水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用不足點(diǎn)分析及解決措施

謝菲菲

（東方電氣集團(tuán)國際合作有限公司，四川 成都 611731）

電力能源是社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的基礎(chǔ)所在。我國的電力能源主要由火電、水電、核電以及新能源發(fā)電構(gòu)成，其中火電和水電占據(jù)了較大的比重。而在強(qiáng)調(diào)環(huán)保的今天，水力發(fā)電成為了加快電力體系改革，優(yōu)化電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。因此，為達(dá)到提高水利發(fā)電的綜合質(zhì)量和效益，國家不僅加大了建設(shè)水電站的力度，更大力推動(dòng)了電氣自動(dòng)化技術(shù)在水力發(fā)電事業(yè)中的廣泛應(yīng)用。電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，不僅降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，而且還有利于降低生產(chǎn)成本，提高電站的經(jīng)濟(jì)效益。

1 水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用的基本內(nèi)容

為滿足社會(huì)發(fā)展對于電力能源的基本需求，加強(qiáng)對于水力資源的充分利用。我國的水電站規(guī)模處于一種不斷擴(kuò)大的狀態(tài)，而電氣設(shè)備的數(shù)量也隨著規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大而增多。由于各種電氣設(shè)備之間的緊密聯(lián)系性，很多設(shè)備依靠人工管理和操作的方式很難滿足水電站的實(shí)際生產(chǎn)需求，因此電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站領(lǐng)域的應(yīng)用要求也越來越高，水電站電氣自動(dòng)化成為了行業(yè)內(nèi)部關(guān)注的焦點(diǎn)所在。

水電站的主要設(shè)備包括水輪發(fā)電機(jī)組、調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)、輔助機(jī)械系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)出口斷路器、廠用電設(shè)備、變壓器、輸電線路等，而電氣自動(dòng)化系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對此類設(shè)備的自動(dòng)化控制，更能夠加強(qiáng)對于此類設(shè)備的保護(hù)力度。當(dāng)任何設(shè)備出現(xiàn)故障或異常時(shí)，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)通過分析采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)診斷故障原因并作出相應(yīng)的判斷，并可以自動(dòng)停止相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行，發(fā)出自動(dòng)報(bào)警，等待工作人員進(jìn)行現(xiàn)場檢查，以保證在最短的時(shí)間內(nèi)最大限度地保證水電站的安全性，避免故障問題擴(kuò)大化。在整個(gè)過程中，運(yùn)行人員可以通過PC 人機(jī)界面對各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，具有較高的靈活性、直觀性和集成性。

其中，水輪發(fā)電機(jī)組作為水電站最核心的設(shè)備，其在線監(jiān)測系統(tǒng)也尤為重要。水輪發(fā)電機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng)通過在機(jī)組的不同位置配置安裝不同的自動(dòng)化原件，對機(jī)組的蝸殼壓力、氣隙、振動(dòng)擺度、壓力脈動(dòng)、發(fā)電機(jī)局部放電、主軸電流、轉(zhuǎn)子溫度、磁場強(qiáng)度等重要監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集單元通過通信系統(tǒng)，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿娬颈O(jiān)控系統(tǒng)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷。水輪發(fā)電機(jī)組的在線監(jiān)測系統(tǒng)大大提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，保證了水電站的年發(fā)電量，從而進(jìn)一步提高了水電站的發(fā)電效益。

2 水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用不足之處分析

2.1 電氣自動(dòng)化程度不足

現(xiàn)階段，電氣自動(dòng)化的運(yùn)行管理方式已經(jīng)在各個(gè)水電站當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢，我國的大多數(shù)水電站針對自動(dòng)化設(shè)備、技術(shù)的投入較高，自動(dòng)化系統(tǒng)的先進(jìn)程度較高，很多電站可以實(shí)現(xiàn)無人值守。然而，從各個(gè)水電站對于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，中小型容量的水電站自動(dòng)化程度相對較低，建設(shè)時(shí)間較早的水電站電氣自動(dòng)化程度由于當(dāng)時(shí)自動(dòng)化技術(shù)水平不高導(dǎo)致其自動(dòng)化程度較低。

對于中小型容量的水電站，由于總投資相對較低，從而限制了配置比較全面的、當(dāng)下最先進(jìn)的自動(dòng)化元件，電站控制系統(tǒng)配置也會(huì)相對較低。電氣自動(dòng)化程度較低必然會(huì)導(dǎo)致對某些設(shè)備的某些參數(shù)無法自動(dòng)監(jiān)測或者數(shù)據(jù)處理速度較低，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障或異常時(shí)，系統(tǒng)很難自動(dòng)識(shí)別和判斷，這樣處理故障和異常情況必須由技術(shù)人員根據(jù)個(gè)人專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行排查。

對于建設(shè)較早的老水電站，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)局限導(dǎo)致了電站電氣自動(dòng)化水平較低。盡管部分老水電站通過改造引入了新的自動(dòng)化設(shè)備及控制系統(tǒng)，但由于新設(shè)備與舊設(shè)備之間存在兼容問題，其自動(dòng)化的功能無法得到充分利用和有效發(fā)揮，從而導(dǎo)致水電站的正常運(yùn)行依然需要很多運(yùn)行人員參與其中，既浪費(fèi)了資金，又無法達(dá)到電氣自動(dòng)化的預(yù)期目標(biāo)。

2.2 自動(dòng)化管理水平不足

目前，許多水電站都存在對電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的后期維護(hù)和管理水平不足的問題，從而導(dǎo)致電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的許多功能無法得到充分的利用。比如，當(dāng)今人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛和深入，由于人工智能技術(shù)的發(fā)展與革新日新月異，如果運(yùn)行人員不能與時(shí)俱進(jìn)的對人工智能技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，那么人工智能技術(shù)就無法在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中發(fā)揮其更為先進(jìn)的作用。而從水電站建設(shè)規(guī)劃的角度來看，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用意味著水電站不僅需要引入全新的電氣設(shè)備，更要對設(shè)備布局、接口、冗余等提前進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，而一些老舊水電站由于運(yùn)行時(shí)間較長，其在建設(shè)階段沒有考慮到后期的設(shè)備升級改造問題，由于前期設(shè)計(jì)理念不夠超前，從而導(dǎo)致無法引入先進(jìn)的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)。

3 提高水電站自動(dòng)化水平的解決措施

3.1 優(yōu)化水電站設(shè)計(jì)

首先，為提高水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化程度，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)水電站自身工作環(huán)境及客觀條件，充分考慮機(jī)組選型設(shè)計(jì)的合理性，確保水輪發(fā)電機(jī)組可以在各種工況下運(yùn)行時(shí)取得相對最優(yōu)運(yùn)行指標(biāo)。其次，關(guān)于除主機(jī)以外的設(shè)備設(shè)計(jì)選型，要在保證系統(tǒng)安全可靠的前提下，遵循效益最大化原則。這樣可以在允許的預(yù)算范圍內(nèi)，盡可能地提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的配置水平。比如，在條件允許的情況下，配置精度更高的自動(dòng)化原件，增加監(jiān)測位置，繼電保護(hù)冗余配置，配置當(dāng)下最主流的上位機(jī)系統(tǒng)且對于核心功能的設(shè)備進(jìn)行冗余配置等。

從長遠(yuǎn)角度出發(fā)，水電站在初期設(shè)計(jì)階段還需要充分考慮到將來電站擴(kuò)容或改造的需要，主要從以下幾點(diǎn)考慮。第一，按照當(dāng)下最主流的通信規(guī)約進(jìn)行設(shè)備選型，以便解決將來擴(kuò)容或改造帶來的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的站內(nèi)通信和遠(yuǎn)程通信的兼容問題；第二，按照“無人值守”的設(shè)計(jì)原則和配置，預(yù)留遠(yuǎn)程監(jiān)控接口；第三，監(jiān)控系統(tǒng)接口便于擴(kuò)展，保證將來電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的升級需要。

3.2 提高運(yùn)行人員的自動(dòng)化管理水平

個(gè)別電站運(yùn)行人員缺乏自動(dòng)化管理意識(shí)，專業(yè)技能以及操作經(jīng)驗(yàn)不足也是導(dǎo)致水電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行效果不佳的主要因素之一。為達(dá)到提高運(yùn)行人員的綜合業(yè)務(wù)能力，水電站方面可以從以下幾個(gè)方面開展工作：一是加強(qiáng)對于運(yùn)行人員的業(yè)務(wù)及技術(shù)培訓(xùn)。水電站方面可以定期組織培訓(xùn)工作，向基層的工作人員講解各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行原理和操作要點(diǎn)，確保運(yùn)行人員在掌握基本操作要領(lǐng)的情況下才能批準(zhǔn)其上崗工作。同時(shí)，定期培訓(xùn)可以保證運(yùn)行人員了解最新的電氣自動(dòng)化技術(shù)，與時(shí)俱進(jìn)。二是鼓勵(lì)運(yùn)行人員互相交流，加強(qiáng)技術(shù)探討，互相交流自己在日常工作過程中所遇到的問題或現(xiàn)象，并通過共同探討的方式來實(shí)現(xiàn)問題的解決。三是采取輪崗制度。為確保運(yùn)行人員可以充分了解電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行原理及各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)，水電站方面可以采取輪崗制度，在特定的時(shí)間周期進(jìn)行崗位的輪換，讓每一位工作人員熟悉每個(gè)工作崗位的基本內(nèi)容。

4 結(jié)語

綜合來看，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成為了水電站不可或缺的一部分。各類先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)會(huì)不斷與水電站的發(fā)電體系相融合，其自動(dòng)化程度也會(huì)相應(yīng)得到提高。實(shí)踐證明，電氣自動(dòng)化水平的持續(xù)提高會(huì)進(jìn)一步提高水電站的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，為社會(huì)創(chuàng)造更大的效益。水電站方面需要正確看待時(shí)代發(fā)展的趨勢，重視電氣自動(dòng)化技術(shù)的引進(jìn)以及人才的培養(yǎng)，積極順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢，實(shí)現(xiàn)自身自動(dòng)化水平的不斷提高。