電氣自動(dòng)化在水利水電工程中的應(yīng)用分析

楊濟(jì)舟

(遼寧觀音閣水力發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117100)

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電氣自動(dòng)化在水利水電工程中的應(yīng)用分析

楊濟(jì)舟

(遼寧觀音閣水力發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117100)

水利水電工程是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維持人們正常生活的一項(xiàng)重要且必需的工程。目前，中國(guó)水利水電工程中已經(jīng)廣泛應(yīng)用了電氣自動(dòng)化技術(shù)，不僅能夠保證水利水電工程系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還能夠?qū)崿F(xiàn)水電工程自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)的目標(biāo)。文章首先對(duì)電氣自動(dòng)化進(jìn)行了概述，并分析了電氣自動(dòng)化在水利水電工程中的具體應(yīng)用以及應(yīng)用情況，以期為廣大水利水電工作者提供借鑒。

電氣自動(dòng)化；水利工程；應(yīng)用；智能控制

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水利水電工程中也逐漸開始應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，不僅提高了工作人員的工作效率，還提升了水利水電工程帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。水利水電工程不僅能夠給用水困難的地區(qū)帶來(lái)幫助，還能調(diào)節(jié)洪澇災(zāi)害，降低自然災(zāi)害的發(fā)生率，確保廣大人民群眾的生命安全，維持我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。因此，在水利水電工程中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)是一項(xiàng)惠國(guó)惠民的舉措。

1　電氣自動(dòng)化及系統(tǒng)組成概述

1.1水利水電工程中電氣自動(dòng)化應(yīng)用概述

電氣自動(dòng)化指的是把當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與電子信息技術(shù)等結(jié)合為一體的新型技術(shù)。電氣自動(dòng)化大大提升了生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展速度，不僅節(jié)省了大量的人力物力，還為人們的生活帶來(lái)更多的便捷。電氣自動(dòng)化如今經(jīng)過(guò)長(zhǎng)足的發(fā)展，已經(jīng)更加廣泛的應(yīng)用到了當(dāng)前社會(huì)的方方面面，例如電梯、公交、地鐵以及工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線等。電氣自動(dòng)化技術(shù)作為當(dāng)今科技日新月異發(fā)展下的新興技術(shù)，對(duì)我國(guó)當(dāng)前的生產(chǎn)力和生產(chǎn)水平的發(fā)展有著極其重要的推動(dòng)作用，而且有助于增強(qiáng)我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度。

1.2水利水電工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)組成

目前，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)完全滲透到了水利水電工程中，為其實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作的運(yùn)行模式。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、專用智能測(cè)控裝置、可編程序控制器和微機(jī)繼電保護(hù)裝置等技術(shù)與設(shè)備的一個(gè)組成系統(tǒng)。

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1，由圖1所示可以看出是由電氣自動(dòng)化系統(tǒng)包括以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線，通過(guò)兩者連接控制站與所屬的智能裝置，而后以順序分層構(gòu)成分工監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)是開放式的，因而能夠進(jìn)行功能擴(kuò)展，由于分層結(jié)構(gòu)的便捷性，也可按照功能差異對(duì)監(jiān)控對(duì)象實(shí)施可靠的配置監(jiān)控，這一監(jiān)控方式最突出的特點(diǎn)就是靈活性和分散性。為了提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，一般采用的都是冗余配置裝備，采用的是先進(jìn)且能夠進(jìn)行升級(jí)、控制、檢測(cè)、保護(hù)的技術(shù)。從圖1可以明顯看出，其具有能力較強(qiáng)的人機(jī)接口，便于掌控。

2　水利工程中應(yīng)用電氣自動(dòng)化的意義

2.1監(jiān)控水利水電工程的運(yùn)行狀況

電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到水利水電工程中，最突出的作用就是依靠模擬公式監(jiān)控水利水電工程的運(yùn)行運(yùn)作狀況，其作用相當(dāng)于發(fā)電機(jī)樞紐一般，進(jìn)而保證所有系統(tǒng)和相關(guān)部件都能夠正常運(yùn)行，一旦檢測(cè)出發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障或者隱患的時(shí)候，就會(huì)瞬時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，能夠減少檢測(cè)人員在故障排除時(shí)消耗的時(shí)間，幫助其盡快找到故障點(diǎn)，從而提高維修人員的工作效率，減少維修時(shí)間，避免因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組故障導(dǎo)致的無(wú)法供電狀態(tài)過(guò)長(zhǎng)，造成經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)電機(jī)組的選擇可以根據(jù)工程的實(shí)際規(guī)模以及設(shè)備性能進(jìn)行選擇。

圖1水電站應(yīng)用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

2.2能夠增強(qiáng)水利水電工程的工作速率和質(zhì)量

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在應(yīng)用到水電工程中時(shí)，一方面通過(guò)自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行機(jī)制增強(qiáng)安全性和穩(wěn)定性，另一方面也能夠大幅度提高水利工程工作人員的工作效率和質(zhì)量，保證電力工程企業(yè)的效能發(fā)展，從而增強(qiáng)整個(gè)電力工程企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。除此之外，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)還能夠改善原有的復(fù)雜且陳舊的工作環(huán)境，從而達(dá)到轉(zhuǎn)變電源操作方式提高效能的目標(biāo)。再次，電氣自動(dòng)化在水電工程企業(yè)中的應(yīng)用中借助新型計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)還能夠達(dá)到自動(dòng)處理故障的目標(biāo)，將工程中存在的隱患消除在萌芽狀態(tài)。對(duì)電廠的整體運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)而保證在發(fā)生事故時(shí)能夠能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，減少維修時(shí)間。電氣自動(dòng)化應(yīng)用在電力工程企業(yè)中，降低了對(duì)勞動(dòng)力資源的需求，從而壓縮了人力資源成本，同時(shí)又提高了企業(yè)運(yùn)作效率，極大的增強(qiáng)了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3提升運(yùn)行效益

人工操作的水電系統(tǒng)技術(shù)含量低，對(duì)水資源的利用率較低，而且發(fā)電質(zhì)量也有所限制。電氣化自動(dòng)系統(tǒng)完美的解決了上述的缺點(diǎn)，可以提高水資源的利用率課發(fā)電質(zhì)量，除此之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)、設(shè)備的自動(dòng)操作，在無(wú)人值班單位情況下整個(gè)工程也能夠正常運(yùn)行，減少了企業(yè)成本。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用中，還具有自動(dòng)檢測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行的功能，借助自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力工程負(fù)荷運(yùn)行情況，依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的詳細(xì)數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)電機(jī)工作情況做出自動(dòng)判斷，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)便能夠及時(shí)根據(jù)故障情況做出迅速判斷，若是嚴(yán)重故障則會(huì)智能啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)組，以此來(lái)保證工作正常運(yùn)行。

3　電氣自動(dòng)化在水利水電工程中的具體應(yīng)用

3.1將電氣自動(dòng)化應(yīng)用到水利工程時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題

科技的發(fā)展推動(dòng)了微電子技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，這些技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)被應(yīng)用到人們生活、工作的方方面面。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是一項(xiàng)尤為復(fù)雜的運(yùn)行系統(tǒng)，其中包括很多的具體分支，而且在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)受很多不確定因素影響而出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。水利水電工程的大小在很大程度上決定了其所應(yīng)用的電站組和設(shè)備的類型以及大小，而且不同的設(shè)備影響著系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的程度。由于水利水電站中包含著大量的工作不同類型的工作方式，因此其運(yùn)行模式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作效率有著決定性的影響。電氣自動(dòng)化的應(yīng)用還能夠增加水利水電工程的環(huán)保性能，提升發(fā)電效率。在管理是要做好獨(dú)立控制工作，避免不同的設(shè)備之間出現(xiàn)相互干擾、相互影響的情況。

3.2智能控制水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行

利用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)完成自主控制水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行模式主要體現(xiàn)在以下3點(diǎn)：

1)電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電工程中應(yīng)用時(shí)能夠智能管理電力工程發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備，包括關(guān)機(jī)、停機(jī)、轉(zhuǎn)調(diào)等工作環(huán)節(jié)，智能化管理最大的優(yōu)勢(shì)就在于可以少人或者無(wú)人管理，依靠自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理工作命令。

2)電氣自動(dòng)化應(yīng)用到水電工程企業(yè)中能夠促進(jìn)企業(yè)低碳節(jié)能工作的進(jìn)展，并且能夠依據(jù)在實(shí)際工作中的發(fā)電情況設(shè)置相應(yīng)合適的機(jī)組進(jìn)行工作，保證能夠在最小耗能的情況下發(fā)揮出最大的發(fā)電效益。因?yàn)樵诠ぷ髦校詣?dòng)化系統(tǒng)能夠依據(jù)具體的工作情況去調(diào)整多余的發(fā)電機(jī)組工作狀態(tài)，例如關(guān)閉不需要的機(jī)組或者根據(jù)需求開啟新的機(jī)組工作等，保持最大資源利用率，降低無(wú)用功。

3)在水利水電工程出現(xiàn)故障時(shí)，或者發(fā)生了大型事故，例如洪澇等情況，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)此時(shí)就會(huì)自動(dòng)接管機(jī)組，迅速開啟緊急備用機(jī)組進(jìn)行發(fā)電工作。為保證發(fā)電機(jī)組的安全，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)就會(huì)智能的自動(dòng)斷開某些關(guān)鍵的機(jī)組。

3.3監(jiān)測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組及關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)發(fā)電機(jī)組的電子和定子，同時(shí)還能夠?qū)ο到y(tǒng)中的電路安全狀況予以保障，實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)電機(jī)的運(yùn)行溫度以及負(fù)荷狀態(tài)等，確保其鐵芯中的溫度保持在一個(gè)設(shè)定的溫度范圍中。除此之外，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)還能夠減低發(fā)電機(jī)組的制冷系統(tǒng)和潤(rùn)滑度，并且還能夠有效監(jiān)督機(jī)組的變速系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)組某處一旦出現(xiàn)故障，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)就會(huì)立即監(jiān)測(cè)到，并且智能的采取用對(duì)措施，而且還會(huì)向檢測(cè)人員發(fā)出緊急警訊和呼叫，確保檢測(cè)人員及時(shí)清楚發(fā)生故障的部位，并且及時(shí)進(jìn)行維修，大大減少了檢測(cè)和維修的耗時(shí)，避免了由于發(fā)電機(jī)組故障帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益損失。

3.4智能化控制設(shè)備

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠智能控制周圍重要的設(shè)備和設(shè)施，其中包括：各種水泵、油泵、空壓機(jī)等設(shè)備。一旦這些設(shè)施或者設(shè)備或者出現(xiàn)問(wèn)題，電氣自動(dòng)化就會(huì)自發(fā)調(diào)控其他設(shè)備迅速的進(jìn)行工作狀態(tài)，確保工作的正常運(yùn)行。

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)χ匾碾姎庠O(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、控制一級(jí)保護(hù)，例如變壓器、母線和輸電線等。

電氣自動(dòng)化能夠?qū)崟r(shí)控制水工建筑物的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，并且能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)監(jiān)測(cè)，并且還能夠監(jiān)督管理攔污閘的暢通問(wèn)題，一旦發(fā)生阻塞，就可提醒維修工人進(jìn)行通阻工作。同時(shí)還能夠智能控制水位的高低，使其保持在合理位置，而且還能夠利用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)飲水壓力管。

3.5設(shè)備選型及自動(dòng)化設(shè)計(jì)

科技的不斷進(jìn)步下，水利水電工程自動(dòng)化的應(yīng)用程度不斷提升，其中包含的尖端智能科技因子也越來(lái)越多，進(jìn)而使得其所需的自動(dòng)化元件也越來(lái)越多，其在水利水電工程中所帶來(lái)的作用也就更加的明顯和重要。當(dāng)前，發(fā)電機(jī)自動(dòng)化應(yīng)用還存在著不足，例如元件靈敏度不強(qiáng)、穩(wěn)固性不足以及準(zhǔn)確度不夠高等，因此在一定程度上影響著水利水電工程的自動(dòng)控制的安全。這些制約條件使得相關(guān)人員必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型和自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

例如中低水頭電站中現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用了軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)。該水輪機(jī)的渦輪葉片為導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)行動(dòng)模式，應(yīng)用此水輪發(fā)電機(jī)之后，中低水投電站的經(jīng)濟(jì)效益得到了極大的提升與增強(qiáng)。汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組制造商有不同的導(dǎo)葉開度和相關(guān)曲線的葉片角度，由于渦輪頭和下游水位變化，對(duì)工廠的實(shí)際操作存在較大的限制，實(shí)際操作中，水輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)與廠商提供的的本身理論參數(shù)有著很大的差異，由此導(dǎo)致工作中存在著一些不足，工作效率無(wú)法得到更進(jìn)一步的提升。由此，在實(shí)際操作中，技術(shù)人員根據(jù)電站的實(shí)際情況調(diào)整了運(yùn)行相關(guān)參數(shù)，使其能夠在不同的頭和上下游水位、手動(dòng)合作相關(guān)導(dǎo)葉，由此進(jìn)一步優(yōu)化了聯(lián)營(yíng)曲線，在輸入了PLC之后，整個(gè)發(fā)點(diǎn)水輪機(jī)的工作效率得到了極大的提升。

4　結(jié)　論

水利水電工程與人們的生活息息相關(guān)，將電氣自動(dòng)化應(yīng)用到水利水電工程中，能夠在一定程度上提高發(fā)電效率，進(jìn)而提高人們的生活、工作效率，并且?guī)?dòng)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在技術(shù)方面，能夠?qū)λ姽こ踢M(jìn)行監(jiān)督，檢測(cè)其存在的故障，并且可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，大大提高了維修人員的工作效率。本文主要分析了電氣自動(dòng)化在水利水電工程所發(fā)揮的巨大作用，并且論述了電氣自動(dòng)化在水利水電工程的具體應(yīng)用，希望能夠相關(guān)的企業(yè)和工作人們給予幫助。

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1007-7596(2016)07-0135-03

2016-05-12

楊濟(jì)舟(1976-)，男，滿族，遼寧本溪人，助理工程師，從事電氣檢修工作。

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