電氣自動化在水利水電工程中的應用

宋志琴

（新疆呼圖壁華翼市政有限公司，新疆昌吉 831100）

0 引言

電氣自動化技術具有操作便捷、節能低碳的特點，通過引入自動化設備檢測技術、自動化耗能統計技術，實現對異常情況的及時檢測，根據設備耗能來調節用水量、用電量，實現綠色、可持續發展的目的，結合計算機的運算及數據記錄能力，還可以實現對各項數據的保存與分析，生成報表，實現自動化辦公、運維，節約人力成本，提高管理效率，最大限度提高資源的優化配置。

1 電氣自動化系統的構成及優勢

電氣自動化工程主要包括閘門、泵站自動化監控系統、大壩安全監測、水情自動檢測技術等，通過引入測控計算機將各系統以網絡的形式連接起來，能夠實現各子系統數據的分享，并進行綜合研判。自動化系統能夠實現數據監控、現地測量、生產調度管理等多功能的結合，并且自動切換功能，實現對水利水電工程的系統化控制，從而避免人為操作可能的失誤，使水利水電工程的管理更加高效、便捷。

電氣自動化技術可以實現現地測量控制，主要使用的設備包括水位變送器、開度傳感器、水位儀、電流電壓表、PLC 控制系統等，通過傳感器組成的系統能夠實現對水位、水壓、水流速、發電量等多種指標數據的檢測，實現對水利水電系統運行數據的動態管理；在集中監控系統、生產調度管理系統中可以根據數據監測的情況對水閘、大壩等實現遠程操控，主要由計算機、網絡設備、系統軟件、數據庫、打印機等構成，通過此系統實現調度和辦公自動化的功能。通過軟件、硬件相結合的多系統應用，由統一的管理平臺能進行定期檢測及維護功能，系統的操作具有專業性，因此需要經過培訓的專業人員進行操作，并根據數據搜集的情況和作業記錄生成報表，對階段性的運行狀況進行分析，以便提高水利水電工程的運轉效率[1]。

在水利水電工程中引入自動化技術的優勢，主要體現在自動化檢測、符合環保要求、提高管理效率三個方面：①自動化檢測系統能夠提高水利工程的運行效率，在保證工程正常運轉的基礎上提高其安全性和穩定性，自動化的操作減輕了工作人員的工作量，避免人為失誤帶來的漏監測問題，而且對于復雜、不可預測性較強的水下環境，自動化的檢測能夠輔助進行數據監控，將檢測面覆蓋到人力無法普及的范圍內，提高了數據的全面性，也保障了檢測工作的安全和穩定，保障人員的安全；②自動化檢測耗能更少，能夠避免資源浪費的情況，提高水利水電工程的能源轉換率，符合低碳節能、環保的要求，與人為檢測相比，自動化檢測能夠快速識別水利水電工程中的潛在問題，通過及時修復來改善工程運行的狀況；③能夠提高管理效率，自動化的數據采集能使辦公和日常運維更加準確，做到維護的有據可查，管理層、一線員工都可以通過平臺來掌握工程的各項數據，信息分享與報表生成的功能也使管理更加高效。

2 電氣自動化技術在水利水電工程中的具體應用

2.1 對發電及配電設施的自動控制

水利水電工程的核心設備是發電和配電設施，將電氣自動化技術引入發電設備控制中，能夠大幅提高設備的自動化運行效率，并通過自動關停機、智能化轉調相、智能操作的方式來實現對發電機組的控制，由機器代替人力去完成危險作業，實現24h的密切控制，降低人力管理的成本，也使管理工作更加高效、便捷；自動化設備還可以實現對外部危險因素的及時感知，對于風險控制和安全管理有著重要的積極意義，在汛期能夠自動調控備用機組，加強對降水量、流量及水位等重點參數的監測，及時發出異常報警，并采取切斷保護措施來避免設備受到損害，實現對水閘、發電機組的自動化保護，避免經濟上的損失[2]。

2.2 設計的優化和設備的統一調控

水利水電工程的機械設備設計及空間排布，可以通過電氣自動化技術來進行優化。在水利水電工程中，設備的選型、管線的排布等非常復雜，尤其是在配電設備與線路的連接處，很容易出現設備不匹配、元件性能不穩定的情況，導致電氣設備及水閘等靈敏度達不到要求，而利用自動化技術，可以對設備選型進行優化，并通過試運行等技術進行問題排查，以便及時進行微調，提高系統運行的流暢率。

水利水電工程涉及油泵、水泵、水閘、配電儀表、輸電線路、變壓器等多種設備，主要儀器及輔助設備的開關、調控等操作可以利用電氣自動化技術進行統一調控和操作，避免人工作業的煩瑣和不便，自動化的運行和作業能夠更加準確，使資源的配置更加合理。電氣自動化技術通過計算機程序，結合實際的發電情況對運行過程進行自動控制，并通過能耗計算、分析實現在最低耗能的情況下維持設備與系統的運轉，比如根據發電機組的工作條件，科學調控剩余機組狀態，關閉不必要的機組或者打開需要運行的新機組，實現對能源分布的調配與控制。

2.3 線路的優化

電氣自動化可以引入變電樞紐系統中，比如對室內變電站、節制閘進行調控，對照基準電容、電流等進行傳導結構設計，還可以選擇合適規格的鋁絞線來搭設地線及復合光纜，建立起變電控制體系；在電氣主接線的設計方面，可以引入近距離、遠距離的同步電機，組合成單回路和變壓組相調節的傳輸線路，隨后在遠距離傳輸中每隔一定距離設置阻隔變壓器，實現為電氣資源的傳輸提供便利。

2.4 設備的選擇

電動機的選擇可以選擇異步驅動傳導的電動形式，以10kV為電壓的母線作為傳輸線路，利用真空接觸器、串聯電抗器等來進行功率補償；變壓器的選擇可以根據電力資源的實際情況，選擇合適的電路器和隔離開關，然后進行電壓分配，并利用母線和子線連接的供應來進行電力傳輸，達到電流結構重新分配的目的，實現變壓、配電的目的；在電流供應設備的選擇上，可以選擇自動化PLC 程序，對系統內部電流的傳輸、傳導進行引導和調配，通過電纜的分配層來控制電流的整體結構，實現高壓、低壓互相對應傳輸的目的[3]。

水利水電工程中的電氣自動化技術，需要從過流保護和接地線控制兩方面入手，實現安全防護的目的，比如可以在水電工程已有的電流傳輸系統的基礎上，加設電流電壓防雷保護，將自動化照明系統接在母線上，采用綜合設計、管理的模式來實行事故照明、應急照明的功能；還可以增設電氣進線保護功能，包括高負荷保護、主機保護、電流速斷保護、單相接地保護等設施；在進行上位機和下位機的同步監測上，還可以運用數字化程序來實現對系統內多項資源的分配與整合，實現高效調節的目的。

3 實例分析水利水電工程中的電氣自動化技術

電氣自動化設備的設置應當從斷路器、互感器、電線電纜的選擇和排布、電氣自動化施工、運維管理三方面入手，加強對設備的質量控制和系統搭建的參數指標復核，提高元器件質量，做好設備的散熱、防潮措施，避免產生噪音過大和信號不穩的情況，增強設備和系統的密封性和穩定性，嚴把質量關才能確保電氣自動化系統的正常使用。

某中等規模水閘擁有八孔鋼板閘門，應用水閘計算機自動化檢測系統來對水閘和上下游的水文監測站、配電房來進行數據監控，通過因特網和計算機平臺能夠將動態數據進行分享和發布，管理層能夠隨時隨地對數據進行遠程查詢、搜索，并且根據水情、中心數據來進行決策。

閘體控制系統有現場操作和遠程監控兩部分構成，能夠對閘門的狀態進行檢測，并配置水閘自動控制系統，既能在現場進行手動控制，也能實現遠程自動化操作，水情和配電房監測系統能夠將監測到的信息與中央控制室的數據服務器進行傳輸，由數據處理中心和控制臺來對水位、流量、降水量、溫度等數據進行統計，結合配電房的運行情況生成報表，分析水情數據、電流電壓情況，配備異常報警功能，實現對風險的及時提醒；檢測發電機組定子的狀態，對鐵芯、定子繞組的溫度進行檢測，對于局部高溫的異常情況進行報警；對于發電機組溫度過高、軸承異常、油槽油面不合理、冷卻水源過少等問題，自動化系統可以進行及時預警；當發生較嚴重的故障時，自動化電氣裝置可以進行停機跳閘的動作來進行自我保護，避免危害的擴大對設備和系統造成危害。

PIMS 管理網絡和因特網能夠將水閘運行、水位等數據轉化成統一的格式儲存在數據庫中，建立查詢和調取路徑，因特網絡的應用能夠輔助數據的傳輸，實現異地查閱和打印的功能[4]。

4 結束語

水利水電工程的質量關系到城市居民的生活質量，對國民經濟的發展有著至關重要的積極意義，電氣自動化技術的引入能夠突破傳統人工管理的瓶頸，大幅提高水利水電工程的運行效率，并及時發現故障和運行異常，實現精細化管理和全過程監測的目的。目前自動化系統已經廣泛應用于水利水電工程中，對大壩、水閘運行進行監測，及時分析水質，并輔助進行應急預案的制定，使水利水電工程不斷向著現代化的方向發展，為社會提供更加優質、穩定的水利服務。