淺談水電站自動化技術及其應用

呂國明/福建省明溪縣水利局

淺談水電站自動化技術及其應用

呂國明/福建省明溪縣水利局

近年來，水力發電作為一種清潔環保的電能生產方式日益受到重視，這就對水電站的運行提出了更高的要求。但當前我國部分水電站存在運行效率低、運行不穩定等問題。而加強水電站電氣工程自動化技術的應用，可有效解決這些問題，提高水電站的自動化生產和管理水平，提高水電站電能的生產效率，從而為我國的現代化建設和可持續發展戰略實施提供基礎。

水電站；電氣工程自動化技術；應用

1.水電站自動化的作用

1.1 提高工作的可靠性

水電站實現自動化后，一方面不僅能夠對水電站進行及時以及準確的檢測與報警，阻止因為設備的不正常運行造成的事故，提高供電可靠性，另一方面還能夠運用自動化技術對水電站的各項操作和控制進行實施，有效地減少人員的誤操作，保證供電可靠性。

1.2 提高運行的經濟性

水電站運用自動化技術，可以以系統分配給水電站的負荷以及實際條件，對其進行合理的調度，還能定義開機的臺數進行合理的選擇，保證機組的高效運行，取得良好的經濟效益。

1.3 保證電能質量

要維持系統電壓和頻率在規定范圍內，就必須迅速而又準確地調節有關發電機組發出的有功和無功功率。特別是在發生事故的情況下，快速的調節或控制對迅速恢復電能質量具有決定性的意義，而這個過程，單純靠手動操作，無論在速度方面還是在精度方面都是難于實現的，只能借助于自動裝置來完成。可見，提高水電站的自動化水平，是保證電力系統電能質量的重要措施之一。

2.應用電氣工程自動化技術對水電站的重要意義

2.1 提高水電站工作的可靠性

水電站中應用電氣工程自動化技術，可實時、準確監控設備的工作情況，并形成監控日志。如果其中某一設備或環節出現問題，系統會自動預警，甚至是明確故障方位及原因，以便及時快速的處理故障，提高水電站的運行可靠性。同時，自動監控的實施可有效防止和減少人為操縱失誤對設備的損害。

2.2 保證水電站電能質量

電壓和工頻的穩定性是衡量水電站電能質量的主要標準，其分別受無功功率和有功功率的影響，由于電網負荷狀態的不穩定性，會對電能質量產生一定影響。因此通過自動化技術，自動調節發電機組，使電壓和工頻始終處于一個合理的水平，可保證電能質量。

2.3 提高水電站運行的經濟性

水電站中應用電氣工程自動化技術，可對水電站的負載及運行機組數量進行分析，從而進行合理調度，以確保以最低的投入獲得最大的效益。如果單純依靠人為操作不利于水電站運行的經濟性。

2.4 提高水電站生產效率

一般而言，水電站選址大多比較偏僻，工作人員工作環境相對較差。而電氣自動化技術的應用，部分工作是由各種自動裝置按一定的程序完成，減輕了工作人員的工作量，降低了生產成本，提高了水電站的生產效率。

3.水電站應用電氣工程自動化技術可實現的功能

將電氣工程自動化技術應用于水電站后，可實現如下功能：（1）實現對水輪發電機組運作的自動控制，如實現發電機組自動化設備的自動開關機、調相轉發電，使自主發電成為可能。同時，其可實現發電站運行狀態的高效率，即水電系統趨向全面智能化，能根據實際情況設定相應指令，確保機組所承載負荷始終限定在一個合理范圍內，并在各個機組內平衡分配。另外，自動化系統能根據實際負荷需求量對機組進行自行調換，使無效功降至最低，有效功升至最高。如遇洪澇或突發事件，系統能根據實際情況決定調動備用機組還是將部分運行的機組斷開。（2）實現對水輪發電機組及其輔助設備運行工況的監控，以協調各設備的運行狀態。主要監控定子軸承、轉子軸承、水工隧洞、水輪機進水閥門、機組潤滑系統、冷卻系統、調速系統、引水裝備等，以獲取各種輔助設備運行中的參數，如果其中任意一個部分出現異常，系統會迅速做出警示或應急處理。（3）實現對各種水泵、油泵和空壓機等輔助設備的自動控制，一旦出現突發情況，系統將自動啟用備用設備。（4）實現對系統電氣設備的智能控制，主要是檢測輸電線路、變壓器、母線的運行情況，并根據其運行情況進行有效防護和控制管理。（5）控制和監視水工建筑物運行工況：主要監控閘門的工作狀態、攔污柵有無堵塞情況發生、水位高低，并采取合理的措施對引水壓力管進行有效保護。

4.電氣工程自動化技術在水電站中的具體應用

4.1 自動監控技術在水電站中的應用

運用自動監控技術可監控水電站的各項設備設施，目前，主要采用集中監控模式、遠程監控模式和總線監控模式。集中監控模式即把水電站所有設備和功能集中于同一個處理器，這種監控模式的優點在于成本低。缺點在于對處理器性能有較高要求，且由于集中性高，處理器的處理速度將大大降低，使其監控實際效用大大降低。另外這種監控模式需要多條電纜，電纜如果出現具有損害，容易發生安全隱患，從而使自動化系統的可靠性大打折扣。遠程監控模式在我國水電站的應用較為廣泛，其通過數個CPU統一運行實現，這種監控模式可防止某一處出現故障而影響整個系統運行，其可使電纜的使用量減少，成本降低。但由于其使用的是CAN總線設計，將影響系統的通訊速度。現場總線監控模式是借助局域網、以太網、現場總線等計算機網絡技術對水電站的運行情況進行監控，其具有成本低和通訊量的優勢，各個裝置相對獨立，可提升系統可靠性。

4.2 可編程序控制器在水電站中的應用

可編程序控制器在水電站中的應用主要體現在以下兩個方面：（1）PLC在軸流槳式水輪機調速器中的應用：當前我國中低水頭電站主要應用軸流轉漿式水輪機發電，但水電站水輪機的水頭和水位處于動態變化中，可能與設備的固定參數產生一定的差距，導致發電機組無法以最佳狀態運行。因此，可使用可編程序控制器（PLC）進行調速，可根據發電機組運行中不同水頭、上下游水位、手動協聯漿葉和導葉，在獲得最佳協聯曲線后，借助PLC修改原有協聯曲線，確保發電機組在最佳狀態下運行。（2）PLC在水庫式電站調速器中的應用：水庫式電站水頭變化范圍大，汽輪機液壓調節器難以保證讓機組在額定狀態轉動，而可編程序控制器可有效解決這一問題，其可實現對水頭高度的修改，通過程序的修改，確保機組在額定狀態下運轉。3.3自動化控制系統在油氣水系統中的應用水電站建設初期，生產運行基本上需要人為操作控制，人力資源的投入較大。而將自動化技術引入后，可實現對油氣水系統的自動化控制，降低手工操作帶來的潛在風險，使油氣水控制系統的安全性大為提高。電氣工程自動化系統可提高油氣水控制參數的合理性和準確性，自動檢測和控制異常狀態，關閉開關設備運行，提高備用管道的安全性，適當延長油泵的使用壽命。

5.結束語

隨著我國能源結構調整的不斷深入，水資源的開發和利用逐漸被重視，將電氣工程自動化技術應用于水電站的現代化建設中，對于確保水電站的安全、穩定、高效率運行具有重要的意義，從而可為我國的社會主義現代化建設提供強有力的水電能源保障。因此，水電站應提高對電氣自動化的認識，積極引進電氣自動化技術，充分發揮電氣自動化技術的優勢，促進水電站自動化水平升級，以提高水電站的發電效率，促進水電站系統的改造升級。同時水電站應加強人才隊伍建設，定期對實際操作人員進行培訓，使其掌握熟練的電氣自動化操作水平，并做好考核工作，以確保自動化系統的運行維護工作順利開展，有效減少和避免各類電氣自動化裝置故障。

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