水利工程電氣自動化及其電氣一次設(shè)計研究

李作琴

[摘? ? 要]文章針對電氣自動化基本內(nèi)容和應(yīng)用價值展開分析，結(jié)合水利電氣自動化應(yīng)用要點，從設(shè)備選型、水輪發(fā)電機組、照明系統(tǒng)、智能化控制設(shè)備方面進行介紹，研究水利工程一次設(shè)計要點，包括采集基礎(chǔ)資料、優(yōu)選電氣設(shè)備、合理選擇接地線、照明系統(tǒng)選擇、主接地網(wǎng)設(shè)計、設(shè)計防雷系統(tǒng)等，目的在于提升水利工程電氣自動化水平，提高水利工程電氣系統(tǒng)運穩(wěn)定性。

[關(guān)鍵詞]水利工程;照明系統(tǒng);電氣自動化;電氣一次設(shè)計

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–00–03

Research on Electrical Automation and Primary

Design of Water Conservancy Engineering

Li Zuo-qin

[Abstract]The article analyzes the basic content and application value of electrical automation， combined with the key points of water conservancy and electrical automation applications， introduces equipment selection， water turbine generator sets， lighting systems， and intelligent control equipment， and studies the key points of the primary design of water conservancy projects， including the basis of collection Data， optimization of electrical equipment， reasonable selection of grounding wires， lighting system selection， main grounding grid design， design of lightning protection systems， etc.， are aimed at improving the electrical automation level of water conservancy projects and improving the operational stability of electrical systems in water conservancy projects.

[Keywords]water conservancy engineering; lighting system; electrical automation; electrical primary design

結(jié)合水利工程運行管理要求及實際情況，加強對電氣自動化應(yīng)用方面的深入研究，增加水利工程設(shè)備運行管理中的技術(shù)含量及優(yōu)勢，可使工程管理效果顯著，最大限度地降低故障發(fā)生率。因此，應(yīng)對水利工程電氣自動化應(yīng)用進行更多的考慮，確保工程設(shè)備、閘門運行狀況的良好性，避免水利工程運行管理、應(yīng)用價值等受到不利影響。

1 水利工程電氣自動化基本內(nèi)容和應(yīng)用價值

1.1 基本內(nèi)容

所謂的電氣自動化，是指電力網(wǎng)與控制理論共同支持下所形成的一種技術(shù)，能夠為自動化系統(tǒng)的高效運行提供專業(yè)保障，保持電氣設(shè)備良好的工作性能，發(fā)揮潛在應(yīng)用價值。電氣自動化能為水利工程相關(guān)設(shè)備運行提供所需的控制模式，滿足電力生產(chǎn)活動高效開展要求，在促進水利建設(shè)事業(yè)發(fā)展、增強設(shè)備性能可靠性等方面發(fā)揮重要的作用。

1.2 應(yīng)用價值

（1）提升系統(tǒng)運行效率。在水利工程建設(shè)過程中，涉及到的作業(yè)內(nèi)容繁多，尤其是電氣系統(tǒng)的施工，涉及到了許多運行設(shè)備管理活動，將電氣自動化控制技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計當中，能夠?qū)υO(shè)備工作狀態(tài)進行有效監(jiān)督，同時也會根據(jù)設(shè)備目前的運行狀態(tài)、系統(tǒng)需求情況，對于相關(guān)參數(shù)信息進行調(diào)整，在降低運行資源損耗的基礎(chǔ)上，提高系統(tǒng)的運行效率。

（2）有助于設(shè)備運行過程的全面監(jiān)測。水利工程電氣系統(tǒng)投入使用后，由于其運行環(huán)境的復(fù)雜程度較高，需要依靠完整的維護管理體系來維持系統(tǒng)運行狀態(tài)的穩(wěn)定性，而電氣自動化技術(shù)的融入，可以對系統(tǒng)運行過程進行動態(tài)監(jiān)測，搭配預(yù)警系統(tǒng)，針對系統(tǒng)運行異常及時作出預(yù)警，以此來降低故障問題的影響范圍，提高系統(tǒng)運行過程的穩(wěn)定性。

2 水利工程電氣自動化應(yīng)用要點

2.1 設(shè)備選型

在水利工程電氣系統(tǒng)的搭建過程中，所使用到的電氣設(shè)備種類繁多，這也需要建立可靠的設(shè)備選型體系，根據(jù)體系中的指導(dǎo)內(nèi)容來完成設(shè)備選型工作。在電氣自動化技術(shù)應(yīng)用背景下，運用計算機技術(shù)能夠建立完善的選型體系，圍繞電氣自動化技術(shù)的適用性來初步篩選電氣設(shè)備，隨后利用計算機技術(shù)來細化分析，從中篩選出最為契合的電氣設(shè)備。而且在設(shè)備選擇過程中，利用自動化技術(shù)也可以對精準度較低、靈敏度較差、構(gòu)件參數(shù)不穩(wěn)定等內(nèi)容做好控制，使其可以控制在最為合適的應(yīng)用范圍內(nèi)，這樣也可以提升水利工程電氣系統(tǒng)運行過程的安全性，提高系統(tǒng)所帶來的綜合效益。

2.2 水輪發(fā)電機組

在水利工程運行過程中，發(fā)電機組也屬于非常重要的組成內(nèi)容，其運行效率也直接體現(xiàn)出工程本身的應(yīng)用效果，關(guān)系到工程運行過程中所能夠創(chuàng)造的利益價值。在電氣自動化技術(shù)應(yīng)用過程中，需重點關(guān)注以下幾點。

（1）針對水輪發(fā)電機組開機、關(guān)機等情況進行動態(tài)調(diào)控，借助自動化系統(tǒng)可以對開關(guān)情況進行檢查，并且在無人值守的情況下，按要求完成既定任務(wù)。

（2）對于發(fā)電機組工作狀態(tài)參數(shù)進行梳理，運用智能化管理系統(tǒng)，對于系統(tǒng)工作狀態(tài)進行評價，確保發(fā)電機組運行狀態(tài)滿足相應(yīng)的控制管理要求，并將系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢凸顯出來，在出現(xiàn)故障問題時能夠及時作出預(yù)警，滿足機組穩(wěn)定運行的相關(guān)需求。

2.3 照明系統(tǒng)

在水利工程中，照明系統(tǒng)的合理鋪設(shè)也屬于重要組成內(nèi)容，其運行過程的可靠性會影響到日常工作、設(shè)備檢修等的順利進行。在電氣自動化技術(shù)應(yīng)用過程中，需重點關(guān)注以下幾點。

（1）針對照明系統(tǒng)的開燈、關(guān)燈等狀態(tài)進行動態(tài)調(diào)控，借助自動化系統(tǒng)可以對機房內(nèi)是否有人活動進行識別，在無人通過時燈光保持較暗或者關(guān)閉狀態(tài)，而識別到人員經(jīng)過后可以調(diào)整開關(guān)狀態(tài)和亮度，以滿足正常工作的基礎(chǔ)需求。

（2）對于照明系統(tǒng)工作狀態(tài)參數(shù)進行梳理，運用智能化管理系統(tǒng)對照明系統(tǒng)工作狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使其能夠維持在動態(tài)平衡的狀態(tài)。如果照明系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題，則可以及時作出預(yù)警，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行的相關(guān)需求。

2.4 智能化控制設(shè)備

在水利工程中，智能化控制設(shè)備的應(yīng)用可以優(yōu)化電氣系統(tǒng)的運行環(huán)境，提高整個管理過程的智能化和動態(tài)化。電氣自動化技術(shù)在應(yīng)用過程中，需重點關(guān)注以下幾點。

（1）針對智能化控制設(shè)備的基本特點，借助通信工程將自動化系統(tǒng)和設(shè)備關(guān)聯(lián)在一起，對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使其能夠維持在穩(wěn)定的狀態(tài)，如果系統(tǒng)出現(xiàn)異常運行問題，也可以及時作出預(yù)警，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行需求。

（2）對于智能化控制設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行檢測，利用信息技術(shù)對內(nèi)容進行整理，從中篩選出價值數(shù)據(jù)，補充到智能化管理系統(tǒng)當中，從而進一步提高整個管理過程的動態(tài)性。

3 水利工程電氣一次設(shè)計要點

3.1 采集基礎(chǔ)資料

結(jié)合水利工程的基礎(chǔ)特點，為了確保一次設(shè)計結(jié)果的可靠性，需要按照要求來完成基礎(chǔ)資料的采集工作，依據(jù)資料整理結(jié)果來選擇適合的電氣設(shè)備。從實際應(yīng)用情況來看，在具體采集資料過程中也需要注意以下幾點：①按要求對水利工程的基礎(chǔ)資料進行整理，如當?shù)亟邓畻l件、氣溫條件、以往水災(zāi)事故、土層堅硬狀態(tài)等，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)輔助數(shù)據(jù)整理，得到比較完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。②對于當?shù)氐膮^(qū)位條件進行梳理，其內(nèi)容包括水利工程服務(wù)范圍、服務(wù)區(qū)域人口數(shù)量、區(qū)域目前的發(fā)展情況、現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等。這些基礎(chǔ)資料整理后，作為電氣設(shè)備功率、線路橫截面積、外絕緣層厚度等內(nèi)容的參考，以提升設(shè)計結(jié)果的準確性。

3.2 優(yōu)選電氣設(shè)備

（1）根據(jù)上文中提到的基礎(chǔ)資料相關(guān)內(nèi)容，對于所需要的電氣設(shè)備參數(shù)進行確定，隨后圍繞該內(nèi)容來制定合理的設(shè)備采購計劃，計劃中需要對這些應(yīng)用參數(shù)進行明確。

（2）做好電氣設(shè)備安裝前的質(zhì)量檢查，確定其滿足要求后才可以進行安裝，以提升電氣設(shè)備安裝結(jié)果的合規(guī)性。

（3）電氣設(shè)備正式投入使用后，需要按要求來完成調(diào)試計劃、檢修計劃、養(yǎng)護計劃的擬定，從而確保電氣設(shè)備運行的穩(wěn)定性，延長電氣設(shè)備的使用壽命。

3.3 合理選擇接地線

進行電氣一次設(shè)計時，需要合理選擇接地線路，這是需要重點考量的內(nèi)容，其合理性將影響到系統(tǒng)的運行效率。在具體的設(shè)計中需做好以下3點。

（1）按要求對接地線材料進行選擇，其涉及到的內(nèi)容有接地線長度、線芯材料、線芯橫截面積、絕緣層厚度等，材料的選擇也需要具備一定的前瞻性，這樣有利于水利工程電氣系統(tǒng)進一步發(fā)展，提高綜合效益^[1]。

（2）做好接地線性能參數(shù)的合理評估，需結(jié)合對質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素進行分析，從而提高分析結(jié)果的可靠性。

（3）根據(jù)所選擇接地線類型，匹配相應(yīng)的接地線施工工藝，以提高接地線的可靠性。

3.4 照明系統(tǒng)選擇

在電氣一次設(shè)計中還需要做好照明系統(tǒng)的選擇工作。照明系統(tǒng)的其作用是為作業(yè)人員日常工作、檢修活動的順利進行提供便利，從而提升故障問題的檢修速度。在具體應(yīng)用中，經(jīng)常使用到的照明系統(tǒng)分為工作類照明系統(tǒng)與應(yīng)急類照明系統(tǒng)。工作類照明系統(tǒng)的設(shè)計要點，可以參考上文中設(shè)計要點將自動化技術(shù)融入到管理活動中，從而提升工作照明系統(tǒng)運行狀態(tài)的穩(wěn)定性。而應(yīng)急照明系統(tǒng)在設(shè)計中會應(yīng)用到UPS系統(tǒng)，日常工作期間存儲電能，出現(xiàn)突發(fā)事故后提供照明，便于故障問題的及時處理。需要注意的是，在系統(tǒng)設(shè)計中也需要做好節(jié)能技術(shù)的引入工作，從而提升系統(tǒng)應(yīng)用后的綜合價值^[2]。

3.5 主接地網(wǎng)設(shè)計

為了提升電氣系統(tǒng)運行狀態(tài)的可靠性，也需要做好接地網(wǎng)設(shè)計，降低過載電流、過載電壓、觸電事故等問題的發(fā)生概率，維持電氣設(shè)備工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。在具體的應(yīng)用設(shè)計中，經(jīng)常使用到的設(shè)計方式為自然設(shè)計處理，結(jié)合相應(yīng)技術(shù)對于接地網(wǎng)關(guān)聯(lián)電氣設(shè)備分布位置進行了解，將所有線路連接在一起，提升主接地網(wǎng)設(shè)計的合理性，從而提升運行水平^[3]。另外，在設(shè)計過程中也需要運用人工設(shè)計方式來細化接地網(wǎng)設(shè)計內(nèi)容，部分電氣設(shè)備也需要增加接地線數(shù)量，以提高電氣設(shè)備運行穩(wěn)定性。

3.6 設(shè)計防雷系統(tǒng)

除了上述應(yīng)用內(nèi)容外，在設(shè)計中還需要做好防雷系統(tǒng)的設(shè)計工作，具體設(shè)計過程中所需要參考的內(nèi)容如下。

（1）做好避雷針的選擇工作。水利工程所處地區(qū)的開闊性較強，大量電氣設(shè)備的集中聚集，也會成為雷電天氣下的攻擊目標，而避雷針則是防雷過程中的重要載體。做好基礎(chǔ)資料的整理工作，以此為基礎(chǔ)來完成避雷針的選擇工作，提高其實用性。

（2）對于避雷針使用參數(shù)進行計算，包括避雷針距離、最低保護高度、保護半徑、保護寬度等，此類參數(shù)需要利用相應(yīng)的計算公式和應(yīng)用模型輔助完成。計算結(jié)果示例見表1。

（3）做好防雷系統(tǒng)線路的接地處理，使其可以順利將多余電壓導(dǎo)入地下，避免雷電擊穿問題^[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，電氣自動化的支持有利于提高水利工程及其設(shè)備運行管理效率及質(zhì)量，滿足其生產(chǎn)計劃高效實施要求，也能為水利建設(shè)事業(yè)的更好發(fā)展打下基礎(chǔ)。因此，在提升水利工程建設(shè)水平、優(yōu)化設(shè)備運行管理方式的過程中，應(yīng)加強對電氣自動化科學應(yīng)用方面的重視程度，促使水利工程設(shè)備運行過程能夠處于可控狀態(tài)，為其運行性能優(yōu)化、水利工程經(jīng)濟效益增加等提供技術(shù)支持。

參考文獻

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[2] 徐輝.牙克石500 kV智能變電站電氣二次設(shè)計及應(yīng)用[D].長春：吉林大學，2020.

[3] 于芳.智能變電站電氣二次設(shè)計常見問題及對策分析[J].中華建設(shè)，2020（10）：112-113.

[4] 鄒云龍，張瓊，吳兵.淺議電氣自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利中的應(yīng)用[J].電子測試，2020（16）：123-124.