水電站電氣自動化應(yīng)用研究

張惠蛟

摘 要：該文在水電站電氣自動化對現(xiàn)代水電站運營的重要作用進行論述的基礎(chǔ)上，分析了水電站自動化應(yīng)用的主要范疇，并結(jié)合水電站的實際運行經(jīng)驗，探討了水電站中電氣自動化的具體應(yīng)用，為電氣自動化水電站的運行維護提供參考。

關(guān)鍵詞：水電站 電氣自動化 運行

中圖分類號：TM62 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0095-01

隨著電力電子技術(shù)以及微電子技術(shù)的快速發(fā)展，電氣自動化技術(shù)在水電站的生產(chǎn)運用過程中得到了廣泛的應(yīng)用，在水電站的節(jié)能生產(chǎn)過程中發(fā)揮著更加重要的作用。通過水電站的自動化，能夠?qū)⒂嬎銠C系統(tǒng)應(yīng)用與水電站的生產(chǎn)進行監(jiān)控，從而實現(xiàn)對機組及其輔助設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障問題時能夠在事前發(fā)出報警信號，并自動進行應(yīng)急處理，提高水電站的運行可靠性、安全性。在實際的生產(chǎn)應(yīng)用過程中，要根據(jù)電站的具體類型以及主要的機電設(shè)備，選擇合適的自動化系統(tǒng)。

1 水電站電氣自動化對現(xiàn)代水電站運營的重要作用

1.1 提高水電站運行可靠性

水電站運行的可靠性與穩(wěn)定性是實現(xiàn)水電站發(fā)電功能的重要指標(biāo)。在對水電站進行電氣自動化改造之后，以對水電站的各個主要設(shè)備及部分進行實時、精確的監(jiān)控，并做好電站的運行記錄，形成完整的監(jiān)控日志。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，可以及時的排除故障，避免出現(xiàn)安全事故。通過這種方式，能夠避免發(fā)電機組因為處于非工作狀態(tài)而長時間不能得到解除所釀成的安全事故，提高了水電站運行、發(fā)電的穩(wěn)定性和可靠性。同時，利用自動化系統(tǒng)對水電站的相關(guān)設(shè)備進行自動控制和操作，有效的避免了人為失誤因素造成的事故。

1.2 保證水電站供電的穩(wěn)定性

電能的電壓與工頻是對電能質(zhì)量進行評價的重要指標(biāo)，而工頻主要受電網(wǎng)系統(tǒng)中有功功率的平衡狀態(tài)影響；電壓則主要取決于電網(wǎng)系統(tǒng)中的無功功率。因為整個系統(tǒng)中電網(wǎng)的無功功率與有功功率是隨時變化的，利用自動化系統(tǒng)對兩者的實時數(shù)值進行監(jiān)控，并做好對應(yīng)的控制和調(diào)節(jié)工作，可使發(fā)電機組的工頻、電壓維持在相對穩(wěn)定的范圍中，最終保證水電站供電的穩(wěn)定性。

1.3 提高水電站的生產(chǎn)效率

通過水電站的電氣自動化，能夠?qū)?yīng)減少生產(chǎn)員工的工作量，減輕了員工的勞動強度，甚至可以實現(xiàn)無人值守，從而最大程度的提高水電站的生產(chǎn)效率，達到節(jié)約資源的目的。

2 水電站自動化應(yīng)用的主要范疇

2.1 運行電氣設(shè)備的自動化檢測

通過對水電站的自動化運行設(shè)備各主要參數(shù)進行檢測，完成水電站日常運行與維護工作。其中的主要內(nèi)容包括水輪發(fā)電機組及其主要輔助設(shè)備、水電站公共生產(chǎn)設(shè)施、水工建筑及操縱設(shè)備、變電開關(guān)設(shè)備等。同時，還必須對部分非電參數(shù)進行檢測，例如水輪機的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速、機組溫度、水量、壓力和波位等參數(shù)。電信號則主要包括電壓、電流、頻率、功率和功率因數(shù)等。自動化系統(tǒng)采取連續(xù)與定時記錄的方式將檢測結(jié)果記錄下來，便于運行維護作為參考。

2.2 實現(xiàn)水電站的自動化操作

根據(jù)控制對象的不同，自動化系統(tǒng)能夠完成不同的操作，主要包括：（1）遠動操作系統(tǒng)、故障告警系統(tǒng)、開關(guān)站設(shè)備操作等；（2）水工建筑設(shè)備的自動化操作，主要是指機組取水口閘門、泄洪閘等；（3）電站公用生產(chǎn)設(shè)備的自動化操作，例如排水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等；（4）使用脈沖自動操作按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)定進行及其設(shè)備的操作，例如發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相、停機、發(fā)電轉(zhuǎn)抽水等操作。

2.3 實現(xiàn)對設(shè)備的自動化控制

基于自動化控制的基本原理，2.2節(jié)中的相關(guān)自動化操作是采用開環(huán)控制的方式。而對于部分需要實時控制的精確設(shè)備，則需要采取閉環(huán)控制機制。例如，對水電站發(fā)電機組中的勵磁勵磁調(diào)節(jié)器、調(diào)速器等進行控制，通過閉環(huán)控制機制實現(xiàn)對應(yīng)的電壓、轉(zhuǎn)速控制。同時，還可以通過修改勵磁調(diào)節(jié)器中的部分?jǐn)?shù)值來實現(xiàn)發(fā)電機機組的無功輸出，并通過調(diào)整調(diào)速器的實際整定值完成有功出力的修改和調(diào)節(jié)。

2.4 水電站相關(guān)設(shè)備的自動化保護

水電站的自動化保護措施主要包括這樣三個基本層次：（1）發(fā)出警告，例如發(fā)電機組軸承的冷卻水源中斷、軸溫超限、潤滑油膜出現(xiàn)異常等，自動化系統(tǒng)通過其末端的傳感器獲得這些參數(shù)的實時變化情況，提示對應(yīng)人員采取對應(yīng)的措施，從而保證設(shè)備的正常運行；（2）自動關(guān)閉進水閘門，當(dāng)水電站出現(xiàn)緊急情況時，自動化系統(tǒng)在跳開斷路器的同時，還會自動關(guān)閉發(fā)電機組的進水閘門，從而有效的避免事故升級；（3）聯(lián)鎖跳閘停機，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備運行參數(shù)異常，例如軸溫超高、推力軸承及壓油裝置異常等，系統(tǒng)將驅(qū)動斷路器啟動，實現(xiàn)停機操作。

3 水電站中電氣自動化的具體應(yīng)用

3.1 構(gòu)建完善的數(shù)字化控制系統(tǒng)

隨著數(shù)字控制技術(shù)的日益成熟，水電站開始進行綜合自動化技術(shù)的改造和升級，逐步構(gòu)建形成以計算機為主體的數(shù)字化控制系統(tǒng)。構(gòu)建的數(shù)字化自動控制系統(tǒng)利用電站現(xiàn)場主線作為監(jiān)控的基本切入點，利用計算機、可編程控制器、微型機與繼電保護設(shè)備相互配合，并在網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下進行水電站設(shè)備的智能監(jiān)控。利用計算機網(wǎng)絡(luò)，將水電站的各個主要控制現(xiàn)場與控制中心連接起來，使得水電站的整體運行不需要人工干預(yù)，在嚴(yán)格的控制體系、開放的邏輯系統(tǒng)支持下實現(xiàn)水電站的穩(wěn)定運行。同時，該套系統(tǒng)還能夠?qū)λ娬局羞\行的機械設(shè)備進行監(jiān)控，其良好的功能擴展性能使得其能夠滿足水電站后續(xù)的建設(shè)發(fā)展需要。

3.2 PLC自動化技術(shù)的應(yīng)用

功能強大的可編程控制器（PLC）成為了當(dāng)前大部分自動化控制系統(tǒng)的首選。PLC因為能夠通過編制的專用程序完成對相關(guān)運行設(shè)備的支持和控制，根據(jù)存儲器中所設(shè)定的程序、運算邏輯、定時及控制技術(shù)等指令，對水電站的生產(chǎn)過程進行多維、直觀、動態(tài)的操作與模擬。同時，PLC技術(shù)還能夠用于生產(chǎn)人員的高精度控制，輔助生產(chǎn)人員進行電站的運營和維護。當(dāng)前，PLC自動化技術(shù)主要應(yīng)用于水電站的這樣兩個方面：

（1）對水電站調(diào)速器進行控制，利用PLC裝置對調(diào)速器進行控制，能夠借助PLC的功能屬性，基于水電站水頭的實際變化，采取過程控制的基本理論進行對應(yīng)的調(diào)整和改變，從而保證水電站穩(wěn)定運行。

（2）對軸流槳式水輪機進行調(diào)速控制，將PLC程序應(yīng)用于機組調(diào)速器的控制中，能夠借助其可編程功能，實現(xiàn)對設(shè)備的實時調(diào)整，從而保證協(xié)聯(lián)動作曲線一直處于合理的范圍內(nèi)，使得機組的運行與水電站水位變化處于同步變化狀態(tài)，保證發(fā)電機組的運行參數(shù)與水流變化一致。

參考文獻

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