有關水電站電氣自動化應用的探討

摘 要：水電站作為我國電力資源的重要提供者，其運營過程中越來越離不開電氣自動化的應用。本文主要介紹了水電站電氣自動化的內容、目的、意義、應用方法及發展趨勢，充分體現出電氣自動化技術在水電站中重要的地位。

關鍵詞：水電站；電氣自動化；應用；

中圖分類號：f407.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-09-00-01

水電站作為我國電力資源的重要提供者，其運營過程中越來越離不開電氣自動化的應用。而在水電站的實際應用中，隨著電子信息技術和微電子技術的發展，水電站自動化程度越來越高。與發達國家相比，我國水電站自動化水平比較低。因此，通過提高水電站自動化程度，利用好豐富的水能資源，對我國的現代化建設和可持續發展戰略，具有十分重要的意義。

一、水電站電氣自動化概述

（一）定義

水電站電氣自動化，是指用機械、電氣及電子設備，按預定程序對水電站主要電氣設備進行自動操作、控制和監控，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。

（二）內容

在實際應用中，水電站的自動化受眾多因素影響，例如水電站級別、類型，電氣設備的接線，主要輔助設備、機組的規格及安置方式等。水電站電氣自動化的內容 主要包括：

1、對水輪發電機組運行狀態的監控

對水輪發電機組運行狀態進行監控主要包括兩大方面：首先是要實現設備開關機、調相轉發電及發電轉調相的智能化控制；其次，維持水輪發電機組的低成本自動運行，智能控制啟動的機組數目，在機組間實現負荷的有效分配，按照電站實際規模和系統要求，自動調節機組的無功和有功功率等。此外當發電機組遇到意外情況或者某些電力系統發生意外事故而導致電力系統頻率降低時，預先設定的程序會自動啟動備用機組；相反在汛期到來系統頻率過高時，程序會智能關閉某些機組，以此自動調節電力系統設備，使其合理、高效運行。

2、對主要輔助設備運行狀態進行監控

水電站的設備包括較多的輔助器件，這些器件的正常運行是保證機組正常工作的基礎。因此，要檢測發電機組的轉子和定子電路是否安全；檢測機組電機定子繞組鐵芯溫度是否在正常范圍；監督檢查發電機組潤滑度以及制冷系統、變速系統等是否正常工作。不論以上哪個部分出現故障，電氣自動化系統都會根據程序迅速分析事件危害，并立即響應應急程序，啟動相應的保護措施，同時將故障信息以警報的形式通知工作人員，從而降低傳統應急事件處理方式導致的損失。

3、對機組外電氣設備進行監控和保護

電氣自動化技術能在變壓設備、輸電線路出現故障時及時切斷電源，并準確計算出故障點，通知工作人員及時處理，從而減少了因查找故障位置而花費的時間。

4、對機組外輔助設備運行狀態進行監控

完整的水電站除了發電機組、機組主要輔助設備及機組外電氣設備外，還有非常多的機組外輔助設備，如各種空壓機、水泵和油泵等。此外，水電站大壩及閘門等都對整個發電過程非常重要，故也需應用電氣自動化技術檢測閘門是否能正常啟動；檢測水位高低，水位過高或過低時自動及時報警等。

二、水電站電氣自動化應用的目的

（一）提高水電工作的安全性

水電站自動化，使得所有的工作設備能夠快速、準確、及時的啟動，進行數據分析和事故分析。這樣不僅有利于防止不安全的工作狀態出現進一步惡化，也可以使事故中的設備及時報警并啟動備用裝置，保證水電生產工程得以繼續。此外，將自動控制裝置引入到各項流程的控制，可以降低工作人員因誤操作造成事故的幾率。

（二）確保相關工作的有效執行

在實現電氣自動化后，很多工作都可以通過計算機系統進行自動配置，及時、快速、準確的進行相關設備、事故、狀態等預警、通報、記錄等。水電站電氣自動化對于水電站相關工作有效執行起著非常重要的作用。如果出現緊急事故，也可以通過自動化系統來控制相關設備，保障整體水電站生產系統安全，從而確保最終用戶用電安全。

（三）保證電能質量

電能的質量通常用電壓和頻率這兩項指標來衡量。眾所周知，電力系統中的無功功率的平衡決定著電力系統的電壓而有功功率的平衡則決定著頻率。發電系統的電荷是隨時不停的變化的，人的操作往往不能及時準確的對其做出調整，采用自動裝置可以解決這一難題，他可以及時準確的調節有功和無功功率，保持電壓和頻率的穩定。

（四）降低水電站的運營成本

隨著自動化的實現，相關智能配電系統可以根據計算機系統和水電站現場環境來合理配置資源，機械設備的靈活使用，幫助水電站實現最優調度，這對于水電站運營成本控制和最佳經濟效益實現意義重大。

（五）提高員工的工作效率

水電站電氣自動化的實行，減少了實際操作人員參與控制、監視、記錄、安全檢查等任務，改善了員工的工作環境，減輕了員工的勞動強度，減少了運行管理人員的數量，實現少人甚至無人值班，提高了勞動生產效率，節約了水力資源。

三、水電站電氣自動化技術應用方法

（一）建立電氣控制系統

水電站電氣自動化操作系統采取計算機控制變成方式，其主要以以太網控制與主機互聯的各個終端設備，采用開放式體系結構，層次分明，根據監控對象進行配置。再設計契合系統，使之易于掌握，方便調試和運行，在監控系統開展數據收集及處理工作時，設備運行的情況會自動寫入計算機的硬盤中，從而保證了水電站管理及運行的時效性，報表自動生成功能也可以為水電站設備的修理及調整提供有利依據，達到信息資源共享，充分發揮整個系統的綜合效益。

（二）水輪發電機組自動控制

在水電站電氣自動化應用過程中要想實現設備開停機的自動化操作，使設備各項操作都能夠按照程序設定內容自動運行，確保水輪發電站運行的穩定性，依照相關標準和水電站運行的條件優選具有最佳運行效果的機組數量。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。同時，當工作機組在出現事故時，備用機組可以隨時自動的起動并且投入到工作中，當系統出現頻率過高的情況時，也能夠將部分機組自動進行切除。

（三）監視水輪發電機組及相關輔助設備運轉情況

對發電機的轉子及定子回路進行電量監控，監控軸承定子繞組的溫度，發電機組的冷卻體系及潤滑體系，以及機組的調速體系工作。在這樣的自動化系統中也可以實現對上下游水位、攔污柵以及電站閘門的監控，對油泵、空壓機以及水泵等一些機械設備進行控制，并且在發生事故時自動地將輔助設備投入備用工作當中。通過對其進行監控不但對管理人員的工作壓力起到了緩解的作用，同時還使得管理效率得到了有效的提高，促進了自動化管理的發展。

（四）完成對建筑物運行工況控制

加大對主要電氣設備及水工建筑項目的監控、控制及保護力度，如變壓器，母線，輸電線路。

四、水電站電氣自動化技術應用的發展方向

（一）智能化

隨著計算機網絡的進步，電氣自動化系統得到了更大的發展，為工廠自動化設備逐步向智能化的方向發展提供了基本前提。隨著電氣自動化技術的不斷發展，其實際應用于電廠監控設備，它將運行狀態記錄于存儲設備，并將其與實際操作聯系起來，避免了因不必要的失誤而造成重大損失。在過去，這需要派人做電力抄表記錄，智能化電氣自動化系統可以實現自動抄表，大大減少了電廠工作人員的工作量，提高了工作效率。

（二）自動化技術和網絡技術關聯

引入以太網是工業現代化的發展趨勢。以太網可以用更快的速度，更大的容量，更低的成本來完成信息傳輸，被廣泛應用于各個領域。電力部門和發電廠使用更多的嵌入式以太網系統。網絡技術為電廠提供設備監控的基礎，以確保監測的有效性，確保有效的數據交換。在電氣自動化系統和網絡技術的結合日益緊密的過程中，減少了人力、精力和時間，節約了成本。

（三）利用外匯管制提高效率

常規電站設備系統已跟不上電子行業的快速發展。要完成高速，高效的數據集成任務，我們必須使用更多的開關控制電路。利用外匯管制的方法，可以解決最后的電氣設備受到振動和噪音干擾問題。技術的不斷提高，降低噪音，減少電氣自動化設備組件的干擾，從而大大提高電氣自動化效率。

五、總結

水電站電氣自動化的實現，提高了水電經營效率、生產效率和經濟效益的同時，也保證了水電安全性。并能極大的改善現有員工工作環境、工作條件，水電站的生產效益同其自身的自動化程度高低密不可分。水電站電氣自動化的系統研究和完善的意義會越來越大。

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