流速、發(fā)電量等多種指標(biāo)數(shù)據(jù)的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利水電系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)管理；在集中監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)中可以根據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的情況對(duì)水閘、大壩等實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，主要由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、打印機(jī)等構(gòu)成，通過(guò)此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度和辦公自動(dòng)化的功能。通過(guò)軟件、硬件相結(jié)合的多系統(tǒng)應(yīng)用，由統(tǒng)一的管理平臺(tái)能進(jìn)行定期檢測(cè)及維護(hù)功能，系統(tǒng)的操作具有專業(yè)性，因此需要經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的專業(yè)人員進(jìn)行操作，并根據(jù)數(shù)據(jù)搜集的情況和作業(yè)記錄生成報(bào)表，對(duì)階段性的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，以便提高水利水電工程的運(yùn)轉(zhuǎn)效率[1]。

在水利水電工程中引入自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在自動(dòng)化檢測(cè)、符合環(huán)保要求、提高管理效率三個(gè)方面：①自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)能夠提高水利工程的運(yùn)行效率，在保證工程正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上提高其安全性和穩(wěn)定性，自動(dòng)化的操作減輕了工作人員的工作量，避免人為失誤帶來(lái)的漏監(jiān)測(cè)問(wèn)題，而且對(duì)于復(fù)雜、不可預(yù)測(cè)性較強(qiáng)的水下環(huán)境，自動(dòng)化的檢測(cè)能夠輔助進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，將檢測(cè)面覆蓋到人力無(wú)法普及的范圍內(nèi)，提高了數(shù)據(jù)的全面性，也保障了檢測(cè)工作的安全和穩(wěn)定，保障人員的安全；②自動(dòng)化檢測(cè)耗能更少，能夠避免資源浪費(fèi)的情況，提高水利水電工程的能源轉(zhuǎn)換率，符合低碳節(jié)能、環(huán)保的要求，與人為檢測(cè)相比，自動(dòng)化檢測(cè)能夠快速識(shí)別水利水電工程中的潛在問(wèn)題，通過(guò)及時(shí)修復(fù)來(lái)改善工程運(yùn)行的狀況；③能夠提高管理效率，自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集能使辦公和日常運(yùn)維更加準(zhǔn)確，做到維護(hù)的有據(jù)可查，管理層、一線員工都可以通過(guò)平臺(tái)來(lái)掌握工程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，信息分享與報(bào)表生成的功能也使管理更加高效。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程中的具體應(yīng)用

2.1 對(duì)發(fā)電及配電設(shè)施的自動(dòng)控制

水利水電工程的核心設(shè)備是發(fā)電和配電設(shè)施，將電氣自動(dòng)化技術(shù)引入發(fā)電設(shè)備控制中，能夠大幅提高設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行效率，并通過(guò)自動(dòng)關(guān)停機(jī)、智能化轉(zhuǎn)調(diào)相、智能操作的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組的控制，由機(jī)器代替人力去完成危險(xiǎn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)24h的密切控制，降低人力管理的成本，也使管理工作更加高效、便捷；自動(dòng)化設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部危險(xiǎn)因素的及時(shí)感知，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)控制和安全管理有著重要的積極意義，在汛期能夠自動(dòng)調(diào)控備用機(jī)組，加強(qiáng)對(duì)降水量、流量及水位等重點(diǎn)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)出異常報(bào)警，并采取切斷保護(hù)措施來(lái)避免設(shè)備受到損害，實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘、發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化保護(hù)，避免經(jīng)濟(jì)上的損失[2]。

2.2 設(shè)計(jì)的優(yōu)化和設(shè)備的統(tǒng)一調(diào)控

水利水電工程的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)及空間排布，可以通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。在水利水電工程中，設(shè)備的選型、管線的排布等非常復(fù)雜，尤其是在配電設(shè)備與線路的連接處，很容易出現(xiàn)設(shè)備不匹配、元件性能不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致電氣設(shè)備及水閘等靈敏度達(dá)不到要求，而利用自動(dòng)化技術(shù)，可以對(duì)設(shè)備選型進(jìn)行優(yōu)化，并通過(guò)試運(yùn)行等技術(shù)進(jìn)行問(wèn)題排查，以便及時(shí)進(jìn)行微調(diào)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的流暢率。

水利水電工程涉及油泵、水泵、水閘、配電儀表、輸電線路、變壓器等多種設(shè)備，主要儀器及輔助設(shè)備的開關(guān)、調(diào)控等操作可以利用電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控和操作，避免人工作業(yè)的煩瑣和不便，自動(dòng)化的運(yùn)行和作業(yè)能夠更加準(zhǔn)確，使資源的配置更加合理。電氣自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序，結(jié)合實(shí)際的發(fā)電情況對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，并通過(guò)能耗計(jì)算、分析實(shí)現(xiàn)在最低耗能的情況下維持設(shè)備與系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，比如根據(jù)發(fā)電機(jī)組的工作條件，科學(xué)調(diào)控剩余機(jī)組狀態(tài)，關(guān)閉不必要的機(jī)組或者打開需要運(yùn)行的新機(jī)組，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源分布的調(diào)配與控制。

2.3 線路的優(yōu)化

電氣自動(dòng)化可以引入變電樞紐系統(tǒng)中，比如對(duì)室內(nèi)變電站、節(jié)制閘進(jìn)行調(diào)控，對(duì)照基準(zhǔn)電容、電流等進(jìn)行傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還可以選擇合適規(guī)格的鋁絞線來(lái)搭設(shè)地線及復(fù)合光纜，建立起變電控制體系；在電氣主接線的設(shè)計(jì)方面，可以引入近距離、遠(yuǎn)距離的同步電機(jī)，組合成單回路和變壓組相調(diào)節(jié)的傳輸線路，隨后在遠(yuǎn)距離傳輸中每隔一定距離設(shè)置阻隔變壓器，實(shí)現(xiàn)為電氣資源的傳輸提供便利。

2.4 設(shè)備的選擇

電動(dòng)機(jī)的選擇可以選擇異步驅(qū)動(dòng)傳導(dǎo)的電動(dòng)形式，以10kV為電壓的母線作為傳輸線路，利用真空接觸器、串聯(lián)電抗器等來(lái)進(jìn)行功率補(bǔ)償；變壓器的選擇可以根據(jù)電力資源的實(shí)際情況，選擇合適的電路器和隔離開關(guān)，然后進(jìn)行電壓分配，并利用母線和子線連接的供應(yīng)來(lái)進(jìn)行電力傳輸，達(dá)到電流結(jié)構(gòu)重新分配的目的，實(shí)現(xiàn)變壓、配電的目的；在電流供應(yīng)設(shè)備的選擇上，可以選擇自動(dòng)化PLC 程序，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部電流的傳輸、傳導(dǎo)進(jìn)行引導(dǎo)和調(diào)配，通過(guò)電纜的分配層來(lái)控制電流的整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高壓、低壓互相對(duì)應(yīng)傳輸?shù)哪康腫3]。

水利水電工程中的電氣自動(dòng)化技術(shù)，需要從過(guò)流保護(hù)和接地線控制兩方面入手，實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)的目的，比如可以在水電工程已有的電流傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加設(shè)電流電壓防雷保護(hù)，將自動(dòng)化照明系統(tǒng)接在母線上，采用綜合設(shè)計(jì)、管理的模式來(lái)實(shí)行事故照明、應(yīng)急照明的功能；還可以增設(shè)電氣進(jìn)線保護(hù)功能，包括高負(fù)荷保護(hù)、主機(jī)保護(hù)、電流速斷保護(hù)、單相接地保護(hù)等設(shè)施；在進(jìn)行上位機(jī)和下位機(jī)的同步監(jiān)測(cè)上，還可以運(yùn)用數(shù)字化程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)多項(xiàng)資源的分配與整合，實(shí)現(xiàn)高效調(diào)節(jié)的目的。

3 實(shí)例分析水利水電工程中的電氣自動(dòng)化技術(shù)

電氣自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)置應(yīng)當(dāng)從斷路器、互感器、電線電纜的選擇和排布、電氣自動(dòng)化施工、運(yùn)維管理三方面入手，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的質(zhì)量控制和系統(tǒng)搭建的參數(shù)指標(biāo)復(fù)核，提高元器件質(zhì)量，做好設(shè)備的散熱、防潮措施，避免產(chǎn)生噪音過(guò)大和信號(hào)不穩(wěn)的情況，增強(qiáng)設(shè)備和系統(tǒng)的密封性和穩(wěn)定性，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)才能確保電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的正常使用。

某中等規(guī)模水閘擁有八孔鋼板閘門，應(yīng)用水閘計(jì)算機(jī)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)水閘和上下游的水文監(jiān)測(cè)站、配電房來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，通過(guò)因特網(wǎng)和計(jì)算機(jī)平臺(tái)能夠?qū)?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分享和發(fā)布，管理層能夠隨時(shí)隨地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程查詢、搜索，并且根據(jù)水情、中心數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行決策。

閘體控制系統(tǒng)有現(xiàn)場(chǎng)操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控兩部分構(gòu)成，能夠?qū)﹂l門的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并配置水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)，既能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)控制，也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作，水情和配電房監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)到的信息與中央控制室的數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行傳輸，由數(shù)據(jù)處理中心和控制臺(tái)來(lái)對(duì)水位、流量、降水量、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合配電房的運(yùn)行情況生成報(bào)表，分析水情數(shù)據(jù)、電流電壓情況，配備異常報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的及時(shí)提醒；檢測(cè)發(fā)電機(jī)組定子的狀態(tài)，對(duì)鐵芯、定子繞組的溫度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于局部高溫的異常情況進(jìn)行報(bào)警；對(duì)于發(fā)電機(jī)組溫度過(guò)高、軸承異常、油槽油面不合理、冷卻水源過(guò)少等問(wèn)題，自動(dòng)化系統(tǒng)可以進(jìn)行及時(shí)預(yù)警；當(dāng)發(fā)生較嚴(yán)重的故障時(shí)，自動(dòng)化電氣裝置可以進(jìn)行停機(jī)跳閘的動(dòng)作來(lái)進(jìn)行自我保護(hù)，避免危害的擴(kuò)大對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)造成危害。

PIMS 管理網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)能夠?qū)⑺l運(yùn)行、水位等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的格式儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立查詢和調(diào)取路徑，因特網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用能夠輔助數(shù)據(jù)的傳輸，實(shí)現(xiàn)異地查閱和打印的功能[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

水利水電工程的質(zhì)量關(guān)系到城市居民的生活質(zhì)量，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著至關(guān)重要的積極意義，電氣自動(dòng)化技術(shù)的引入能夠突破傳統(tǒng)人工管理的瓶頸，大幅提高水利水電工程的運(yùn)行效率，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和運(yùn)行異常，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理和全過(guò)程監(jiān)測(cè)的目的。目前自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水利水電工程中，對(duì)大壩、水閘運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)分析水質(zhì)，并輔助進(jìn)行應(yīng)急預(yù)案的制定，使水利水電工程不斷向著現(xiàn)代化的方向發(fā)展，為社會(huì)提供更加優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的水利服務(wù)。