淺談自動化技術(shù)在水電站中的應用

張 羽

（濟寧市水利工程施工公司，山東 濟寧 272000）

就現(xiàn)階段自動化技術(shù)在水電站項目中的應用情況來看，最常用且成熟的技術(shù)主要包括數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)與PLC自動化技術(shù)。上述兩種技術(shù)均可以體現(xiàn)出水電站的現(xiàn)代化水平，在推動水電站自動化發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。因此，進一步明確和掌握自動化技術(shù)在水電站中的應用要點尤為必要。

1 自動化技術(shù)在水電站中的應用優(yōu)勢分析

自動化技術(shù)可以對水電站運行狀態(tài)進行全過程監(jiān)控，是水電站安全經(jīng)濟運行至關(guān)重要的技術(shù)。其應用優(yōu)勢集中體現(xiàn)在以下幾點：①將自動化技術(shù)應用于水電站中，一方面可以對各種設備裝置進行動態(tài)監(jiān)控，防止運行過程中出現(xiàn)隱患。另一方面，通過自動化裝置可以實現(xiàn)對水電站系統(tǒng)和設備的操作與控制，可以減少工作人員操作失誤情況的發(fā)生，從而提高操作準確性；②自動化技術(shù)可以根據(jù)系統(tǒng)分配給水電站的負荷及運行需求合理選擇開機臺數(shù)，確保機組可以高效率運行，從而獲得良好的經(jīng)濟效益。將自動化技術(shù)應用在水電站監(jiān)控中可以即時對水路的綜合水位、流量及機組參數(shù)等數(shù)據(jù)進行分析，繼而制定具體的工作方案，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的自動化操作；③電力系統(tǒng)中的無功功率和有功功率可以直接影響和決定電壓與頻率的穩(wěn)定性。要想確保系統(tǒng)電壓和頻率處于穩(wěn)定狀態(tài)，就必須即時對發(fā)電機組的有功功率和無功功率進行調(diào)節(jié)。但無論是精度方面還是速度方面，人工操作均存在較大的局限性[1]；④自動化技術(shù)可以很大程度上替代人力，很多工作均可以由自動裝置按照一定的既定程序來完成，比如借助計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對水電站運行狀態(tài)的巡回檢查與電能記錄，減輕了工作人員的勞動強度，運行效率和質(zhì)量大大提升。

2 水電站中常用的自動化技術(shù)

圖1 數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)在水電站中的運行原理示意圖

數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)借助計算機終端開展工作，同時應用以太網(wǎng)和繼電保護器的PLC編程，繼而對各個節(jié)點數(shù)據(jù)進行發(fā)送和接收，可以對水電站生產(chǎn)運行進行全天候、全方位的監(jiān)管，實現(xiàn)動態(tài)管理與精細化管理。這一過程不僅可以提升設備運行效率，還可以保證整個水電站設備運行的可靠性。圖1為數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)在水電站中的運行原理。

PLC自動化技術(shù)具有很強的邏輯運算能力，可以實現(xiàn)定時、計數(shù)、順序(步進)等各種邏輯控制方式。將PLC自動化技術(shù)應用于水電站現(xiàn)場控制中，能夠及時準確地采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。更為重要的一點是，PLC自動化技術(shù)可以與計算機或觸摸屏相連接，可以實現(xiàn)對當前數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。近年來隨著PLC自動化技術(shù)的更新與發(fā)展，已經(jīng)實現(xiàn)了診斷式監(jiān)控，有效減少系統(tǒng)故障的發(fā)生，提高了系統(tǒng)的可靠性。其優(yōu)勢在于可以幫助工作人員對水電站運行系統(tǒng)狀態(tài)進行實時分析，減少運行過程中所受到的干擾。

3 PLC自動化技術(shù)在水電站中的應用

3.1 項目案例

某市水電站共有16個集水水泵站，分三個區(qū)域。其中，大江段的集水水泵站為6個，二江段的集水水泵站為8個，三江段的集水水泵站為2個。目前所配備的10臺深井水泵電力均為37 kW，9臺離心泵的電力均為22 kW，11臺潛水泵的電力均為22 kW。水電站自動化系統(tǒng)主要由上機監(jiān)控系統(tǒng)、下位機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及通信線路等組成。

3.2 單個泵站控制系統(tǒng)

供電系統(tǒng)的可靠性與連續(xù)性是需要重點考慮的內(nèi)容。鑒于本項目特殊的供電需求，經(jīng)研究決定供電系統(tǒng)采用雙電源。同時，為實現(xiàn)泵站內(nèi)機電設備的自動化控制，特采用分布式控制方法，實現(xiàn)光纖通信，使得每個泵站均可以獨立成一個控制系統(tǒng)。除此之外，在實際設計過程中，每一個泵站均設置了監(jiān)控計算機、配電柜、電動機、水位傳感器及熱導流量開關(guān)，且配電柜內(nèi)還設有防雷裝置、斷路器及PLC等。圖2為各個控制系統(tǒng)的信號傳輸方式。

從圖2可以看出，當水泵抽水時，傳感器可對水位信號、電流信號加以收集，并通過繼電器、變送器及互感器等傳送至PLC系統(tǒng)中。而PLC系統(tǒng)可以將設備運行進行動態(tài)監(jiān)控，通信模塊與以太網(wǎng)能夠?qū)⒍喾N信息傳輸至監(jiān)控計算機中。當集水井水位上升至水泵的自動停水位置時，PLC系統(tǒng)可以接收到來自傳感器的控制信號，繼而對繼電器進行保護，管理水泵運行。

圖2 各個控制系統(tǒng)的信號傳輸方式示意圖

3.3 控制系統(tǒng)軟件設計

本項目所使用的PLC控制系統(tǒng)軟件主要有兩種，即工業(yè)控制計算機測控數(shù)據(jù)實時處理軟件和可編程序控制器PLC實時測控軟件，編程軟件采用STEP7。系統(tǒng)軟件的三大組成為初始化程序、中斷功能與運行程序。在運行過程中，一旦集水井水位高于泵站水位的設定值，則系統(tǒng)可以在接收到控制信號后第一時間啟動工作泵。對于1號泵和2號泵來說，1號泵會自動運行，當水位低于預先的設定值時，水泵運行狀態(tài)會經(jīng)PLC系統(tǒng)的控制信號而停止。1號泵出現(xiàn)運行故障時，2號泵可以在第一時間啟動，實現(xiàn)對集水井水位自動化控制的目的。實踐應用發(fā)現(xiàn)，將PLC自動化技術(shù)應用于水電站運行控制管理中，大大提升了運行的可靠性和穩(wěn)定性，有效實現(xiàn)了水電站無人值守，管理水平得到極大的提升。

4 結(jié)語

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，自動化技術(shù)的適用性和可靠性均得到了極大程度的提升，并廣泛應用于水電站運行設備控制管理中，取得了良好的成效。但需要注意的一點是，因為水電站所處環(huán)境的不穩(wěn)定，全方位應用自動化技術(shù)還存在一定的困難，這就需要在后續(xù)進一步加強自動化技術(shù)的研發(fā)力度，掌握更多的新型技術(shù)，以更好滿足電力發(fā)展的需求。