電氣自動化在水電站中的應用相關問題研究

摘要：水電站的電氣自動化技術是一門綜合性較強的科學技術，它擔負著自動監測發電機組輔助設備和發電機組和的狀態，并執行自動操作相關任務，發出事先擬定的報警信號。水電站電氣自動化就是要使水電站生產過程的操作、控制和監視，能夠在無人或少人直接參與的情況下，按預定的計劃或程序自動地進行。水電站的電氣自動化過程就是能夠讓水電站在生產過程的控制、操作、監視在沒有人直接參與的狀態下，按照預定的程序和計劃自動地進行操作。水電站的電氣自動化水平是水電站安全運行的重要手段，也是衡量水電站現代化水平的標志。

關鍵詞：水電站；電氣自動化；應用；探討

前言：隨著電力電子技術、微電子技術迅猛發展，電氣自動化在水電站中也得到了廣泛應用，這又主要體現在水電站的自動化方面。水電站的自動化是實現水輪發電機組自動化的關鍵部分，是利用計算對整個水電生產過程監控的“耳目”、“手腳”，它擔負自動監測機組和輔助設備的狀態，發出擬定的報警信號、執行自動操作任務。水電站自動化的程度取決于電站的規模，電站的型式及主要機電設備的性能。水電站自動化具有提高工作的可靠性、提高運行的經濟性、保證電能質量、提高勞動生產率、改善勞動條件等作用。

一、設備選型及自動化設計

隨著水電站自動化水平的提高，水輪發電機組所需自動化元件愈來愈多，其作用就愈重要。但由于目前主機配套的自動化元件的性能不夠穩定、靈敏度差、精度低等因素以及自動化設計上的不足使水電站的自動控制的安全受到不同程度的影響，這就需要對設備進行選型和自動化設計。

（一）PLC在軸流槳式水輪機調速器中的應用

軸流轉漿式水輪機被廣泛使用于中低水頭電站。由于它的水輪機葉片隨水不同可與導葉協聯動作而使用水輪機的動行水頭范圍增大。這樣可為電廠創造更多經濟效益。水輪發電機組制造廠家為其制造的水輪機提供了一組不同水頭下導葉開度與漿葉轉角的協聯曲線，調整器制造廠按此曲線設置了調速器內導葉與漿葉的協聯關系。但是由于實際電站運行時，水輪機水頭的變化及上下游水位的變化，與廠家提供參數相差甚運，故按協聯曲線運行時機組運行性能差不能達到最佳狀態。因此對于此類機組的調整器須采用可改變程序的PLC可編程控制器的調速器[1]。在機組試運轉過程中和今后的運行中可先針對不同水頭及上、下游水位及手動協聯導葉、漿葉，取得最佳協聯曲線而后修改原協聯曲線輸入PLC而使機組處實際最佳狀態。

（二）PLC在調節水庫式電站調速器中的應用

水庫式電站的運行水頭變化范圍大：此類電站的調速器和起動開度一般按水輪機設計水頭設計，但當電站水頭降低，水輪機處于低水頭下運行時，電液調整器往往不能使機組達到額定轉速（自動狀態）為使調整器的起動開度增大，往往需更換芯片或在開度指示儀中串接電阻而使調節器輸出值與開度指示產生差值開機組。當電站水頭更小于設計水頭時，為使機組開機不致過速，而又必須換回芯片或撤除串接電阻，若采用PLC可編程控制器，則可根據電站水頭高低，修改其程序來改變起動開度即可。

二、水電站電氣自動化的主要內容

（一）對水電站水輪發電機組運行狀況的自動監測和控制

水電站還有很多控制是屬于閉環性質，比如：調速器屬于發電機組轉速的閉環系統；勵磁調節器屬于發電機組電壓的閉環控系統，這兩個調節器是發電機組中最基本、最簡單的自動控制裝置。水電站發電機組運行狀況的監測和控制主要通過機組監控設備來實現，監控設備及時將機組的監控數據傳送到控制室計算機，計算機通過預先設定的運行程序來判斷發電機組的運行情況，根據實際情況向控制設備發出相關的指令，從而實現發電機組調相轉發電和發電轉調相、機組的并列和開關機自動化管理[2]。

（二）對水電站輔助設備運行狀況的自動檢測與監視

對水電站運行設備各項參數的檢測是實現水電站自動化技術的基礎，水電站要檢測的運行設備主要包括：發電機組與其輔助設備、水工建筑物與其操作設備、發電站的公用設備、變電稠開關設備等，發電機組的輔助設備主要由操作系統及其油、氣、水系統組成。水電站輔助設備運行狀況的自動檢測與監視主要通過控制設備、監測設備、控制節點，將機組輔助設備的運行數據及時地發送到計算機，同時，計算機通過數據庫對輔助設備的運行數據進行監測，從而判斷輔助設備的工作狀態以及控制輔助設備的電流。自動檢測是水電站安全運行的重要基礎，它能夠實現發電機組及其輔助設備的自動控制、自動操作、自動保護。

（三）對水電站主要電氣設備的監視、控制、保護

水電站的電氣設備主要包括：母線、變壓器、輸電線路等。水電站電氣自動化也包括對這些電氣設備的自動監視、控制、保護，并根據它們的運行數據來判斷變壓器工作是否正常、母線使用是否正常、輸電線路是否暢通。如果出現安全事故，就能及時排除電氣設備故障，確保供電安全。

三、水電站電氣自動化技術的發展

隨著科學技術的高速發展，電子計算機在各個領域得到廣泛應用，一種模塊化的基于現場總線的水電站計算機監控系統出現，逐步取代了傳統的以常規控制、人工操作為主的控制模式，大大提高水電站的自動化程度，實現水電站“無人值班，少人值守”。實現電站運行管理的自動化：實現運行報表的自動生成，運行操作的自動記錄，電站設備參數或整定值的記錄與保存，所有報表均可自動或召喚打印以及運行人員仿真培訓等；系統通訊實現與上級調度、水情測報系統、辦公自動化網絡等計算機系統之間通信，達到信息資源共享，充分發揮整個系統的綜合效益[3]。

結語：隨著微電子技術與電力科技水平的不斷發展，原有的電力控制理念已經不能無法適應水電站現代化技術水平的要求。而水電站實施電氣自動化不僅能夠提高水電站工作的可靠性、運行的經濟性和電能的質量，還能提高水電站勞動生產率，提高水電站的經濟效益。隨著國家對能源結構的不斷調整，對水資源的開發利用程度不斷加大，水電站的電氣自動化系統被運用到各種水利樞紐工程中，發揮了水電站更大的作用。

參考文獻：

[1]樓承仁，黃聲先，李植鑫.水電站自動化[M].北京：中國水利水電出版社，2016，10

[2]劉忠源.水電站自動化[M].第二版.北京：水利水電出版社，2015，5

[3]崔明.變電站與水電站綜合自動化[M].北京：中國水利水電出版

作者簡介：鐘亮，男，廣東河源人，本科生，北京理工大學珠海學院，研究方向：電氣工程及其自動化，單位郵編：519088