水電廠電氣自動化在電氣工程中的實踐分析

崔春濤

（甘肅電投大容電力有限責任公司 甘肅 蘭州 730000）

引言

隨著社會發(fā)展建設對電能需求量的不斷提升，對水電廠運行提出更高標準要求。但是縱觀現(xiàn)階段水電廠的運行發(fā)展，部分水電廠仍尚存運行不穩(wěn)定、運行效率低等問題，不僅影響到水電廠效益與價值的創(chuàng)造，亦會增大人員的任務量。而在水電廠電氣工程中合理應用電氣自動化技術(shù)，可以在提升水電廠運行穩(wěn)定性的同時，降低水電廠運行管理期間出現(xiàn)人為失誤的幾率，促進水電廠運行效率的提升。正因此，強化電氣自動化技術(shù)在電氣工程中的應用，儼然成為水電廠持續(xù)發(fā)展的重要基礎。

1 電氣工程中電氣自動化技術(shù)應用意義分析

1.1 保證運行可靠性

通過對電氣自動化技術(shù)的合理應用，為水電廠構(gòu)建自動監(jiān)控系統(tǒng)，對水電廠運行進行全面監(jiān)控，結(jié)合對數(shù)據(jù)信息的收集與監(jiān)控，保障水電廠運行的可靠性，降低水電廠發(fā)生故障、事故的幾率。若水電廠運行期間某一電氣設備或環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障問題，自動監(jiān)控系統(tǒng)會第一時間預警，并對故障的成因、發(fā)生位置進行自動分析，確保運行故障問題可以得到第一時間解決，提升水電廠運行可靠性[1]。

1.2 保證電能質(zhì)量

電能質(zhì)量是水電廠效益與價值的創(chuàng)造的基礎要素，針對電能質(zhì)量的衡量，主要以工頻與電壓為衡量指標。而在水電廠運行期間，有功率、無功率會直接影響到電能質(zhì)量的電壓與工頻，若運行期間電網(wǎng)呈現(xiàn)出不穩(wěn)定狀態(tài)，會直接對電能質(zhì)量造成影響。而在以往電能質(zhì)量控制中，水電廠通常采用人工控制方式，雖然可以起到一定的控制效果，但是因人員主觀因素的影響，所以在電壓、電流控制中，極易出現(xiàn)人為失誤等問題，不僅影響到電能質(zhì)量，亦會對水電廠運行造成安全威脅。而借助電氣自動化技術(shù)的應用，可實現(xiàn)對發(fā)電機組的自動調(diào)節(jié)，將電壓與工頻精準控制在標準范圍內(nèi)，確保其電能質(zhì)量滿足實際使用需求[2]。

1.3 保證生產(chǎn)效率

針對水電廠的建設，大部分水電廠位于偏遠的山區(qū)位置。因其地形復雜，加之運輸線路較長，所以電能輸送的成本相對較高。再加上人員工作環(huán)境十分艱苦，所以其管理工作的開展存在諸多限制[5]。而在電氣工程中實施電氣自動化，可實現(xiàn)對水電廠自動化管理，在降低水電廠人力成本的同時，減少人員任務量。同時，借助電氣自動化技術(shù)的應用，通過計算機程序?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)設備的精準、高效控制，達到提升水電廠生產(chǎn)效率的目的[3]。

2 水電廠電氣工程中電氣自動化的應用

本文以某水電站為例，該水電站位于甘肅省甘南州境內(nèi)，屬于徑流引水式電站，由首部樞紐、引水隧洞、發(fā)電廠房三部分組成，電站總裝機容量為57MW，年設計發(fā)電量為2.28億千瓦·時，是甘南州的重要電力輸出單位。該水電站自動化設備覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、進水口蝶閥、通訊系統(tǒng)、油水氣輔助設備、大壩閘門等設備。秉持著“少人值守、無人值班”的原則進行電氣工程設計。

2.1 計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)的應用

水該電站采用集散式計算機監(jiān)控系統(tǒng)，上位機共有八臺服務器負責全廠設備的監(jiān)視控制、語音報警、遠動通訊、歷史記錄等功能。發(fā)電機組現(xiàn)地控制單元（LCU）是安裝在發(fā)電機旁的現(xiàn)地自動控制裝置，用于采集發(fā)電機組的各種開關(guān)量信號、模擬量信號、溫度量信號、交流量信號，并對發(fā)電機組進行自動開機、并網(wǎng)、停機、事故停機等動作流程控制，以及自動進行功率調(diào)節(jié)[4]。其中核心元件PLC通過以太網(wǎng)與觸摸屏和通訊管理機相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。通訊管理機通過串口與測溫巡檢單元、調(diào)速器及油壓裝置、勵磁系統(tǒng)等設備進行通訊，同時PLC采集發(fā)電機組的電壓、電流、功率、頻率等信號，全部通過光纖實現(xiàn)機組LCU與計算機系統(tǒng)的互聯(lián)。發(fā)電機組在空載并網(wǎng)時，PLC向機組同期單元發(fā)送啟動命令，同期過程中，同期單元向調(diào)速器自動發(fā)出增速或減速脈沖以調(diào)節(jié)機組頻率吻合系統(tǒng)頻率，向勵磁裝置自動發(fā)出增磁或減磁脈沖以調(diào)節(jié)機組電壓吻合系統(tǒng)電壓，通過閉環(huán)反饋，同期單元重復計算頻率差和電壓差，最終在同期點發(fā)出斷路器合閘脈沖信號，進行自動準同期，實現(xiàn)機組并網(wǎng)發(fā)電。

2.2 自動調(diào)速器系統(tǒng)的應用

該電站采用的是新型微機自動調(diào)速器，是具有比例、積分、微分 (PID)調(diào)節(jié)規(guī)律的新型數(shù)字式轉(zhuǎn)速及功率調(diào)節(jié)器。發(fā)電機在并網(wǎng)前處于空載狀態(tài)，此時調(diào)速器控制機組跟蹤電網(wǎng)頻率處于頻率調(diào)節(jié)模式。采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律及適合于空載運行的一組PID參數(shù)，選用該調(diào)節(jié)規(guī)律可控制機組快速跟蹤標準電網(wǎng)頻率、使頻率偏差小，便于機組并網(wǎng)。發(fā)電機并網(wǎng)后，調(diào)速器的主要任務是控制機組穩(wěn)定發(fā)電，此時處于開度或功率調(diào)節(jié)模式[5]。采用PID自動調(diào)節(jié)規(guī)律，可使機組減少不必要的調(diào)節(jié)過程，且運行穩(wěn)定不會造成負荷的波動，同時可降低油壓裝置的油耗，減少油泵電機的工作次數(shù)。

3 結(jié)語

總而言之，水電站電氣工程中應用電氣自動化技術(shù)，可以在保證水電廠電能質(zhì)量的前提下，提升電廠運行可靠性，并達到提升水電廠生產(chǎn)效率的目的。對此，為消除現(xiàn)階段部分水電廠存在的運行效率低下問題，需重視對電氣自動化技術(shù)的充分應用，通過構(gòu)建完善的自動化控制系統(tǒng)，提升水電廠運行效率，推動水電廠的持續(xù)發(fā)展，促進水電廠作用與效益的發(fā)揮。