自動化技術在水電站的作用和效益

劉冬紅

摘 要：本文簡要介紹了我國水能蘊藏量及水電資源的優勢和利用狀況，指出與發達國家相比在自動化程度、安全性能、事故發生率和電能質量等方面的差距，分四個方面闡述了自動化技術在水電站中的作用，及實際運用中的效果。

關鍵詞：水電站自動化 可靠性 經濟性 電能質量 生產率 效益

中圖分類號：F407.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0119-01

隨著社會經濟的發展和能源的匱乏，以及人們環保意識的加強，水電作為清潔、環保的綠色能源順應了形勢的要求。我國水能蘊藏量6.9億千瓦，居世界首位。目前全國1/3以上地區電力資源由水電站提供，這幾年我國水電建設發展非常快，裝機容量已達2.3億千瓦，年發電量59200億kWh，但與發達國家相比，在自動化程度、安全性能、事故發生率和電能質量上，都存在著不少差距。特別是早期興建的水電站，受技術水平和社會條件限制，基本沒自動化功能，大都是手動常規控制的人工操作模式，中小型水電站自動化更是幾乎為零。

1 自動化技術在水電站的作用

水電站運用自動化技術，不僅可以通過預先設定的計劃或程序對各種設備信息進行采集、處理和管理，還能全面的對電站生產過程進行操作、控制和監視，保障在無人（或少人）情況下安全穩定運行。是提高電站安全、經濟運行和管理水平的技術手段，也是衡量水電站現代化水平高低的重要標志，作用主要體現在以下四個方面。

（1）全面提升操作和控制工作的可靠性。

水電站應用自動化技術，一方面，可以對水輪發電機組的運行方式進行自動化控制，實現開機、停機、并列、發電與調相切換等操作自動化。同時，通過各種自動裝置快速、準確、及時地進行觀察、監測、記錄和報警，對上述各項操作按設定的程序自動控制，防止不正常工作狀態發展成事故，并自動迅速對發生事故的設備采取保護措施使其免遭更嚴重的損壞，保證發供電的可靠性。另一方面，通過各種自動裝置采集、分析處理各類數據，迅速、準確、有效對發電機、水輪機、勵磁及調速裝置、機組附屬設備的電氣量、非電氣量、脈沖量、開關量和主要設備運行工況做出正確診斷、訊速處理，減少誤操作的可能，減少發生事故的機會，大大加快操作或控制的過程。特別是在發生事故的緊急情況下，能迅速自動做出檢測并啟動安全保護，快速控制事故的延誤和擴大，從而全面提升操作和控制工作的可靠性。

（2）大大增強了運行中的協調性和經濟性。

水電站應用自動化后，可根據系統要求以及分配給電站的負荷和電站的具體條件，按高水頭運行的原則，合理選擇開機臺數，在機組間實現負荷的經濟分配，根據系統負荷變化自動合理的調節機組的有功和無功功率等。此外，當工作機組發生事故或電力系統頻率降低時，自動開啟并投入備用機組；當系統頻率過高，自動調整或解除運行機組保持高效運行，以獲得更好的經濟效益。此外，水電站通常是水力資源綜合利用，許多還兼顧防洪、灌溉、航運等多項要求，經濟運行條件復雜，只憑人工控制分配、調度工作過程繁瑣，而自動化技術能夠有效彌補這方面缺陷，提高電站經濟運行任務的目標。對具有調節能力的電站，自動化技術不但可對水庫來水進行預報、計算，還可綜合水位、流量、系統負荷和機組參數等參量，按照經濟運行原則自動控制，自動維持發電機組的最佳運行態勢，大大提高運行的經濟性。

（3）提高電能質量，保障電能輸出質量和電網的穩定性。

電壓和頻率是衡量電能質量好壞的二個最基本指標，根據《電能質量供電電壓允許偏差》和《電能質量電力系統頻率允許偏差》的規定，電力電壓正常偏差不得超過額定值的±5%、頻率正常偏差不得超過額定值的±0.2～±0.5 Hz，電壓或頻率的穩定主要取決于發供電中無功功率和有功功率供給的平衡度，而自動化技術能自動控制發電機頻率和電壓，迅速而又準確地調節發電機組輸出的無功功率和有功功率，保證發供電的電壓和頻率在規定范圍內。特別是在發生事故的情況下，快速的調節和控制，對迅速恢復電能質量具有決定性的意義，這個過程，單純靠人工手動直接操作步驟多、操作繁瑣、時間長，自動化裝置的特點是快、精、準，顯然不論是速度方面還是在精度方面人工手動都是難于實現的。所以，在電站中運用自動化技術，是提高電能質量，保障電能輸出質量和電網運行穩定性的一個重要措施。

（4）優化勞動生產率、改善勞動環境，為減員增效創造條件。

水電站一般地處偏僻山區、荒郊野外，工作環境和工作條件都比較差。實行自動化后，當出現異常或發生事故時，能迅速而自動地采取相應的保護措施，如：發出警報信號或緊急停機。此外，像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；對機組調速系統等輔助設備運行工況的監視等許多工作，都可由各種自動裝置按一定的程序自動完成。自動化代替人工操作及定時巡回檢查、記錄等繁雜勞動，大大減少運行人員工作量和勞動強度，同時可相應減少運行人員的數量，改變水電站人多、效率低的落后局面，向無人（少人）值守方式過渡，優化勞動生產率，降低生產成本，為減員增效創造條件。

2 實際中的作用和效果

從長遠來發展來看，自動化技術取代傳統的人工操作控制為主的手動模式，是水電站現代化管理發展的大勢所趨，自動化技術優化水電站運行模式有著無可比擬的優勢。如：浙江省慶元蘭溪橋水電站，在報廢重建中采用專家建議的計算機監控系統，該系統按“無人值班、少人值守”的原則設計，具有遙控、遙調、遙測、遙信、遙視“五遙”功能；集監測、控制、保護、視頻監視、電度量電費統計及管理于一體，采用分層分布式結構，模塊化設計，以工業級計算機為上位機，由可編程序邏輯控制器PLC為基礎的機組公用現地控制單元為下位機、微機保護裝置、智能參數測量裝置和視頻采集裝置等組成。通過二年的運行，采用自動化技術后大大提高了水資源的利用率，年平均發電量增加了6%，電能質量也有明顯提升，減少了運行人員20%，減少了相應的生活辦公支出近10%，經濟效益明顯。

3 結語

實際證明自動化技術在水電站作用和效果十分巨大，而我國早期興建的水電站大都已到報廢重建年限，其中又以中、小型水電站居多，在這些中、小型電站報廢重建中推廣運用自動化技術，不僅可以明顯提升水電站的經濟效益，還可最大限度地優化提高我國水電資源利用率，具有極其重要的意義和廣泛的前景！

參考文獻

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