淺析自動(dòng)化設(shè)備在水電站中的應(yīng)用

□崔領(lǐng)謙(河北省保定市西大洋供水有限公司)

自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)施，不僅可以改善人們的工作的環(huán)境，而且還可以降低勞動(dòng)量，在水電站中不僅可以實(shí)現(xiàn)水電站生產(chǎn)過(guò)程的操作、監(jiān)視以及控制，能夠在無(wú)人的情況下直接按照預(yù)先設(shè)定的計(jì)劃或者程序自動(dòng)運(yùn)行，并且其技術(shù)可以提高工作的可靠性、運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性，提高水電站的工作效率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。

1.自動(dòng)化設(shè)備在水電站中的作用

水電站自動(dòng)化技術(shù)主要是建立在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)水電站從水文測(cè)量報(bào)告、機(jī)組的啟停控制、公用設(shè)備的啟停控制、工礦的監(jiān)控以及負(fù)荷的分配，直到輸電線路的運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程都能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。具體來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化設(shè)備在水電站的作用主要有以下幾點(diǎn)：

1.1 自動(dòng)化設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的自動(dòng)控制

自動(dòng)化設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的自動(dòng)控制，具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的啟停和并列、調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電和發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相等自動(dòng)化系統(tǒng)，并且可以使機(jī)組的啟停、并列、調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電和發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相能夠按照預(yù)計(jì)的程序自行完成。第二，自動(dòng)化設(shè)備能夠根據(jù)水電站的環(huán)境和系統(tǒng)的要求，進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算出最佳的運(yùn)行機(jī)組數(shù)，自動(dòng)化技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組之間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，并按照系統(tǒng)負(fù)荷的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組的有功功率和無(wú)功功率。第三，如果電力系統(tǒng)的頻率降低或者機(jī)組發(fā)生以外的情況下，水電站自動(dòng)化設(shè)備能夠自動(dòng)啟動(dòng)備用的機(jī)組進(jìn)行工作，如果電力系統(tǒng)的頻率過(guò)高時(shí)，它還可以自動(dòng)停止機(jī)組的運(yùn)行，從而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)的功能。

1.2 自動(dòng)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組以及輔助設(shè)備的監(jiān)控

傳統(tǒng)水電站工作和管理的過(guò)程中，需要大量的人力物力進(jìn)行檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)以及相關(guān)的電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況，并且往往由于檢測(cè)不全面造成事故的發(fā)生，而自動(dòng)化設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子的回路各個(gè)電量的監(jiān)控、鐵心和定子繞組以及各部分軸承的溫度的監(jiān)控、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)以及調(diào)速系統(tǒng)的監(jiān)視等，都可以通過(guò)自動(dòng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，如果這些系統(tǒng)出現(xiàn)異常現(xiàn)象時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠迅速的實(shí)施自動(dòng)保護(hù)措施。

自動(dòng)設(shè)備對(duì)輔助設(shè)備的控制主要是對(duì)水泵、空壓機(jī)以及油泵等輔助設(shè)備進(jìn)行控制，從而可以使這些設(shè)備能夠協(xié)調(diào)一致的生產(chǎn)并且當(dāng)輔助設(shè)備出現(xiàn)異常現(xiàn)象時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備能夠?qū)嵤┍Ｗo(hù)措施，從而使損失降到最低。

1.3 自動(dòng)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)水工建筑物運(yùn)行的監(jiān)控

水工建筑物主要包括閘門(mén)工作運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和控制、攔污柵的監(jiān)視、引水壓力管的保護(hù)以及上下游水位的檢測(cè)等。并且自動(dòng)化設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)的水量的調(diào)度以及大壩的管理等。大壩監(jiān)控管理的設(shè)備主要是計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，這種設(shè)備可以完成計(jì)算分析、數(shù)據(jù)采集以及提供維護(hù)方案和報(bào)警等工作，從而保證對(duì)大壩的運(yùn)行的安全和日常維護(hù)。而水文以及水庫(kù)的自動(dòng)設(shè)備主要包括水文信息的收集、制定水庫(kù)調(diào)度的計(jì)劃以及蓄洪控制和攔洪控制方案的設(shè)計(jì)和選擇等。

1.4 自動(dòng)設(shè)備能夠完成對(duì)變壓器、輸電線路以及母線等主要的電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制以及保護(hù)等。總之自動(dòng)化電氣設(shè)備在整個(gè)水電站具有重要的作用和價(jià)值。

2.自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)以及選型

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化水平的不斷提高，水電站自動(dòng)化技術(shù)也隨著不斷提高，并且水輪發(fā)電機(jī)組所需的自動(dòng)化設(shè)備和元件也越來(lái)越多，但是由于目前水電站自動(dòng)化元件性能不夠穩(wěn)定、精度低以及靈敏度差以及由于水電站自動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不足導(dǎo)致水電站自動(dòng)控制的穩(wěn)定性和安全性受到影響。因此，為了能夠提高水電站自動(dòng)化設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，應(yīng)該對(duì)水電站自動(dòng)化進(jìn)行設(shè)計(jì)和設(shè)備上進(jìn)行選型，保證水電站自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2.1 PLC在調(diào)節(jié)水庫(kù)電站調(diào)速器的應(yīng)用

由于水庫(kù)式電站的運(yùn)行水頭變化比較大，并且水庫(kù)式電站的啟動(dòng)開(kāi)度和調(diào)速器一般按照水輪機(jī)的水頭進(jìn)行設(shè)計(jì)的，當(dāng)水輪處于低水頭的運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，電液的調(diào)速器不能使水輪機(jī)組達(dá)到自動(dòng)狀態(tài)或者額定的轉(zhuǎn)速，因此為了能夠使調(diào)速器的啟動(dòng)開(kāi)度再增大，需要進(jìn)行更換芯片或者在開(kāi)度指示儀中進(jìn)行串接電阻，從而增大調(diào)節(jié)器的輸出值和開(kāi)度指示產(chǎn)生的差值。如果電站的水頭小于設(shè)計(jì)的水頭時(shí)，為了保證機(jī)組的開(kāi)機(jī)正常，則可以采用PLC技術(shù)根據(jù)水頭的高低進(jìn)行修改程序的實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)開(kāi)度的變化，從而保護(hù)水電站能夠正常的運(yùn)行。

2.2 PLC在軸流漿式水輪機(jī)的調(diào)速器的設(shè)計(jì)應(yīng)用

軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)在中低水頭電站中廣泛使用，并且它的水輪機(jī)葉會(huì)隨著水流的不同可以與導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)動(dòng)作而使用水輪機(jī)的動(dòng)行的水頭范圍增大，這種措施能夠?yàn)樗娬疽约半姀S創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。并且水輪發(fā)電機(jī)廠在制造的水輪機(jī)的過(guò)程中，提供一些不同的水頭下的漿葉轉(zhuǎn)角和導(dǎo)葉的開(kāi)度的協(xié)聯(lián)曲線，并且調(diào)制器制造廠按照水輪級(jí)的協(xié)聯(lián)曲線設(shè)置了調(diào)速器的漿葉轉(zhuǎn)角和導(dǎo)葉的開(kāi)度的協(xié)聯(lián)關(guān)系。但是在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，水輪機(jī)水頭的變化以及水位的變化，與制造廠家提供參數(shù)相差比較大，所以導(dǎo)致協(xié)聯(lián)曲線在運(yùn)行的過(guò)程中機(jī)組的運(yùn)行性能不好，所以這種機(jī)組的調(diào)速器應(yīng)該重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用可以進(jìn)行改變的PLC技術(shù)的調(diào)速器。這種技術(shù)可以在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，可以對(duì)不同的水頭和水位以及協(xié)聯(lián)講野和導(dǎo)葉隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，等達(dá)到最佳的協(xié)聯(lián)曲線之后，可以進(jìn)行修改協(xié)聯(lián)曲線輸入到PLC系統(tǒng)內(nèi)，從而使水輪機(jī)組達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

3.自動(dòng)化設(shè)備在水電站的應(yīng)用價(jià)值

3.1 提高工作的可靠性

在水電站使用自動(dòng)化設(shè)備，自動(dòng)化設(shè)備可以進(jìn)行自動(dòng)、精確、迅速的進(jìn)行分析、檢測(cè)以及預(yù)報(bào)設(shè)備的運(yùn)行的狀態(tài)，這樣就可以保證一些不正常狀態(tài)不至于惡化成事故，同時(shí)也阻止了出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)，因此，供電的可靠性得到了很大的提高。另一方面，自動(dòng)裝置可以完成水電站的各項(xiàng)操作和控制，減少了操作失誤而發(fā)生事故的機(jī)會(huì)。從而可以降低水電站中事故的發(fā)生，提高水電站運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2 提高水電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性

在水電站中采用自動(dòng)化設(shè)備可以合理的進(jìn)行選擇開(kāi)機(jī)的臺(tái)數(shù)、保持高水頭運(yùn)行狀態(tài)以及保證機(jī)組能夠高效率的正常運(yùn)行等工作，并且可以提高水電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，而且采用自動(dòng)化設(shè)備可以充分利用水力資源，盡量減少不必要的棄水，是實(shí)現(xiàn)水電站合理最優(yōu)調(diào)度的關(guān)鍵所在，對(duì)于梯級(jí)電站來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。并且水電站是水利資源的綜合利用的重要的部分，運(yùn)行條件復(fù)雜，如果單靠人力工作是不能完成的這些工作的，所以在水電站采用自動(dòng)化設(shè)備是提高水電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要措施。

3.3 保證電能的質(zhì)量

控制電能質(zhì)量好壞的指標(biāo)主要有電壓和頻率，電壓的正常偏移應(yīng)該在額定值的±5%內(nèi)，頻率正常偏移不超過(guò)額定值的±0.2～0.5H z。電力系統(tǒng)中有功功率和無(wú)功功率的平衡性直接關(guān)系到頻率和電壓的穩(wěn)定性，因此在水電站采用自動(dòng)化設(shè)備對(duì)保證頻率和電壓的運(yùn)行是非常重要的。并且如果出現(xiàn)故障或者不穩(wěn)定的現(xiàn)象，單純的手動(dòng)操作在速度和精度方面都是難于實(shí)現(xiàn)的。只能借助于自動(dòng)裝置來(lái)完成。可見(jiàn)，自動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用是保證電能質(zhì)量的重要措施之一。

3.4 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)條件

由于水電站工作環(huán)境比較惡劣，往往處于山區(qū)，條件差，工作難度比較大，因此自動(dòng)化設(shè)備的使用之后，可以代替以往的手工難以操作或者環(huán)境惡劣的工作。所以在水電站自動(dòng)化設(shè)備不僅可以提高運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，而且還可以大大降低人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳世權(quán).自動(dòng)化設(shè)備在水電站中的實(shí)際應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)；2010,17(9)：61-62.

[2]何朝霞.電氣自動(dòng)化在水電站中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息,2009(16)：116.

[3]趙澤俊.水電站綜合自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)用管理[J].大科技：科技天地,2011(18).

[4]熊霽.自動(dòng)化設(shè)備在水電站中的實(shí)際應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng),2011,18(6):190.

[5]張秀麗.關(guān)于水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用問(wèn)題的探討[J].大家.2010(10):49-51.