智能水電廠現(xiàn)地自動化系統(tǒng)技術(shù)分析

湖南省東江水力發(fā)電廠 湖南省郴州市 423403

摘要：水電廠是我國傳統(tǒng)電力生產(chǎn)模式，也是主要發(fā)電生產(chǎn)方式之一。基于科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展趨勢下，水電廠建設(shè)開始走向智能化方向，以自動化技術(shù)為中心展開控制，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域發(fā)電系統(tǒng)的一體化控制。結(jié)合智能水電廠發(fā)展趨勢，本文從繼電保護(hù)、生產(chǎn)調(diào)度、現(xiàn)場控制等方面，介紹了自動化系統(tǒng)技術(shù)在水電廠建設(shè)中的應(yīng)用，為水力發(fā)電模式改造提供科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水電廠；自動化；系統(tǒng)技術(shù)；應(yīng)用

智能水電廠是行業(yè)變革的新方向，利用人機(jī)設(shè)備構(gòu)建自動化控制空間，滿足了人對廠內(nèi)設(shè)備控制的操作要求。另一方面，智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多樣式操控平臺，從水能調(diào)度、廠內(nèi)運(yùn)行、系統(tǒng)控制等多個方面，推動著水電廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造控制。綜合這些先進(jìn)的發(fā)展趨勢，水電廠要及時調(diào)整原有控制方案，促進(jìn)廠內(nèi)水能、熱能、電能等之間的自由化調(diào)度。

一、智能水電廠發(fā)展趨勢

水電廠是把水的位能和動能轉(zhuǎn)換成電能的工廠，引入智能化技術(shù)是水電廠建設(shè)的新方向。智能化技術(shù)在其應(yīng)用中主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密傳感技術(shù)、GPS定位技術(shù)的綜合應(yīng)用。隨著水電廠節(jié)能改造趨勢，產(chǎn)品智能化優(yōu)勢在智能水電廠建設(shè)中得到普及應(yīng)用。其主要表現(xiàn)在：大大改善操作者作業(yè)環(huán)境，減輕了工作強(qiáng)度；提高了作業(yè)質(zhì)量和工作效率；一些危險(xiǎn)場合或重點(diǎn)施工應(yīng)用得到解決；環(huán)保、節(jié)能；提高了機(jī)器的自動化程度及智能化水平；提高了設(shè)備的可靠性，降低了維護(hù)成本；故障診斷實(shí)現(xiàn)了智能化等。

二、繼電保護(hù)系統(tǒng)智能化應(yīng)用

社會用電需求量持續(xù)增多，水電廠承載負(fù)荷大幅度增加，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度耗損。繼電保護(hù)裝置作為水電廠防護(hù)平臺，運(yùn)行期間可向水電廠提供安全防護(hù)功能，避免各種因素對電力元件造成破壞作用。未來，智能化是繼電保護(hù)裝置改造方向，利用智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力優(yōu)化調(diào)配，體現(xiàn)了智能技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

1、故障控制。電力元件故障損壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，特定環(huán)境下會導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)耗損，不利于整個保護(hù)器功能的一體化控制?；谥悄芗夹g(shù)平臺下，繼電保護(hù)設(shè)定故障控制方案，借助保護(hù)器在故障設(shè)備或線路中的保護(hù)作用，短時間內(nèi)自動切除故障。當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)或斷路器拒動時，才允許由相鄰設(shè)備保護(hù)、線路保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)來切除故障，把保護(hù)裝置系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)控制在最小范圍內(nèi)。

2、抗損控制。“損耗”過高是決定系統(tǒng)運(yùn)行效率的根本，在有效元件控制下，繼電保護(hù)不會啟動防護(hù)功能，而一旦水電廠出現(xiàn)異常情況，智能感應(yīng)器會啟動自保護(hù)程序，按照保護(hù)器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)安全化控制。例如，保護(hù)裝置應(yīng)盡快切除短路故障，其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍；根據(jù)保護(hù)器損耗特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)速控制，提高自動重合閘和備用設(shè)備自動投入的效果。

3、安全控制。隨著水電廠改造術(shù)不斷發(fā)展，智能技術(shù)在電力元件控制中得到普及應(yīng)用，成為新時期電網(wǎng)運(yùn)行的安全保障平臺。智能保護(hù)器具有多種自主化控制能力，從人機(jī)一體化角度擬定操控方案，以免人為操作性失誤引起的異常耗損。同時，對于繼電保護(hù)器的操控性能，智能系統(tǒng)也具有自主調(diào)控模塊，可根據(jù)電力元件狀態(tài)執(zhí)行調(diào)度方案，體現(xiàn)了智能技術(shù)功能多樣特點(diǎn)。

4、線路控制。線路是傳遞電能的主載體，線路結(jié)構(gòu)狀態(tài)對電網(wǎng)效率有直接性作用，也是智能繼電保護(hù)控制對象之一?；谥悄芗夹g(shù)輔助下，電力線路層次具有多變性特點(diǎn)，可按照線路布局進(jìn)行多點(diǎn)式調(diào)配，滿足了智能控制器結(jié)構(gòu)改造特性。一般來說，任何電力設(shè)備都不允許在無繼電保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行，如：線路、母線、變壓器等，智能化是對繼電保護(hù)裝置性能的最根本的要求。

三、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)智能化應(yīng)用

“自動化控制”是現(xiàn)代信息社會的風(fēng)向標(biāo)，任何產(chǎn)業(yè)發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)形成了緊密關(guān)系，為了體現(xiàn)計(jì)算機(jī)設(shè)備在新網(wǎng)絡(luò)格局中的應(yīng)用價值，必須對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級。面對早期計(jì)算機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)的功能缺失，水電廠辦公自動化系統(tǒng)（OA）必須要重新建立更具穩(wěn)定性的功能作業(yè)平臺，為智能水電廠控制提供技術(shù)指導(dǎo)。

1、管理認(rèn)證。面對水電廠日趨增多的數(shù)據(jù)量，自動化系統(tǒng)關(guān)系模型可以進(jìn)行優(yōu)化處理，通過篩選、優(yōu)化等方式，對數(shù)據(jù)資源進(jìn)行篩分，最后根據(jù)用戶所要求的東西篩出可用的信息。計(jì)算機(jī)自動化系統(tǒng)必須進(jìn)一步升級改造，才能體現(xiàn)出“自動化控制”結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，功能升級中可用于user進(jìn)行身份驗(yàn)證，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)，建立準(zhǔn)確的用戶身份驗(yàn)證模塊，為單板公司內(nèi)部事務(wù)處理提供虛擬化平臺。

2、信息分配。“自動化控制”改革背景下，自動化系統(tǒng)成為營運(yùn)方案的先進(jìn)方式，借助計(jì)算機(jī)處理平臺完成各類數(shù)據(jù)操作，減小了經(jīng)營公司各項(xiàng)事務(wù)處理難度。例如，可用于對職工的基本信息進(jìn)行有效的管理，日益增多的注冊員工的大量信息需要精簡，系統(tǒng)管理員可以利用自動化系統(tǒng)的這個功能有效地進(jìn)行員工的基本信息的保留以及及時更新，保證信息的安全性及時效性。

3、工作安排。可提示user每日的工作安排，User只需要簡單的登陸QA系統(tǒng)就可以立馬知道自己當(dāng)日的工作安排如隨身記事本一樣可提供 具體時間，工作內(nèi)容等。此外，User只需要簡單的登陸QA系統(tǒng)進(jìn)入該模塊就可編輯自己的工作日志，如可以編輯時間，工作目的，工作內(nèi)容等。此外，User只需要簡單的登陸QA系統(tǒng)進(jìn)入該模塊，借助“自動化控制”之間可以實(shí)現(xiàn)短消息交流。

4、調(diào)度監(jiān)測?；ヂ?lián)網(wǎng)是基于計(jì)算機(jī)設(shè)備的操控模式，其在推廣自動化控制模式過程中，也要重視計(jì)算機(jī)功能升級與改造，才能體現(xiàn)出新時代與新設(shè)備的聯(lián)合應(yīng)用特點(diǎn)。自動化系統(tǒng)是水電廠發(fā)電自動化核心部分，基于自動化控制時代可對自動化系統(tǒng)功能進(jìn)行升級改造，共同構(gòu)建先進(jìn)自動化系統(tǒng)，體現(xiàn)自動化控制時代的技術(shù)特點(diǎn)。針對智能水電廠運(yùn)行中的問題，自動化系統(tǒng)可通過系統(tǒng)建立相對統(tǒng)一的操控模式。因水情、水文數(shù)據(jù)的高度集中和快速處理，在梯級開發(fā)的流域中多個水電站可以實(shí)現(xiàn)水能的最高利用率，并未下游電站優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃和泄洪、蓄水計(jì)劃的制定提供輔助決策。

5、集中監(jiān)控。隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時性、可靠性有良好保障的前提下，多個水電廠集中監(jiān)控已是發(fā)電企業(yè)的發(fā)展趨勢。既能實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)備、環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)施集中處理，又能實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制。為降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高發(fā)電效益，方便、快捷的事故處理等方面提供良好的集中處理平臺。

四、現(xiàn)場控制系統(tǒng)智能化應(yīng)用

智能化是水力發(fā)電行業(yè)發(fā)展趨勢，利用數(shù)字控制器可實(shí)現(xiàn)水電廠內(nèi)外一體化控制，減小了人工控制機(jī)電設(shè)備的難度。未來，智能水電廠將成為水力發(fā)電行業(yè)的變革趨勢，近年來，以PLC為技術(shù)中心，可構(gòu)建更多種不同的智能操控模式，其數(shù)字化應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。因此，不能單一地認(rèn)為PLC具有工業(yè)化性能，也要看到PLC在其它領(lǐng)域控制中的性能特點(diǎn)。

1、空調(diào)系統(tǒng)?；谥悄芩姀S科技指導(dǎo)下，機(jī)械設(shè)備面臨的生產(chǎn)任務(wù)更多，現(xiàn)有水電廠控制功能達(dá)不到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，不利于水電廠一體化發(fā)展。我國水電廠科技步入自動化時代，PLC各種虛擬模型在智能水電廠中得到廣泛應(yīng)用，提升了水電廠智能化水平?；赑LC平臺，智能水電廠空調(diào)控制包括：溫度控制、濕度控制、新風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)的控制狀態(tài)及故障報(bào)警 冷凍站監(jiān)控系統(tǒng)。

2、變電系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，PLC在水電廠控制中得到普及應(yīng)用，體現(xiàn)了自動化控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。為了改變傳統(tǒng)工程模式不足，水電廠各個區(qū)域執(zhí)行任務(wù)時均采用自動化平臺，利用數(shù)字控制器構(gòu)建新型操控平臺，滿足了水電廠智能操作作業(yè)要求。變配電控制中，PLC控制對象包括低壓配電系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)不間斷UPS電源系統(tǒng)、冷凍站配電、變壓器、高壓系統(tǒng)和高壓二次線中的各個點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測控制。

3、照明系統(tǒng)。照明系統(tǒng)中由中央監(jiān)控系統(tǒng)按每天預(yù)定的時間順序進(jìn)行開關(guān)控制，監(jiān)視其開關(guān)狀態(tài)，工作狀態(tài)可用文字、圖形顯示，并經(jīng)打印機(jī)打印。與相同功能的控制器系統(tǒng)相比，PLC實(shí)現(xiàn)了水電廠照明智能化。

4、安保系統(tǒng)。為了適應(yīng)信息化發(fā)展趨勢，智能水電廠可應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)完成區(qū)域圖像控制的相關(guān)任務(wù)，從數(shù)據(jù)收集、地圖建模、動態(tài)展示等方面進(jìn)行表達(dá)。安全監(jiān)視系統(tǒng)采用微機(jī)控制矩陣系統(tǒng)，集中完成視頻切換控制、水平/俯仰/變焦控制及自備檢測功能。結(jié)合電子圍欄、門禁系統(tǒng)等智能設(shè)備的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)立體的安全保衛(wèi)功能。

5、安全系統(tǒng)。利用中央處理主機(jī)作為操控平臺，選用虛擬技術(shù)輔助工業(yè)控制系統(tǒng)，可在PLC平臺上預(yù)先演練水電廠操作流程，及時發(fā)現(xiàn)問題后進(jìn)行改良處理，避免誤操作導(dǎo)致智能水電廠控制失效。通過遠(yuǎn)程采集設(shè)備實(shí)時狀態(tài)，提前對操作票的操作程序進(jìn)行審查的防誤操作閉鎖系統(tǒng)能有效消除和防止發(fā)生惡性誤操作事故的發(fā)生。由帶電顯示、電磁閉鎖、電子門禁等組成的防止誤觸電系統(tǒng)，能在人員接近高壓帶電設(shè)備時提前發(fā)出警告并閉鎖通行通道或屏柜等方式徹底防止人員觸電傷害事故。

6、大壩和水工設(shè)施實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。數(shù)字控制器用于智能水電廠具有先進(jìn)性，能夠?yàn)樗姀S控制作業(yè)提供精準(zhǔn)化定位服務(wù)，保持水電廠項(xiàng)目執(zhí)行中獲取準(zhǔn)確的地質(zhì)信息，實(shí)時監(jiān)測大壩和水工建筑的位移、變形、滲漏等信息，提升了智能水電廠自動化控制水平。

結(jié)論

總之，智能水電廠是各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用，體現(xiàn)了當(dāng)代科技對水電廠建設(shè)的技術(shù)指導(dǎo)作用。為了改變早期水電廠建設(shè)模式的不足，要積極采用新技術(shù)參與控制運(yùn)行，以自動化為中心構(gòu)建智能平臺。本次通過繼電保護(hù)、生產(chǎn)調(diào)度、現(xiàn)場控制等，靈活應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、PLC控制器、傳感器等結(jié)構(gòu)模塊，加快了水電廠自動化系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文龍，楊貴，劉明慧.智能變電站過程層用交換機(jī)的研制[J].水電廠自動化.2011（18）

[2]劉觀標(biāo)，李曉斌，李永紅，高磊.智能水電廠的體系結(jié)構(gòu)[J].水電自動化與大壩監(jiān)測.2011（01）

[3]王德寬，張毅，劉曉波，何飛躍，余江城，段振國.智能水電廠自動化系統(tǒng)總體構(gòu)想[J].水電自動化與大壩監(jiān)測.2011（01）

[4]馮漢夫，石爽，馬琴，張超，翟莎.智能化水電站建設(shè)的思考[J].水電自動化與大壩監(jiān)測.2010（06）

[5]肖世杰.構(gòu)建中國智能電網(wǎng)技術(shù)思考[J].水電廠自動化.2009（09）

作者簡介：

黃湘（出生于1971年9月-），男，漢族，湖南資興人，大學(xué)本科，電氣工程師，主要從事水電廠運(yùn)行、維護(hù)及其管理工作。