水利設施中電氣自動化的應用分析

李海亮

摘 要：隨著科技的高速發展，我國的水利設施電力自動化得到進一步發展。許多水電站都相繼引進了電氣自動化設備或開始進行了前期的準備工作，水利設施中電氣自動化是一種包含了多門學科和前沿技術的綜合技術，水利設施中電氣自動化應用是我國電力工業自動化建設的重要進步。

關鍵詞：水利設施；電氣自動化；應用

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A

與火電廠進行對比水電站不需要消耗煤礦一類的資源，也不像火電廠那樣燃燒煤礦之后產生各種污染。由于沒有資源的消耗發電成本只有火力發電的幾分之一。水電站發電量一般取決于水庫水位決定，水庫水量充足則發電量增多，反之則減少，其中水電站的調度水平也決定了發電量的多少，通過合理調度可以用更少的水發更多的電。水電站的發電方式由水庫近期水資源庫存情況決定，對于具有調節水庫的水電站根據水庫水的進出量來決定，根據水庫“收入”決定“支出”。對于梯級水電站其每日發電計劃是由每日水量供給決定的。所以水電站與火電廠、核電廠具有完全不同的發電方式。

1.我國當前電氣自動化的特點

電氣自動化在我國出現時間較早，于20世紀50年代便已出現并開始發展，經過國家對技術的不斷發展和投入，電氣自動化已經是高新技術產業的重要組成部分。在當前形勢下具有兩大優點：第一，便捷性。通過推動電氣自動化技術可以有效地降低工作成本，節約人力支出，其便于管理的特點能有效提高工作效率，使電氣自動化擁有廣大的發展前景。第二，廣泛性。由于電氣自動化的便捷性特點，在生產過程中簡化生產步驟，操作簡單方便，生產質量能夠得到保證，因此擁有廣泛的發展前景，在各行各業中均能得到應用。

2.水電站自動化的內容

水電站自動化提供的功能和內容根據水電站具體情況，需要的功能各有不同，但是以下幾點內容是水電站自動化必然擁有的：

2.1 自動檢測

水電站自動化的前提是對水電站中設備進行實時參數檢測。水電站的運行機組及輔助設備、公用設備、變電稠開關、水工建筑物及其附屬操作設備，最好還包括水持測報系統。對這些設備檢測獲得的參數主要分為電和非電兩類，其中電流、電壓、功率、電能等參數是電，非電則有溫度、流量等。檢測手段也多種多樣有檢查、檢測、記錄等方式。其中記錄的檢測方式連續，間斷皆可、自動檢測功能是電氣自動化其他功能運行的前提和基礎，通過自動檢測可以實時對水電站的整體情況有一個全面的了解，是水電站能夠安全運行的保障。

2.2 自動操作

在自動檢測的基礎上，水電站可以進行自動操作，能夠自動操作的設備有以下幾種：

（1）機組的自動操作（也叫作順序控制）。機組的自動操作是指機組及其附屬設備通過脈沖命令進行機組的自動操作。脈沖命令的發出受兩種方式控制：一是通過中央控制室發出命令稱作集中控制，二是通過機旁盤發出稱作就地控制。脈沖命令通過以下順序完成自動操作：開機進入系統、關機、發電轉調相、發電轉抽水等一系列順序，最終完成對機組的自動操作。

（2）電廠公用設備的自動操作。電廠的公用設備通常有空氣壓縮系統、排水系統、供電系統等。

（3）水工建筑物設備的自動操作。這包括溢洪閘門的操作、引水式水電站首部機組取水口閘門的操作：一陣閥門的操作等。

（4）全廠性操作。如報警信號系統、遠動通信系統、開關站設備的操作等。

2.3 自動控制

自動控制從性質劃分為兩種，分別是開環控制和閉環控制，上文水電站的自動操作在性質上屬于開環控制。電站的閉環控制有以下兩種：用于控制機組轉速的調節設備，用于控制機組電壓的勵磁調節器都屬于閉環控制。變換機組調速器整定值能控制機組有功出力，與之相似的是變換勵磁調節器的整定值可以控制機組無功出力。這兩項調節器是基礎的自動控制裝置。為了方便操作可以將調節設備成組設置，將全站機組聯動在一起作為一臺機組調整，這就使機組能夠同時收到值班人員和上級自動裝置雙方的命令。通過以上方式能劃分出3種自動控制裝置分別為有功功率成組調節裝置和自動調頻裝置，以及無功功率成組調節裝置。

2.4 自動保護

這里涉及的自動保護動作一般有如下3個等級：

（1）警報動作。對于機組的一些異常運行又不會立刻產生危害的情況，例如：加發電機定于溫度超限、推力軸承或導軸承溫度升高、油槽油面過高或過低、機組冷卻水源中斷等，自動保護系統會對工作人員發出警報并投入備用運行機組。使工作人員發現情況后，有足夠的時間采取應對措施，解決異常問題或將故障機組退出運行系統。

（2）停機跳閘動作。當發生較為嚴重且繼續運行會發生危險的情況時，例如機組中壓油裝置油壓異常，軸承異常高溫等情況發生后，自我保護系統會跳閘停機。

（3）快速關閉進水閥門動作。當出現嚴重事故例如機組速度異常且調速器無效，壓力銅管發生爆破，停機時遙上導水葉剪斷銷剪斷等狀況一旦發生，在自動保護系統跳閘停機后，還要關閉進水閥門。

3.設備選型及自動化設計

隨著科技的發展，自動化元件在機組中的作用更加重要，數量更加龐大，但是由于設計上，生產上的一些原因主機自帶的自動化元件精度差，靈敏度低，容易出現故障使電氣自動化系統中出現安全漏洞，不利于水電站設施安全，因此需要對設備進行調整，根據實際情況選擇更加合適的元件和設計方案。

3.1 PLC在軸流槳式水輪機調速器中的應用

軸流轉漿式水輪機能夠適應不同水頭和流量的變化，并與導葉的轉動保持協聯關系，水電站在這套設備運營使用中發現廠家提供的參數與實際工作中設備水頭和上下游水位的數據相距甚遠，因此廠家提供的參數起不到參考作用，設備實際運行中的效果差強人意，對于此類問題，解決方法可以使用PLC可編程控制器的調速器。將機組中的調速器替換為PLC可編程控制器的調速器，替換之后在設備運行中再出現此類問題可根據不同的水文數據，手動調節協聯導葉、漿葉，取得實際運行中的最佳協聯曲線參數，修改原本錯誤數據，將正確數據輸入PLC使設備發揮出最佳工作效率。

3.2 PLC在調節水庫式電站調速器中的應用

水庫式水電站具有運行水頭波動范圍大的特點，其調速器和起動開度設置是按照水輪機水頭設計進行設置的。這就導致當電站水頭低于設置標準水頭時，自動運行模式下機組轉速不足，想要增加調整器起動開度需要進行更換芯片或在開度指示儀中串聯電阻等一系列復雜操作，當設計水頭又高于電站水頭時又要撤銷之前的操作，增加了操作步驟，提高了工作成本，降低了工作效率，但PLC可編程控制器能夠根據水頭高低，實時修改起動開度。提高了工作效率，降低了工作難度。

結語

當前我國水電站電氣自動化普及程度較低，尤其是規模較小的水電站，規模小，產能低，自動化程度低制約了水電站的進一步發展，由于水電站獨有的特點決定水電站自動化不單要實現機組自動化，還要將全站設備兩級自動化即水電站綜合自動化。因此要推動我國水電站自動化技術進一步發展既要加大對自動化技術的推廣也要依靠企業自主要發能力實現“產學研一體”提高企業的市場競爭力。

參考文獻

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