電氣自動化在水電站中的應用

何朝霞

摘要：電氣自動化在水電站中的應用主要體現在水電站的自動化方面，本文在此基礎上闡述了水電站自動化的作用和內容，并進一步分析了設備選型及自動化設計。

關鍵詞：電氣自動化水電站應用

一、引言

隨著電力電子技術、微電子技術迅猛發展，電氣自動化在水電站中也得到了廣泛應用，這又主要體現在水電站的自動化方面。水電站的自動化是實現水輪發電機組自動化的關鍵部分，是利用計算對整個水電生產過程監控的“耳目”“手腳”，它擔負自動監測機組和輔助設備的狀態，發出擬定的報警信號、執行自動操作任務。水電站自動化的程度取決于電站的規模，電站的型式及主要機電設備的性能。

水電站自動化就是要使水電站生產過程的操作、控制和監視，能夠在無人(或少人)直接參與的情況下，按預定的計劃或程序自動地進行。水電站自動化程度是水電站現代化水平的重要標志，同時，自動化技術又是水電站安全經濟運行必不可少的技術手段。水電站自動化具有提高工作的可靠性、提高運行的經濟性、保證電能質量、提高勞動生產率、改善勞動條件等作用。

二、水電站自動化的內容

水電站自動化的內容，與水電站的規模及其在電力系統中的地位和重要性、水電站的型式和運行方式、電氣主接線和主要機電設備的型式和布置方式等有關。總的來說，水電站自動化包括完成對水輪發電機組運行方式的自動控制、完成對水輪發電機組及其輔助設備運行工況的監視、完成對輔助設備的自動控制、完成對主要電氣設備的控制、完成對水工建筑物運行工況的控制和監視幾個方面。

(一)完成對水輪發電機組運行方式的自動控制

一方面，實現開停機和并列、發電轉調相和調相轉發電等的自動化，使得上述各項操作按設定的程序自動完成；另一方面，自動維持水輪發電機組的經濟運行，根據系統要求和電站的具體條件自動選擇最佳運行機組數，在機組間實現負荷的經濟分配，根據系統負荷變化自動調節機組的有功和無功功率等。此外，在工作機組發生事故或電力系統頻率降低時，可自動起動并投入備用機組；系統頻率過高時，則可自動切除部分機組。

(二)完成對水輪發電機組及其輔助設備運行工況的監視

如對發電機定子和轉子回路各電量的監視，對發動機定子繞組和鐵芯以及各部軸承溫度的監視，對機組潤滑和冷卻系統工作的監視，對機組調速系統工作的監視等。出現不正常工作狀態或發生事故時。迅速而自動地采取相應的保護措施，如發出信號或緊急停機。

(三)完成對輔助設備的自動控制

包括對各種油泵、水泵和空壓機等的控制，并發生事故時自動地投入備用的輔助設備。

(四)完成對主要電氣設備(如變壓器、母線及輸電線路等)的控制、監視和保護。

(五)完成對水工建筑物運行工況的控制和監視

如閘門工作狀態的控制和監視，攔污柵是否堵塞的監視，上下游水位的測量監視，引水壓力管的保護(指引水式電站)等。

三、設備選型及自動化設計

隨著水電站自動化水平的提高，水輪發電機組所需自動化元件愈來愈多，其作用就愈重要。但由于目前主機配套的自動化元件的性能不夠穩定、靈敏度差、精度低等因素以及自動化設計上的不足使水電站的自動控制的安全受到不同程度的影響，這就需要對設備進行選型和自動化設計。

(一)PLC在軸流槳式水輪機調速器中的應用

軸流轉漿式水輪機被廣泛使用于中低水頭電站。由于它的水輪機葉片隨水不同可與導葉協聯動作而使用水輪機的動行水頭范圍增大。這樣可為電廠創造更多經濟效益。水輪發電機組制造廠家為其制造的水輪機提供了一組不同水頭下導葉開度與漿葉轉角的協聯曲線，調整器制造廠按此曲線設置了調速器內導葉與漿葉的協聯關系。但是由于實際電站運行時，水輪機水頭的變化及上下游水位的變化，與廠家提供參數相差甚運，故按協聯曲線運行時機組運行性能差不能達到最佳狀態。因此對于此類機組的調整器須采用可改變程序的PLC可編程控制器的調速器。在機組試運轉過程中和今后的運行中可先針對不同水頭及上、下游水位及手動協聯導葉、漿葉，取得最佳協聯曲線而后修改原協聯曲線輸入PLC而使機組處實際最佳狀態。

(二)PLC在調節水庫式電站調速器中的應用

水庫式電站的運行水頭變化范圍大：此類電站的調速器和起動開度一般按水輪機設計水頭設計，但當電站水頭降低，水輪機處于低水頭下運行時，電液調整器往往不能使機組達到額定轉速(自動狀態)為使調整器的起動開度增大，往往需更換芯片或在開度指示儀中串接電阻而使調節器輸出值與開度指示產生差值開機組。當電站水頭更小于設計水頭時，為使機組開機不致過速，而又必須換回芯片或撤除串接電阻，若采用PLC可編程控制器，則可根據電站水頭高低，修改其程序來改變起動開度即可。

四、結語

隨著電力電子技術、微電子技術迅猛發展，原有的電力傳動(電子拖動)控制的概念已經不能充分概抓現代生產自動化系流中承擔第一線任務的全部控制設備。綜上所述，水電站采用綜合自動化系統后不僅提高水電站運行的經濟性和工作的可靠性、保證電能質量；而且提高勞動生產率、改善勞動條件和減少運行人員，從而提高電站運行的效益，例如利用計算機系統監控水庫來水和中長期預報在內的優化運行，曲線繪制及科學調度，多發峰電等，每年可增加發電量2％左右；同時采用計算機監控電站各種參量及運行工況后，及時發現并排除事故隱患，事故后能及時處理事故，避免事故擴大，盡快恢復供電使系統事故率下降，處理事故時間減少，如此每年增加發電量1％左右；另外采用計算機監控在減少人員的同時也減少了相應的生活辦公設備和工資支出，因而能產生巨大的經濟效益。可見，水電站綜合自動化系統與水電站的生產、效益密切相關，隨著國家能源結構的調整，水資源開發利用程度的加大，水電站綜合自動化系統在越來越多的水利樞紐工程中得到更廣泛的應用，發揮更大的作用。

參考文獻：

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