機電一體化技術在水電站中的應用分析

【摘要】水電作為清潔的可再生能源，世界各國都在大力發展，隨著機電一體化技術的不斷發展，為水電站的“無人值守，少人值勤”的規劃提供了可靠的長途操控的技術條件。利用機電一體化技術能夠長途測控設備的能力，對影響機組正常運轉的水力條件、有功功率、頻率以及機組其他部位的運轉狀況進行跟蹤和判斷，并根據測控數值對機組的運行狀況進行實時調節，為廣大用戶提供安全可靠的電力供應服務。

【關鍵詞】機電一體化技術；水電站；應用

1、機電一體化概要

機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

2、機電一體化核心技術

2.1 機械技術

機電一體化技術是對機械生產的變革和創新，所以機械技術是核心要素，電子技術和信息技術都是外部控制技術，而機械技術才是真正應用于生產操作的實體。為了更好的配合機電一體化，要對機械技術進行改進，提高機械自身的加工精度，改善自身性能，從而在與電子技術以及信息技術相結合時，才能夠最大限度的發揮出機電一體化的優勢。

2.2 信息處理技術

信息處理技術在機電一體化技術中主要是信息交換、信息存取、信息運算和最終決策等，信息處理技術主要是依托計算機技術來完成的，在計算機中編制工藝生產信息，然后將信息進行轉換和傳送，控制機械設備的運行。為了提高機電一體化技術的工作效率，需要保證順暢的信息處理通道，所以要提高信息處理設備的可靠性和穩定性，提高設備的運行能力，并且降低信息處理過程中的各種干擾，從而提高機電一體化技術水平。

2.3 自動控制技術

自動控制是實現機電一體化的重要技術，只有實現自動控制，才算是將機械技術、電子技術和信息技術的完美結合。自動控制主要是指機械設備能夠按照設定好的工藝流程運行，這是一項將理論與實踐完美結合的產物。在設計自動控制技術時，因為被控對象與理論的控制量存在一定的差距，所以要想達到精確的控制，就需要經過反復的調試和修改，從而達到最佳的控制效率。自動控制技術是機電一體化技術中的核心要素，也是將信息技術、電子技術與機械技術進行結合的重要體現。

3、水電站機電一體化技術應用部位

3.1 水電站的測控系統

3.1.1 水電站水力監測系統

水電站中的水力監測系統首要由上下游水位監測、技術供排水系統水力監測和消防監測三部分構成。水位監測在水電站的上下游安裝投入式液位計測量上下游水位，通過液位變送器傳至中控室；運用壓差變送器，將安裝在機組蝸殼進口和尾水出口的壓力測量管道連通，測出上下游水位的凈高差，并通過壓差變送器傳輸至中控室。技術供排水系統水力監測由機組工作的供排水系統和全廠滲漏排水系統構成。機組工作的供排水系統壓力測控，通過安裝在供水管道上的電接點壓力表和壓力傳感器操控，流量通過安裝在管道上的管道式流量測控儀測量，將2種測量設備測得的數據通過變送裝置傳至中控室，中控室值班人員通過測控數據區分用于機組運行的水力系統是不是工作正常。全廠滲漏排水測控系統主要由安裝在集水井的液位測控裝置和水泵自動起停控制系統構成。集水井液位控制系統量測設備選用多接點浮球水位測量儀和投入式液位變送器，當浮球在不同位置時將有不一樣信號發送至水泵啟停控制系統，由系統區分并做出是不是啟、停水泵或啟、停幾臺水泵。水電站消防系統主要包含氣體消防系統和消防水系統，通過感溫、感煙設備，啟停相應的消防設備。

3.1.2 機組運行狀態監控

機組運轉狀態監控主要包含機組各部的軸承溫度、冷卻油溫、冷卻油槽油位、機組轉速等。機組各部軸承及油溫經過鉑熱電阻測得實時溫度，自控體系對實時溫度與整定溫度進行比照分析，若到達整定報警溫度就顯示故障報警提醒值班人員，若到達停機溫度就直接啟動停機指令進行停機。冷卻油槽油位經過機械的油位計或磁翻轉油位計對冷卻油位進行監測，經過油位計上的電子接點檢測油位是不是在正常范圍以內，若發現油位偏離正常整定位置，主動監測體系就顯示油位反常的警告，提醒運轉值班人員檢查油位。機組轉速經過安裝在機組上的旋轉編碼轉速測量儀來監測機組的轉速，當機組的轉速上升使PLC微機調速器不能及時調整到額定轉速且到達轉速報警點時，PLC微機調速器調速控制指令直接發布停機令使機組停機，維護機組的運行安全。

3.2 PLC微機調速系統的自動控制

PLC微機調速系統是水電站主動操控的核心體系，也是機電一體化技術在水電站的典型應用之一，該系統會集使用了機械、機械液壓原理、自動控制、遠程操控技術等；因為水力發電廠其啟動、停機時間短、效率高及功率調節范圍大等優點常被作為電網的調峰調頻機組使用，因此PLC微機調速系統應具有靈敏性、可靠性、調速連續性等要求。PLC微機調速系統在水電廠中經過收集發電機頻率及電網功率調整水輪發電機組的轉速及有功功率，收集到的發電機頻率經轉速與頻率關系公式n=60f/p（n為轉速，f為頻率，p為轉子磁極對數）轉換為機組實際轉速，實際轉速與機組額定轉速相比較，若發現轉速與額定轉速不符，調速系統將依據轉速發布調速命令使其調速液壓體系開/關水輪機導水組織調整機組轉速。PLC微機調速系統在得到電網需求調整有功功率指令時在確保機組額定轉速的前提下，經過調整水輪機導葉的開度來調整機組的有功功率。

3.3 壓縮空氣系統自動控制

水電站的空氣系統主要給機組的制動、密封及檢修提供壓縮空氣，機組正常運行中壓縮空氣需要一個穩定的壓力來保證正常的生產用氣，電廠安裝有空氣壓縮機、儲氣罐及配套的自動控制系統，在儲氣罐上安裝有壓力變送器以及電接點壓力表等，自動控制系統根據壓力變送器及電接點壓力表測得的實時壓力值與整定的啟動與停止空氣壓縮機的壓力值進行比較，若實時壓力低于啟動壓縮機壓力就自動啟動壓縮機，當壓力達到停機壓力時自動控制系統自動停止壓縮機。

4、水電站機電一體化集成

水電站的機電一體化技術主要運用在上述的系統中，這些自動控制系統通過集成構成了水電站安全監測與運行的自動控制系統，通過水電站的中央控制室的控制，使得分散的獨立運行的互不相關的系統成為一個整體，這些監測與控制系統不僅可以獨立運行，同時還必須相互綜合利用才能充分發揮出機電一體化技術的優勢。各個系統通過中央控制室的集成，不管哪一個系統出現故障都將會影響整個自動控制系統的運行，其為電廠的安全平穩運行提供了有力的監測與自動控制保障。

5、結論

機電一體化技術已經廣泛應用到了社會的各個領域。這說明機電一體化技術也進入了高科技、高智能化的時代。機電一體化技術是科學發展的結晶，是生產力發展的必然結果。在科學技術日益發展、不斷更新的條件下，機電一體化技術在水電站中的應用也會越來越寬廣，機電一體化技術的發展前景也會越來越迅速。

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