自動化技術(shù)在水電站電氣工程中的應(yīng)用及展望

李曜

國電西藏尼洋河流域水電開發(fā)有限公司，中國·西藏 林芝 860000

1 引言

電力能源在中國的經(jīng)濟發(fā)展過程中，一直發(fā)揮著不可替代的作用。中國的電力能源通過火電、水電、核電與新能源發(fā)電組成，在火電與水電有著十分重要的位置。現(xiàn)階段，隨著環(huán)境保護理念逐漸深入，水力發(fā)電的發(fā)展前景也變得越來越好，其不僅有效提升了電力體系改革速度，還更好地實現(xiàn)了綠色環(huán)保生產(chǎn)。因此，為了使水利發(fā)電的質(zhì)量與效益得到進一步提升，國家就更要提高水電站的建設(shè)力度，要積極促進電氣自動化技術(shù)在水電站中的合理應(yīng)用。通過該項技術(shù)能使相關(guān)工作人員的工作強度得到緩解，同時有效提高生產(chǎn)效率，進而使水電站的經(jīng)濟效益得到進一步提高[1]。

2 電氣自動化技術(shù)在水電站中應(yīng)用的意義

2.1 提高工作安全系數(shù)

在水電站中進行電氣自動化應(yīng)用能使其中的電氣設(shè)備進行高效、準(zhǔn)確地自動工作，進而更好地避免由于操作不當(dāng)而引發(fā)的安全事故。在設(shè)備運行過程中，如果發(fā)生問題，相關(guān)工作人員也能在監(jiān)控系統(tǒng)中及時發(fā)現(xiàn)并解決，確保水電站的正常運行。除此之外，將電氣自動化技術(shù)在水電站的各個工作環(huán)節(jié)中進行合理應(yīng)用，減少人力資源成本，提高工作安全性。

2.2 有利于工作穩(wěn)定性

從整體分析，水電站能保障電能輸出，應(yīng)用電氣自動化，能對設(shè)備的工作情況進行掌握，然后生成監(jiān)督日志，若設(shè)備或者鏈接出現(xiàn)的問題，則能及時進行報警，運營商便可以快速解決，避免了異常問題的出現(xiàn)。除此以外，應(yīng)用自動化，還實現(xiàn)了對水電站設(shè)備的全程監(jiān)督，減少了由于人為因素所引發(fā)的故障。

2.3 創(chuàng)造運行效益

電氣自動化技術(shù)一般是通過計算機為基礎(chǔ)來對相關(guān)工作進行控制與操作，在水電站用應(yīng)用該技術(shù)可以確保當(dāng)中的工作在無人值守的情況下也能正常運行，進而保證運行效率，降低運行成本。為了確保水電站的高效運行，就應(yīng)該考慮對發(fā)電機組的工作效率進行提升。相關(guān)工作人員可以通過電氣自動化技術(shù)對電網(wǎng)系統(tǒng)具體情況進行科學(xué)地分析，對水電站電能的負(fù)荷進行準(zhǔn)確計算，確保所選擇的發(fā)電機組數(shù)量與型號的合理性。同時，還要保證發(fā)電機組能有最佳的運行狀態(tài)，進而使水電站可以通過最低的投入實現(xiàn)最高的電能產(chǎn)量，使水電站能獲得更高的經(jīng)濟效益[2]。

2.4 有利于確保電能質(zhì)量

在水電站中，電能質(zhì)量極其關(guān)鍵。而電壓與工頻是兩個關(guān)鍵的標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)備進行運行的時候，電網(wǎng)電壓會受到無功功率的影響，功率頻率會受到有功功率的影響。在此種狀況下，電能負(fù)載不穩(wěn)定，且隨著實際情況不斷出現(xiàn)變化，對操作人員的控制造成非常大的影響。通過自動化技術(shù)，能有效優(yōu)化水電站的這類現(xiàn)象，保障電壓能在合理范圍內(nèi)，從而使電能質(zhì)量得到提升。

3 水電站電氣工程自動化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 自動檢測方面

自動檢測技術(shù)是電氣自動化在水電站中應(yīng)用的前提。在水電站的供電過程中，各項指標(biāo)參數(shù)是否正確采集是維護機組正常工作的前提條件，然而人工采集具有一定的滯后性，數(shù)據(jù)精確度不高，也經(jīng)常會出現(xiàn)采集不及時的狀況，而電氣自動化技術(shù)可以通過計算機對供電過程中產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)全面的整合，自動巡檢，保證在最短的時間內(nèi)獲得最清楚和全面的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對供電電網(wǎng)的24 小時不間斷監(jiān)測。利用電氣自動化技術(shù)可以將機組在電氣和水機等方面的電流、電壓、溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、流量等數(shù)據(jù)進行全面的檢測，將設(shè)備運行的狀態(tài)以數(shù)據(jù)化的方式呈現(xiàn)，并進行具體地分析，一旦數(shù)據(jù)參數(shù)出現(xiàn)異常，那么自動化控制中的微機控制系統(tǒng)就可以根據(jù)不同的問題做出針對性的解決，從而激發(fā)保護程序，提高了水電站在運行過程中的安全指數(shù)[3]。

3.2 PLC 技術(shù)的應(yīng)用

在大部分的水電站建設(shè)過程中當(dāng)中，軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機都發(fā)揮了十分重要的作用，可以使水電站的運行效率得到巨大提升。在對其進行應(yīng)用時，水輪機的水頭與水位會發(fā)生相應(yīng)的變化，需要通過相關(guān)參數(shù)再結(jié)合PLC 技術(shù)對水輪機進行合理調(diào)整。PLC 可以根據(jù)相應(yīng)的指令來對水輪機內(nèi)部信息進行有效執(zhí)行，從而達到調(diào)節(jié)速度與傳輸數(shù)據(jù)的目的。

首先，如果下游水位出現(xiàn)變化，通過手動的方式把葉片重新組合，使葉片的組合曲線處于最佳狀態(tài)。其次，要對之前的葉片組合曲線進行改善，同時合理調(diào)整PLC，使水輪機的渦輪螺旋槳保持在最佳速度。與此同時，通常情況下，水庫式水電站水頭變化相對較大，對于其調(diào)速器與啟動開度的設(shè)計都是以水輪機為基礎(chǔ)。不過一旦出現(xiàn)水電站水頭降低或者水輪在低水頭運行的現(xiàn)象，那么要通過更換開孔指示器的新膜或者連接電阻的方式來進行氣動開啟，如果水電站的實際水頭比設(shè)計水頭小很多，那么需要將連接電阻去掉。最后，在使用PLC 的過程中，應(yīng)該通過磁頭的高度對相應(yīng)參數(shù)進行調(diào)整，進而確保水電站的穩(wěn)定運行。

3.3 自動保護方面

水電站作為影響居民日常生活，甚至威脅居民生命財產(chǎn)安全的基礎(chǔ)民生建設(shè)，在實踐過程中。也要重視其自動保護技術(shù)，實現(xiàn)對水電站運行的質(zhì)量控制。例如，微機保護裝置，可以實現(xiàn)對供電、水機等各方面數(shù)據(jù)參數(shù)的監(jiān)測和保護，確保設(shè)備在工作運行時，所承受的電氣和水利壓力在可控的數(shù)據(jù)閾值內(nèi)，一旦超過臨界點，可以通過微機自動化設(shè)施的預(yù)設(shè)程序啟動自我保護，確保用電安全。并且在設(shè)備運行的過程中，電氣自動化技術(shù)可以對運行過程中的所有數(shù)據(jù)進行記錄、存檔，以保證在工作狀態(tài)時可以實現(xiàn)對設(shè)備的連續(xù)監(jiān)控，在設(shè)備出現(xiàn)問題時，具有可追溯的數(shù)據(jù)信息，進而對設(shè)備狀態(tài)進行調(diào)整，提升了水電站運行的穩(wěn)定性，發(fā)揮了電氣自動化技術(shù)的重要價值。例如，水電廠空氣中的含水量很大，具有較高的腐蝕性威脅，應(yīng)該為發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置防水保護層，隔絕空氣中的水分,防止因為水分腐蝕而導(dǎo)致系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題。而利用自動保護程序可以有效監(jiān)測系統(tǒng)中的含水量，同時監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，及時切斷電源，保護設(shè)備安全。

4 水電站電氣工程自動化技術(shù)的展望

隨著中國科技水平的不斷提升，使電氣自動化技術(shù)也取得了很大進步，并廣泛地應(yīng)用到了各個領(lǐng)域當(dāng)中。在水電站中想要對電氣自動化工程進行有效應(yīng)用，就應(yīng)該明確其應(yīng)用方向?，F(xiàn)階段，水電站中系統(tǒng)的運行相對復(fù)雜，在當(dāng)中通常都需要利用多個子系統(tǒng)組合來進行工作，并且各個水電站的實際情況還有所差異，所以為了使水電站可以穩(wěn)定運行，就需要在電氣自動化技術(shù)當(dāng)中加強對仿真技術(shù)的應(yīng)用，通過仿真技術(shù)不僅能對相關(guān)數(shù)據(jù)進行模擬實驗，還可以對電氣設(shè)備進行性能調(diào)試與優(yōu)化，使水電站工程項目能順利實施。與此同時，隨著智能化技術(shù)的進步，各個領(lǐng)域都朝著智能化方向發(fā)展。因此，在水電站中提高智能化技術(shù)的應(yīng)用水平也是十分重要的，通過該項技術(shù)能使水電站工程的結(jié)構(gòu)得到進一步優(yōu)化，對當(dāng)中的設(shè)備進行智能化保護，利用智能化管理使水電站的運行過程得到有效監(jiān)控，同時將運行過程中存在的問題信息進行收集，并進行自動預(yù)防與警告，進而使系統(tǒng)的運行變得更加穩(wěn)定對水電站工程項目實施中存在的問題及時地處理，使水電站工程項目的自動化控制水平得到提升。

在當(dāng)前日益注重AI 技術(shù)應(yīng)用的今天，利用AI 技術(shù)能有效地減少人力資源成本，并通過應(yīng)用AI 技術(shù)來輔助水電站工程，能更好地分析每個分部分項的運行情況和存在的安全隱患，提升其智能化控制水平。例如，在當(dāng)前日益注重節(jié)能環(huán)保的今天，通過應(yīng)用基于AI 的智能變頻技術(shù)，能結(jié)合系統(tǒng)中設(shè)備的運行情況和實際運行需要的智能分析后，實現(xiàn)智能變頻的效果，在降低能耗的同時還能滿足實際運行的需要，同時還能針對安全問題進行預(yù)警和自處理。

5 結(jié)語

綜上所述，科技在飛速發(fā)展，各個行業(yè)都涌現(xiàn)了越來越多的新技術(shù)，水利水電工程行業(yè)也是如此。電氣工程自動化技術(shù)在水電站運行中的有效融合與應(yīng)用，促進了水電行業(yè)的進步。從自動化檢測、自動化保護、自動化操作和自動化控制這四個方面入手，不僅有效地減少了人員的工作量，降低了工作強度，提高了經(jīng)濟效益，同時可以更好地實現(xiàn)對水電站運行狀態(tài)的控制，保證供電的安全性，實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展。