探究水電站自動(dòng)化控制相關(guān)技術(shù)

徐東

（廣西水利電業(yè)集團(tuán)新疆克州水利發(fā)電有限公司 新疆克州 845350）

探究水電站自動(dòng)化控制相關(guān)技術(shù)

徐東

（廣西水利電業(yè)集團(tuán)新疆克州水利發(fā)電有限公司 新疆克州 845350）

水電站工程的快速發(fā)展，為我國(guó)各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、工業(yè)發(fā)展、農(nóng)業(yè)發(fā)展，及人們?nèi)粘Ｉ钐峁┝税踩⒎€(wěn)定的電力。自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于水電站，能夠有效提高水電站的運(yùn)營(yíng)效率，保障水電站的運(yùn)行穩(wěn)定與安全。因此，在升級(jí)改造水電站運(yùn)營(yíng)管理中，合理運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)就顯得尤為重要。水電站中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)，一般是通過預(yù)設(shè)程序，進(jìn)行水電站的運(yùn)行管理，及時(shí)檢測(cè)故障與預(yù)警，從而提高水電站運(yùn)行效率。我國(guó)的水電站自動(dòng)化控制技術(shù)仍處于初級(jí)階段，因此，需要加強(qiáng)技術(shù)的探究與實(shí)踐。

水電站；自動(dòng)化；控制技術(shù)

1 前言

隨著我國(guó)電能需求量的增大，水電站的運(yùn)行管理也被提出了更高的要求。水電站的運(yùn)行管理中不僅要提高工作效率，滿足人們的發(fā)展用電，而且還要在運(yùn)行過程中保障電力能源供應(yīng)的穩(wěn)定與安全。然而電機(jī)設(shè)備的陳舊與落后，已經(jīng)不能滿足水電站企業(yè)的基本生產(chǎn)要求，因此，水電站必須要充分利用現(xiàn)代技術(shù)，將自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用于水電站運(yùn)營(yíng)管理中。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)逐漸成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用。水電站是我國(guó)的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一，其電機(jī)設(shè)備裝置較復(fù)雜，人員操作難度較大，而自動(dòng)化技術(shù)卻能夠有效提高電機(jī)設(shè)備的工作效率和工作質(zhì)量，為水電站企業(yè)的穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 水電站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1 集中式控制系統(tǒng)

集中式控制系統(tǒng)主要是對(duì)整個(gè)水電站的運(yùn)行加以集中監(jiān)視、控制。集中式控制系統(tǒng)的所有操作及控制命令等都由計(jì)算機(jī)發(fā)出，并對(duì)水電站的相應(yīng)信息進(jìn)行集中處理。因此，這種控制系統(tǒng)在運(yùn)行中，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)使整個(gè)水電站運(yùn)行系統(tǒng)陷入癱瘓[1]。一般，集中式控制系統(tǒng)在大型、中型水電站運(yùn)用得比較多。在主接線簡(jiǎn)單，機(jī)組容量、機(jī)組數(shù)量、送變電設(shè)備的小型水電站中，集中式控制系統(tǒng)不具備較強(qiáng)的可運(yùn)用性，只能作為參考模式，減小運(yùn)行投資。

2.2 功能分散式控制系統(tǒng)

功能分散式控制系統(tǒng)一項(xiàng)最主要特征便是各系統(tǒng)功能較分散，能夠結(jié)合地域、危險(xiǎn)性、功能性、負(fù)載量等因素，按不同系統(tǒng)的使用功能，設(shè)立不同的使用設(shè)備，且這些設(shè)備具有獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立完成各項(xiàng)工作任務(wù)的功能。

2.3 分層分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)是以控制對(duì)象為基本單元，設(shè)置的多套相應(yīng)裝置，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理等。一般來說，分層分布式控制系統(tǒng)會(huì)與與電廠分層控制系統(tǒng)相結(jié)合，從而形成水電站分層分布式控制系統(tǒng)。分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)最突出的優(yōu)勢(shì)就是能夠?qū)崿F(xiàn)功能拓展及系統(tǒng)升級(jí)，具有較強(qiáng)的開發(fā)性和便捷性，能夠有效保護(hù)使用者的相關(guān)利益。分層分布結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

分層分布式控制系統(tǒng)有多個(gè)特點(diǎn)，包括：①采用開放式、全分布結(jié)構(gòu)，但各間隔層及站控級(jí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間相互獨(dú)立，當(dāng)局部任何單元出現(xiàn)故障時(shí)，其獨(dú)立單元及控制設(shè)備都能正常工作。②分層分布式控制系統(tǒng)采用多CPU的處理方式，并嚴(yán)格遵循保護(hù)、監(jiān)控相獨(dú)立配置的原則，以免站控級(jí)的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障或異常，影響保護(hù)功能的正常工作和獨(dú)立作用。③分層分布式控制系統(tǒng)能夠保留獨(dú)立于監(jiān)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)單強(qiáng)電式直接監(jiān)控功能，以保證當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障或需要檢修時(shí)，水電站能夠安全運(yùn)行。④分層分布式控制系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)軟硬件構(gòu)成，因此組合靈活，能夠適應(yīng)計(jì)算機(jī)的兼容、互換、擴(kuò)散等要求。⑤另外，該系統(tǒng)采用信號(hào)隔離技術(shù)，因此具有一定的軟件、硬件濾波，能夠屏蔽接地、防雷擊，具有較好的抗干擾能力。⑥該系統(tǒng)的控制軟件運(yùn)用開放式的設(shè)計(jì)原則，能夠通過規(guī)約轉(zhuǎn)換，件調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)等通信協(xié)議不相同的相應(yīng)設(shè)備的信息接入系統(tǒng)內(nèi)。⑦該系統(tǒng)具備人機(jī)接口，且界面友好，畫面清晰，所有保護(hù)軟件、硬件的壓板，能夠有效保護(hù)各參數(shù)，且間隔單元都配有電器參數(shù)的大屏幕，能夠供用戶進(jìn)行相應(yīng)操作。⑧分層分布式控制系統(tǒng)還具備自我診斷、防誤操作、自行恢復(fù)等功能，能夠有效保護(hù)跳閘出口，讓水電站運(yùn)行更加穩(wěn)定高效。

3 水電站自動(dòng)化技術(shù)控制對(duì)象

水電站利用自動(dòng)化控制技術(shù)，其控制的對(duì)象與內(nèi)容一般與水電站自身的規(guī)模、運(yùn)行方式、性質(zhì)、主要電氣設(shè)備、各設(shè)備的主接線布置方式和形式、電力系統(tǒng)在水電站中的主要性等具有重要的關(guān)系。從水電站的自動(dòng)化控制技術(shù)層面來說，水電站的控制內(nèi)容一般包括：

（1）水電站自動(dòng)化控制技術(shù)需要對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)作方式加以控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開機(jī)、關(guān)機(jī)，并形成調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電、發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相的互動(dòng)轉(zhuǎn)換，使這些基本操作能夠依據(jù)預(yù)設(shè)程序進(jìn)行自動(dòng)化運(yùn)行與控制。

（2）水電站自動(dòng)化控制技術(shù)的控制對(duì)象還包括對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組、各輔助設(shè)備等實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行控制、監(jiān)測(cè)。包括對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子回路的各電量全程監(jiān)控；對(duì)發(fā)電機(jī)組的冷卻系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、機(jī)組潤(rùn)滑狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)定子繞組及鐵芯、各部軸承溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)上述電機(jī)組運(yùn)行不正常，或出現(xiàn)故障，自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)采取保護(hù)、控制機(jī)組的相關(guān)措施。

（3）水電站的自動(dòng)化控制系統(tǒng)還應(yīng)對(duì)各類水工建筑物工況或運(yùn)行狀況進(jìn)行控制監(jiān)督。包括對(duì)水電站閘門狀況的控制監(jiān)督、攔污柵淤塞情況的控制監(jiān)督、上中下游水位測(cè)量的控制監(jiān)督等。

4 自動(dòng)化控制技術(shù)在水電站中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 水文信息的自動(dòng)化控制技術(shù)

水電站的運(yùn)行管理最重要的一項(xiàng)控制對(duì)象為水文信息，水文信息的自動(dòng)化控制對(duì)整個(gè)水電站的運(yùn)行管理都具有重要的作用。水文信息自動(dòng)化控制一般由計(jì)算機(jī)、各傳感器、通訊設(shè)備等組成，能夠?qū)λ疁剡M(jìn)行實(shí)施數(shù)據(jù)收集、傳輸、處理。水溫信息自動(dòng)化控制通常劃分為三個(gè)部分，即遙測(cè)站、水文信息傳輸通道及中心控制站，每部分都對(duì)相應(yīng)的水文信息具有控制監(jiān)測(cè)的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)水電站的前期運(yùn)行安全。相對(duì)來說，水電站運(yùn)行水頭的變化范圍較大，因此，在水電站的運(yùn)行前期的管理中，必須對(duì)各水文信息進(jìn)行全面的掌握，利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可對(duì)水電站附近水源的水位情況、水量變化等進(jìn)行監(jiān)控，在利用水電站控制及時(shí)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。通常，水電站的起動(dòng)開度、調(diào)速器等，一般是按水輪機(jī)設(shè)計(jì)的水頭，當(dāng)水輪機(jī)處于低水頭運(yùn)行狀態(tài)，且水電站的水頭有所降低時(shí)，電液調(diào)整器在這種狀態(tài)下難以使機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，就會(huì)在開度指示儀中形成串接電阻，或更換芯片，以便調(diào)節(jié)器輸出值與開度指示形成差值開機(jī)組，實(shí)現(xiàn)水文信息自動(dòng)化控制。

4.2 水電站機(jī)組的遙視監(jiān)控系統(tǒng)

水電站機(jī)組的遙視監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)目的就是為了保護(hù)梯級(jí)水電站運(yùn)行環(huán)境的相關(guān)信息，并對(duì)重要設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，如：環(huán)境溫度過高、電源故障、空調(diào)停運(yùn)、機(jī)房停電、盜竊、火災(zāi)等情況時(shí)，水電站的遙視監(jiān)控系統(tǒng)便能夠及時(shí)報(bào)警并作相關(guān)記錄，以免發(fā)生重大故障，影響水電站的運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量。水電站的遙視監(jiān)控系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)通信技術(shù)，對(duì)各級(jí)水電站的運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)控，形成一個(gè)相對(duì)完整、全面的監(jiān)控系統(tǒng)，提高水電站的運(yùn)行效率，并減低水電站的維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)水電站控制監(jiān)督。水電站的遙視監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)融合了現(xiàn)代先進(jìn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用梯級(jí)水電站的紫銅哈系統(tǒng)，對(duì)各信息實(shí)現(xiàn)收集、處理，能夠?qū)ο录?jí)電站運(yùn)行狀況及安防信息進(jìn)行的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，并對(duì)主站資源、通道資源進(jìn)行自動(dòng)化控制與系統(tǒng)內(nèi)資源共享。

4.3 水電站自動(dòng)化控制技術(shù)中的繼電保護(hù)

水電站自動(dòng)化控制技術(shù)中的繼電保護(hù)對(duì)整個(gè)水電站的正常運(yùn)行也具有不容忽視的作用，繼電保護(hù)一般在水電站電機(jī)發(fā)生故障或出現(xiàn)安全隱患時(shí)使用[2]。水電站運(yùn)行管理中，一般具有保護(hù)電力元件的成套設(shè)備被稱為繼電保護(hù)裝置，其作用主要是保證水電站運(yùn)行管理中各電力設(shè)備、電力元件的運(yùn)行安全。通常，所有的電力元件、電力設(shè)備都需要在繼電保護(hù)的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)作，若電機(jī)、變壓器、輸電線路、母線等電設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，須在最短的時(shí)間、最小的范圍內(nèi)進(jìn)行各電力元件、電力設(shè)備的自動(dòng)切斷，有效減輕故障對(duì)電力設(shè)施及設(shè)備造成的損傷，影響周邊供電效果。

5 結(jié)束語

水電站利用自動(dòng)化控制技術(shù)，能夠有效提高機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率，改善用工環(huán)境，是水電站電機(jī)設(shè)備改革的必然趨勢(shì)。水電企業(yè)在運(yùn)行管理中，可以利用現(xiàn)代化控制技術(shù)，提高企業(yè)的管理效果和運(yùn)行效率，對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行綜合維護(hù)，實(shí)現(xiàn)水電站的智能管理，保證電能質(zhì)量。

[1]加 措.水電站自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)[J].珠江水運(yùn)，2015，09（18）：80～81.

[2]張祖垚，孫海波.小型水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用探討[J].中國(guó)水能及電氣化，2015，02（119）：29～31.

TV736

A

1004-7344（2016）04-0093-02

2016-1-5

徐東（1974-），男，助理工程師，中專，主要從事電站運(yùn)行值長(zhǎng)等工作。