水閘電氣設備在自動化控制系統(tǒng)中的應用探討

楊南昌

[摘? ? 要]在我國的經濟發(fā)展建設中，水利工程占據(jù)的地位是不容忽視的，水利工程施工質量直接影響著周圍人們的生命健康和財產安全。立足于技術角度對水閘電氣設備自動化控制系統(tǒng)進行研究設計和全面開發(fā)，是當前水電工程高質量發(fā)展的技術性保障，更是促進創(chuàng)新發(fā)展的有效途徑，同時在管理與維護水利工程運行質量，提高管理效率等，均具有積極意義。文章對水閘電氣設備在自動化控制系統(tǒng)中的應用進行探討。

[關鍵詞]水閘電氣;應用;自動化控制系統(tǒng)

[中圖分類號]TM762 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–02

Application of Sluice Electrical Equipment in Automatic Control System

Yang Nan-chang

[Abstract]In China's economic development and construction， the position of water conservancy projects can not be ignored. The construction quality of water conservancy projects directly affects the life， health and property safety of people around. Based on the technical point of view， the research， design and comprehensive development of the automatic control system of sluice electrical equipment is not only the technical guarantee for the high-quality development of hydropower projects， but also an effective way to promote innovative development. At the same time， it is of positive significance in managing and maintaining the operation quality of water conservancy projects and improving management efficiency. This paper discusses the application of sluice electrical equipment in automatic control system.

[Keywords]sluice electrical; application; automatic control system

在我國經濟建設發(fā)展過程中，水利工程起到十分重要的作用，不僅關系到社會建設更與人民的生命財產安全息息相關。水利工程施工建設與投入使用管理階段，無不需要兼具技術性和實用性的水閘電氣設備控制系統(tǒng)全程參與。通過優(yōu)化配置系統(tǒng)，實現(xiàn)設備運行情況監(jiān)督與管理水平提升。此外，在水利樞紐工程建筑系統(tǒng)中，水閘電氣設備是最為重要的組成部分，安裝期間要付出大量的資金，同時要具有高新技術支持。為了使水閘電氣設備在自動化系統(tǒng)中得到更好應用，以下從其安裝控制、自動化應用的方面進行探討。

1 水閘電氣設備安裝的控制

1.1 水閘電氣設備控制的內容

水閘電氣設備的主要工作是對水閘內啟閉機電的正向轉動和反向轉動以及結束環(huán)節(jié)實施控制。同時，當設備處于穩(wěn)定運行階段，可高水平保護電機設備，實現(xiàn)過載控制和短路保護能力強化，啟閉機電機的工作參數(shù)監(jiān)視與檢測。使用水閘電氣設備時，要求對水位信息進行整體性測量并動態(tài)性展現(xiàn)，確保工作人員基于參數(shù)信息動態(tài)性調整工作進度和管理措施。利用現(xiàn)代通信技術將獲取的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)较鄳慕K端，監(jiān)督與控制閘門的啟動與關閉狀態(tài)。

1.2 水閘電氣設備的一、二次回路控制

當前我國基本上采取卷揚啟閉的方式啟動與關閉水閘，實現(xiàn)對水閘的控制，使用三相交流異步電動機實現(xiàn)對水閘的啟動和關閉。一次電氣回路在運行期間控制閘門的上升、下降狀態(tài)時，基本上依靠電機反轉、正傳與停止運行3種方式。二次電氣回路的主要作用價值是修復和監(jiān)測欠壓、斷電、短路、過載等處于非正常運行狀態(tài)的情況，同時能夠對水閘站門開啟和關閉環(huán)節(jié)的上限和下限等作出整體化控制，以技術手段強化閘門關閉和開啟的自動化控制能力，保證控制水平處于較高狀態(tài)。

1.3 水閘電氣設備限位開關的控制

我國當今在控制和使用水閘電氣設備期間，限位開關的重要性不言而喻，開關裝置的主要功能是確保水閘閘門在上升過程中，可最大限度地實現(xiàn)其安全性，或者閘門在下降時，可最大限度的實現(xiàn)其安全性，在最短時間內作出控制，強制性的停止啟閉機工作狀態(tài)，保障水閘安全。我國水閘電氣設備限位開關形式有三種，分別為霍爾器件式、光電式、機械式，這三種限位開關均具有不同的特點，所以在選擇時，要對所處環(huán)境有所考量，提高其適應性。

2 水閘電氣設備的自動化應用

2.1 二合一精密行程開關

目前大部分的水閘電氣設備都是使用純機械結構的主控制器，其傳動結構為蝸輪蝸桿。而此種結構的缺點主要表現(xiàn)在調節(jié)閘門時上下限互相影響，耗時又耗力，調節(jié)控制精度差;控制容易發(fā)生偏移，復位行程大等。為了解決機械結構主控制器使用過程中產生的不足，目前相關部門研發(fā)了新型的控制器，即通過采用長絲桿傳動結構，將開關和機械行程開關進行合并，從而形成二合一的精密行程開關。這種新型的精密行程開關具有高精度定位精，方便調節(jié)，復位行程短，兩級保護，可靠性高，使用壽命長，安裝便捷等優(yōu)點，是應用于水利工程中取代老式主令控制器的更新?lián)Q代產品。

2.2 水位傳感器和水位儀

在測量水位時，最為傳統(tǒng)的方式是使用水尺，這種設備具有較為精準的測量結果，但是在使用過程中，也會存在較多的不便利。若使用措施不當，或讀數(shù)不準，會出現(xiàn)讀數(shù)誤差，降低測量結果準確性。此外，其最為突出的缺陷在于數(shù)據(jù)信息傳輸時，既不可以實現(xiàn)實時性要求，也能實現(xiàn)遠程傳輸要求。如今，這種測量方法僅作為水位基準進行使用。當前，在實施水位高度測量工作時，普遍選擇應用水閘電氣設備，此類設備的組成分為水位顯示儀和水位傳感器兩種，同時利用信號傳輸線搭建其水位顯示儀和水位傳感器兩者之間的聯(lián)系。壓力式傳感器和超聲波傳感器兩種類型傳感器經常性的被用作水閘水位管理，壓力式傳感器的主要作用，是以外力為基礎，促使半導體單晶硅阻值發(fā)生變動，這是一種物理機理?；诖藟毫鞲衅鳎蓪ζ溥M行再加工處理，得到“投入式液位變送器”，在被測量的液體中直接將其放入其中，其測量方法是十分便利的。

2.3 閘門開度傳感器

在早期，模擬式水閘閘門開關傳感器制作選擇使用精密線繞奪權電位器，這種類型的傳感器結構相對簡單，其成本支出也很少，所以將其用來傳輸數(shù)據(jù)信息具有很低的成本支出。但是，這種傳感器在應用期間，其電信號也表現(xiàn)出一定的溫度漂移，只符合水利工程中閘門開度測量提出的要求。因此，為了滿足更多需求人們開始使用新型的數(shù)字閘門開度傳感器，將此類型傳感器劃分為絕對編碼式和計數(shù)式兩種。

3 水閘電氣自動化控制系統(tǒng)應用可靠性測試

3.1 現(xiàn)場測試法

在水利工程施工現(xiàn)場貫徹落實現(xiàn)場測試法，其主要目的是測量電氣設備在運行階段的可靠性和穩(wěn)定性，為數(shù)據(jù)測量和信息收集提供有效保證。完成數(shù)據(jù)測量后，要按照規(guī)定和標準進行記錄并處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一化存儲?，F(xiàn)場測試法所包含的測試類型有停機測試、脫機測試和在線測試3種方式，待完成測試工作后，選擇使用數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計軟件實現(xiàn)設備運行情況評價，綜合數(shù)據(jù)信息評定穩(wěn)定性和可靠性。

3.2 實驗室測試法

以實驗室測試法實現(xiàn)水閘電氣設備測試，對實驗室的環(huán)境有著比較嚴格的規(guī)定，必須要達到實驗測試的環(huán)境評價指標。通過實驗室測試法獲取的數(shù)據(jù)信息，具有比較低的準確度，在數(shù)據(jù)收集期間也需要借助專業(yè)性數(shù)據(jù)分析軟件。相比較于現(xiàn)場測試法，實驗室測試法還需要較多的資金投入，且實驗條件要求苛刻，導致實驗室測試法僅是模擬現(xiàn)場測試，在實驗室內不能完整地復刻實際客觀條件和環(huán)境因素，最終取得的測試數(shù)據(jù)存在偏差。

3.3 保證實驗法

通常在水中電氣設備的實驗中，保證實驗法更多的是測試電氣自動化控制設備的有效性，必須要熟悉掌握實驗操作的各項規(guī)定要求，同時要從實踐角度出發(fā)，將規(guī)定落實到實處，推動實現(xiàn)水閘電氣設備故障實驗有序開展。由于水閘的電氣自動化控制設備的零部件較多，在使用過程中發(fā)生故障的概率較高且故障具有多樣性。因此，需要通過此種可靠性實驗法來對設備作出改良。

4 提高水閘電氣自動化系統(tǒng)應用可靠性的方法

4.1 有原則的選用電氣自動化控制設備元件

想要保證水閘電氣設備自動化運行具有穩(wěn)定性和可靠性，首先要正確判斷元件質量，并作出合理的選擇，延長元器件使用壽命。只有這樣，當電氣設備自動化運行期間，才可以防止因為某種故障而導致運行癱瘓。工作人員在選擇元件期間，要全面分析元件散熱性能，只有散熱保持良好，才可以確保設備運行保持良好的狀態(tài)，高散熱性能的元件，可以增加電氣設備自動化控制的可靠性。

4.2 有效解決電磁波對電氣設備自動化控制的影響

在水利工程建設中，偶爾會發(fā)生電磁波會對電氣設備自動化產生影響。即電磁波的干擾會讓水閘電氣設備自動化控制，降低圖像顯示準確性，甚至會嚴重干擾圖像顯示，導致信息數(shù)據(jù)缺乏完整性，影響設備運行水平，增加計算結果失誤比例。若是沒有及時將此類問題作出針對性的糾正，將不能保證水閘電氣設備良好運行，也難以實現(xiàn)其自動化控制能力強化。為了將此類問題快速解決，并提升問題處理質量，首先要采用技術手段，維系水閘電氣設備不受電磁波干擾，實現(xiàn)其自動化運行穩(wěn)定安全。當前在解決電磁波干擾時，最常見的方法有有屏蔽法、接地法、抑制干擾法、交流穩(wěn)壓器以及隔離變壓器等。

4.3 加強和完善水閘電氣設備的氣候防護及散熱措施

電氣設備內的零部件會隨著使用時間的推移慢慢被空氣中的水分子所腐蝕，從而導致水閘的電氣設備自動化控制無法正常進行。水閘電氣設備的散熱性是一個需要高度重視的問題，若散熱不及時或者散熱效果不佳可能會造成很嚴重的后果，水閘電氣設備隨著工作長時間延長，電氣設備的運行會形成大量的熱能。若是此時散熱功能出現(xiàn)問題，就會嚴重威脅到電氣設備的元件使用壽命，同時還會使電氣設備產生大量的無效功，產生超負荷運作，最終導致電氣設備自動化控制出現(xiàn)故障。因此，要設定完善的電氣設備散熱措施，在氣溫過高時增加機械通風扇等硬件或是其他方法。

4.4 提高電源供電質量減少諧波分量

水閘電氣設備自動化控制的可靠性還會受到供電質量的影響，其中主要是由于電源中的諧波分量對水閘電氣設備造成的影響。隨著人們對于現(xiàn)代化設備的要求不斷地提高，變頻器等設備逐漸成為電氣設備的工作元件之一，從而使電氣設備的正常運轉出現(xiàn)問題，對此需要加強電源諧波的處理工作，可以從提高水閘電氣設備自動化控制系統(tǒng)的電源供電質量入手，從而使水閘電氣設備自動化控制的可靠性、安全性能夠進一步得到提高。

5 加強水閘電氣設備自動化控制應用

水利工程建筑是水利資源開發(fā)重要手段，并且與我國的民生，社會發(fā)展和經濟建設等重大問題相掛鉤。水閘電氣設備自動化控制對水利工程建設具有重要的作用，因此水閘電氣設備自動化控制也顯得非常重要。當代社會經濟快速發(fā)展，科學技術也在日新月異變得越來越先進，基于此，在水閘電氣設備自動化控制中也應添加一些新的科技元素，從而實現(xiàn)創(chuàng)新控制方法的目的。首先，可以結合近年來國內和國際上在水閘電氣設備自動化控制上的成熟理論與先進經驗，進行完善和優(yōu)化;其次，各相關部門必須加強水閘電氣設備自動化控制在理論上的研究，再進一步將理論向實際進發(fā)，促使其逐漸實現(xiàn)現(xiàn)代化控制。

6 結束語

水閘電氣設備自動化應用是現(xiàn)代水能開發(fā)與利用的重要措施，水閘電氣設備自動化的安裝要以全面、合理、科學、有效地利用水資源為前提，在確保安裝全過程完全按照操作流程的進行，同時為國家創(chuàng)新出更多的綠色環(huán)保的新能源，以實現(xiàn)促進國家經濟發(fā)展和人民安居樂業(yè)的宏偉目標。

參考文獻

[1] 張龍.基于遺傳程序的大中型水閘綜合自動化控制系統(tǒng)設計[J].水利科技與經濟，2021，27（3）：99-104.

[2] 林麗華.江新聯(lián)圍除險加固工程大洞口水閘電氣施工探討[J].陜西水利，2019（5）：183-184，186.

[3] 蔡雪峰，顧春鋒.水閘電氣故障的一般處置對策分析[J].機電信息，2016（3）：1-2.

[4] 周軍.芻議如何提高水閘自動化控制的合理水平[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（13）：171.