水電站電氣工程自動化技術的應用分析

馬德輝

(本溪關門山水庫實業有限公司，遼寧 本溪 117100)

0 引 言

電氣工程自動化技術能夠實時的監督相關設備的運作狀況，從而獲取系統、完善的監控日志，提高水電站工作可靠性[1]。若某一環節或設備出現異常，系統就會自動識別引起故障的原因并及時發出警報，從而為故障的及時處理和水電站的正常運作提供有利條件，詳細流程如圖1。

圖1 事故停機報警流程

從工頻與電壓的角度，保證水電站電能水平的關鍵是電氣工程自動化技術擁有的穩定性能，其中有功和無功功率為干擾水電站電能質量的關鍵因素，這是由于不穩定狀態下的電網負荷運作，在很大程度上影響了電能水平[2]。因此，該項技術的應用需要配備專業的技術人員，通過調試發電機組促使工頻與電壓在允許范圍內工作，在此基礎上保證水電站電能質量。

將電氣工程自動化技術應用于水電站中，能夠分析負載數量及其運行狀況，有利于實現以最低的成本獲取最大的效益以及做好相關調度工作，因此該項技術的應用可以提高水電站的經濟性。

一般條件下，水電站大多建于偏遠的地區，相應的工作環境較為艱苦，若將自動化技術滲透至水電站，采用相關程序就可實現相當一部分工作，由此降低了作業人員工作量和工程投資成本，并顯著提升水電站生產能力[3]。

1 水電站自動化技術應用

1.1 現狀分析

通過深入研究自動化模塊發現，在實際生產工作中該模塊保障了水電廠無人化管理效果的實現，這與現代化發展要求相符，詳見圖2。自動化計算的使用與水電站的安全運行狀態密切相關，主要體現在自動化內容、應用模式等方面，且對電力系統的正常運行發揮著重要作用。從運作模式的角度，電氣工程自動化技術與相關設備形式、布置模塊等關系密切；從水輪電機組運作的層面，科學調整發電模塊的自動化是必不可少的環節，為了保證相關程序能夠順利運作必須要求相關人員規范操作[4]。例如，應全面掌握該系統的實際情況以及工作要求，通過合理的優化機組運行、科學分配相關負荷模塊、自動調節機組相關功率等，確保機組的穩定運作及其效果的最優化，為降低事故發生概率和滿足相關負荷要求提供保障。

圖2 自動開機流程圖

在水電站中應用自動化技術，有利于全面掌握工程運行實際狀況，對此需要應用到相關輔助設備以及發電機組，例如有效控制各個軸承溫度、實時觀察發電機定子等，從而保證其符合實際要求。此外，還要最大程度的避免無法工作的情況，確保實際工作中各項保護措施的落實，對出現信號變化的現象采取有效的對策，并科學控制相關輔助設備，主要是指對空壓機的控制，確保空壓機等設備符合備用機組要求。最后，隨著保護、控制等各類模塊的多樣化發展，為企業全面掌握工程實際狀況以及工程項目的順利運行提供了重要保障，這符合現代化發展需求。

1.2 技術優化

1)計算機技術。電子計算機的應用是自動化工作模塊發展的必然趨勢，為更好的優化設計水電站，對于該模塊技術人員要不斷的優化改進[5]。同時，在監控系統中應用計算機技術，有利于轉變傳統的人工工作模式，為優化相關自動化程序以及減少工程投資提供有利條件。考慮不同的結構功能，在系統中可編程序控制器以及計算機發揮著重要作用，技術人員有必要完善相關測控裝置與微機繼電保護裝置間的協調性，從而為系統的順利運行奠定堅實的基礎。

2)體系結構優化。通過分析自動化工作模塊發現，該體系結構的拓展性較強。在搭建分布式分層系統時，相關企業要合理優化監控對象，通過科學配置相關功能確保實現其自身靈活效果。此外，為保證自動化模塊處于安全工作狀態，應結合具體要求科學調整有關配置；同時，為便于未來系統的升級改造，技術人員應盡量選用相關新型技術，如Windows操作系統等。

3)實時監控優化。系統研究系統全部功能可知，自動化系統能夠實時監控電站設備的運行情況，實時采集、及時處理相關相關，從而為監視工作提供所需要的數據信息，促使監視模塊、故障報警模塊等協調效果的實現，為順利運作電站自動控制模塊提供保障。在達到水電站自身發展及其有關要求的情況下，技術人員要適當調整相關設備，如斷路器操作、運行工況自動轉換等諸多內容。

4)自動記錄模塊優化。結合自動化模塊實際工作狀況，技術人員需要適當完善線路、發電機等相關設備，從而提高水電站的管理質量，這也有利于生成高精度的運行報表，通過優化操作自動記錄模塊、做好整定值以及相關參數儲存工作，為順利生成有關報表提供有利條件。最后，還要整合各調度系統，從而確保各應用程序達到協調狀態。

5)太網構成模塊的優化。在實際運作過程中，對于不同工作站的協調處理應引起相關企業的高度重視，由此保證相關設備的協調運行，確保不同工作模塊均處于協調狀態，并為實現太網模塊優化奠定基礎。另外，還要適當的控制國際標準協議，通過對競爭式通訊模式的靈活使用保證雙絞線傳輸介質的正常應用，一般控制節點數不低于255。顯然，自動化系統的應用能夠促使遙調程序、保護程序等處于協調狀況，有利于提高系統的精準度和控制靈活性。

6)供電系統優化。在優化供電系統時相關企業取得了明顯成效，大大降低了發生供電事故的概率。從優化處理程度的角度上，通過做好新型設備更新工作以及不斷優化計算機監控體系狀態，有利于提高企業的經濟效益，為促進水電站的發展提供有力保障。然而，隨著對水資源開發力度的加大和能源結構的優化調整，在相關領域中水電站綜合自動化系統的應用越來越得到人們的認可，未來必將發揮更大的功能作用。

2 水電站電氣自動化技術應用

2.1 在水庫式電站調速器方面的應用

從發電站層面上，水輪機設計水頭是支撐水流整個流程的內在動力，并且從開始到結束水頭具有較大的變化范圍。在水頭持續下降的條件下，機組額定轉速目標無法僅僅依靠相關汽輪機液壓調節器來實現，此時就需要技術人員采取增加串聯電阻或更換芯片的處理方式，同時還要以開放的形式適當調整輸出產生情況。針對處理后仍然低于設計水頭的情況，為了有效解決該問題技術人員要拆除串聯電阻或者更換掉芯片，而PLC的應用有利于調節水頭高度，并且為機組的關閉與打開提供了有力條件，實際工程中其應用效果顯著[6]。

2.2 對水、油、氣控制上的應用

一般條件下，技術人員必須確保系統參數的精準度，通過有效的控制水、氣、油以及實行自動化策略實現異常情況的精準檢測。例如，加強對供水系統、設備運行啟閉和關閉技術的研究，確保系統能夠穩定的運行和驅動泵系統的順利運作，為實現預期目標提供技術支持。然而，從水、天然氣和石油控制的角度，技術人員必須確保泵站機組的安全運行，從而實現節約成本、控制投資的目的。

2.3 在渦輪螺旋槳調速中的應用

在中低水頭電站中軸流轉漿式水輪發電機的應用最為常見，這是由于在水中不同的導葉水輪機可以實現較好的協調工作，從而取得可觀的經濟效益，并顯著提升工程質量。考慮到水位的變化以及電站水輪機水頭的差異，對其調整過程中必須參考廠家提供的參數值，從而實現系統的最佳運行，以上這種情況調節時通常會利用可編程邏輯控制器(PLC)實現。顯然，在相關水頭聯合作用以及機組調試運行情況下，采用手工組合葉片的方式更加適用于下游水位變化的情況，以科學的組合曲線確保機組葉片的正常運轉，然后通過調整PLC單元以及優化以往的組合曲線，可以最大程度的促使渦輪螺旋槳達到最佳的運行狀態。

3 結 論

綜上所述，目前仍有部分小型水電站存在自動化水平低、產能落后等問題，這不僅嚴重影響著企業的經濟效益，而且會進一步加劇小型水電的缺陷，因此在改造小型水電缺陷時自動化技術的應用必將成為未來的發展趨勢。文章深入探究了自動化技術在水電站中的應用現狀，并結合實踐經驗提出一些行之有效的對策，為其他類似電站自動化技術的應用提供借鑒。