水利工程電氣自動化及其電氣一次設計研究

李作琴

[摘? ? 要]文章針對電氣自動化基本內容和應用價值展開分析，結合水利電氣自動化應用要點，從設備選型、水輪發(fā)電機組、照明系統(tǒng)、智能化控制設備方面進行介紹，研究水利工程一次設計要點，包括采集基礎資料、優(yōu)選電氣設備、合理選擇接地線、照明系統(tǒng)選擇、主接地網設計、設計防雷系統(tǒng)等，目的在于提升水利工程電氣自動化水平，提高水利工程電氣系統(tǒng)運穩(wěn)定性。

[關鍵詞]水利工程;照明系統(tǒng);電氣自動化;電氣一次設計

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–00–03

Research on Electrical Automation and Primary

Design of Water Conservancy Engineering

Li Zuo-qin

[Abstract]The article analyzes the basic content and application value of electrical automation， combined with the key points of water conservancy and electrical automation applications， introduces equipment selection， water turbine generator sets， lighting systems， and intelligent control equipment， and studies the key points of the primary design of water conservancy projects， including the basis of collection Data， optimization of electrical equipment， reasonable selection of grounding wires， lighting system selection， main grounding grid design， design of lightning protection systems， etc.， are aimed at improving the electrical automation level of water conservancy projects and improving the operational stability of electrical systems in water conservancy projects.

[Keywords]water conservancy engineering; lighting system; electrical automation; electrical primary design

結合水利工程運行管理要求及實際情況，加強對電氣自動化應用方面的深入研究，增加水利工程設備運行管理中的技術含量及優(yōu)勢，可使工程管理效果顯著，最大限度地降低故障發(fā)生率。因此，應對水利工程電氣自動化應用進行更多的考慮，確保工程設備、閘門運行狀況的良好性，避免水利工程運行管理、應用價值等受到不利影響。

1 水利工程電氣自動化基本內容和應用價值

1.1 基本內容

所謂的電氣自動化，是指電力網與控制理論共同支持下所形成的一種技術，能夠為自動化系統(tǒng)的高效運行提供專業(yè)保障，保持電氣設備良好的工作性能，發(fā)揮潛在應用價值。電氣自動化能為水利工程相關設備運行提供所需的控制模式，滿足電力生產活動高效開展要求，在促進水利建設事業(yè)發(fā)展、增強設備性能可靠性等方面發(fā)揮重要的作用。

1.2 應用價值

（1）提升系統(tǒng)運行效率。在水利工程建設過程中，涉及到的作業(yè)內容繁多，尤其是電氣系統(tǒng)的施工，涉及到了許多運行設備管理活動，將電氣自動化控制技術應用到設計當中，能夠對設備工作狀態(tài)進行有效監(jiān)督，同時也會根據設備目前的運行狀態(tài)、系統(tǒng)需求情況，對于相關參數信息進行調整，在降低運行資源損耗的基礎上，提高系統(tǒng)的運行效率。

（2）有助于設備運行過程的全面監(jiān)測。水利工程電氣系統(tǒng)投入使用后，由于其運行環(huán)境的復雜程度較高，需要依靠完整的維護管理體系來維持系統(tǒng)運行狀態(tài)的穩(wěn)定性，而電氣自動化技術的融入，可以對系統(tǒng)運行過程進行動態(tài)監(jiān)測，搭配預警系統(tǒng)，針對系統(tǒng)運行異常及時作出預警，以此來降低故障問題的影響范圍，提高系統(tǒng)運行過程的穩(wěn)定性。

2 水利工程電氣自動化應用要點

2.1 設備選型

在水利工程電氣系統(tǒng)的搭建過程中，所使用到的電氣設備種類繁多，這也需要建立可靠的設備選型體系，根據體系中的指導內容來完成設備選型工作。在電氣自動化技術應用背景下，運用計算機技術能夠建立完善的選型體系，圍繞電氣自動化技術的適用性來初步篩選電氣設備，隨后利用計算機技術來細化分析，從中篩選出最為契合的電氣設備。而且在設備選擇過程中，利用自動化技術也可以對精準度較低、靈敏度較差、構件參數不穩(wěn)定等內容做好控制，使其可以控制在最為合適的應用范圍內，這樣也可以提升水利工程電氣系統(tǒng)運行過程的安全性，提高系統(tǒng)所帶來的綜合效益。

2.2 水輪發(fā)電機組

在水利工程運行過程中，發(fā)電機組也屬于非常重要的組成內容，其運行效率也直接體現出工程本身的應用效果，關系到工程運行過程中所能夠創(chuàng)造的利益價值。在電氣自動化技術應用過程中，需重點關注以下幾點。

（1）針對水輪發(fā)電機組開機、關機等情況進行動態(tài)調控，借助自動化系統(tǒng)可以對開關情況進行檢查，并且在無人值守的情況下，按要求完成既定任務。

（2）對于發(fā)電機組工作狀態(tài)參數進行梳理，運用智能化管理系統(tǒng)，對于系統(tǒng)工作狀態(tài)進行評價，確保發(fā)電機組運行狀態(tài)滿足相應的控制管理要求，并將系統(tǒng)應用優(yōu)勢凸顯出來，在出現故障問題時能夠及時作出預警，滿足機組穩(wěn)定運行的相關需求。

2.3 照明系統(tǒng)

在水利工程中，照明系統(tǒng)的合理鋪設也屬于重要組成內容，其運行過程的可靠性會影響到日常工作、設備檢修等的順利進行。在電氣自動化技術應用過程中，需重點關注以下幾點。

（1）針對照明系統(tǒng)的開燈、關燈等狀態(tài)進行動態(tài)調控，借助自動化系統(tǒng)可以對機房內是否有人活動進行識別，在無人通過時燈光保持較暗或者關閉狀態(tài)，而識別到人員經過后可以調整開關狀態(tài)和亮度，以滿足正常工作的基礎需求。

（2）對于照明系統(tǒng)工作狀態(tài)參數進行梳理，運用智能化管理系統(tǒng)對照明系統(tǒng)工作狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使其能夠維持在動態(tài)平衡的狀態(tài)。如果照明系統(tǒng)出現故障問題，則可以及時作出預警，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行的相關需求。

2.4 智能化控制設備

在水利工程中，智能化控制設備的應用可以優(yōu)化電氣系統(tǒng)的運行環(huán)境，提高整個管理過程的智能化和動態(tài)化。電氣自動化技術在應用過程中，需重點關注以下幾點。

（1）針對智能化控制設備的基本特點，借助通信工程將自動化系統(tǒng)和設備關聯(lián)在一起，對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使其能夠維持在穩(wěn)定的狀態(tài)，如果系統(tǒng)出現異常運行問題，也可以及時作出預警，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行需求。

（2）對于智能化控制設備的狀態(tài)數據進行檢測，利用信息技術對內容進行整理，從中篩選出價值數據，補充到智能化管理系統(tǒng)當中，從而進一步提高整個管理過程的動態(tài)性。

3 水利工程電氣一次設計要點

3.1 采集基礎資料

結合水利工程的基礎特點，為了確保一次設計結果的可靠性，需要按照要求來完成基礎資料的采集工作，依據資料整理結果來選擇適合的電氣設備。從實際應用情況來看，在具體采集資料過程中也需要注意以下幾點：①按要求對水利工程的基礎資料進行整理，如當地降水條件、氣溫條件、以往水災事故、土層堅硬狀態(tài)等，可以利用大數據技術輔助數據整理，得到比較完整的基礎數據庫。②對于當地的區(qū)位條件進行梳理，其內容包括水利工程服務范圍、服務區(qū)域人口數量、區(qū)域目前的發(fā)展情況、現階段產業(yè)結構等。這些基礎資料整理后，作為電氣設備功率、線路橫截面積、外絕緣層厚度等內容的參考，以提升設計結果的準確性。

3.2 優(yōu)選電氣設備

（1）根據上文中提到的基礎資料相關內容，對于所需要的電氣設備參數進行確定，隨后圍繞該內容來制定合理的設備采購計劃，計劃中需要對這些應用參數進行明確。

（2）做好電氣設備安裝前的質量檢查，確定其滿足要求后才可以進行安裝，以提升電氣設備安裝結果的合規(guī)性。

（3）電氣設備正式投入使用后，需要按要求來完成調試計劃、檢修計劃、養(yǎng)護計劃的擬定，從而確保電氣設備運行的穩(wěn)定性，延長電氣設備的使用壽命。

3.3 合理選擇接地線

進行電氣一次設計時，需要合理選擇接地線路，這是需要重點考量的內容，其合理性將影響到系統(tǒng)的運行效率。在具體的設計中需做好以下3點。

（1）按要求對接地線材料進行選擇，其涉及到的內容有接地線長度、線芯材料、線芯橫截面積、絕緣層厚度等，材料的選擇也需要具備一定的前瞻性，這樣有利于水利工程電氣系統(tǒng)進一步發(fā)展，提高綜合效益^[1]。

（2）做好接地線性能參數的合理評估，需結合對質量產生影響的因素進行分析，從而提高分析結果的可靠性。

（3）根據所選擇接地線類型，匹配相應的接地線施工工藝，以提高接地線的可靠性。

3.4 照明系統(tǒng)選擇

在電氣一次設計中還需要做好照明系統(tǒng)的選擇工作。照明系統(tǒng)的其作用是為作業(yè)人員日常工作、檢修活動的順利進行提供便利，從而提升故障問題的檢修速度。在具體應用中，經常使用到的照明系統(tǒng)分為工作類照明系統(tǒng)與應急類照明系統(tǒng)。工作類照明系統(tǒng)的設計要點，可以參考上文中設計要點將自動化技術融入到管理活動中，從而提升工作照明系統(tǒng)運行狀態(tài)的穩(wěn)定性。而應急照明系統(tǒng)在設計中會應用到UPS系統(tǒng)，日常工作期間存儲電能，出現突發(fā)事故后提供照明，便于故障問題的及時處理。需要注意的是，在系統(tǒng)設計中也需要做好節(jié)能技術的引入工作，從而提升系統(tǒng)應用后的綜合價值^[2]。

3.5 主接地網設計

為了提升電氣系統(tǒng)運行狀態(tài)的可靠性，也需要做好接地網設計，降低過載電流、過載電壓、觸電事故等問題的發(fā)生概率，維持電氣設備工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。在具體的應用設計中，經常使用到的設計方式為自然設計處理，結合相應技術對于接地網關聯(lián)電氣設備分布位置進行了解，將所有線路連接在一起，提升主接地網設計的合理性，從而提升運行水平^[3]。另外，在設計過程中也需要運用人工設計方式來細化接地網設計內容，部分電氣設備也需要增加接地線數量，以提高電氣設備運行穩(wěn)定性。

3.6 設計防雷系統(tǒng)

除了上述應用內容外，在設計中還需要做好防雷系統(tǒng)的設計工作，具體設計過程中所需要參考的內容如下。

（1）做好避雷針的選擇工作。水利工程所處地區(qū)的開闊性較強，大量電氣設備的集中聚集，也會成為雷電天氣下的攻擊目標，而避雷針則是防雷過程中的重要載體。做好基礎資料的整理工作，以此為基礎來完成避雷針的選擇工作，提高其實用性。

（2）對于避雷針使用參數進行計算，包括避雷針距離、最低保護高度、保護半徑、保護寬度等，此類參數需要利用相應的計算公式和應用模型輔助完成。計算結果示例見表1。

（3）做好防雷系統(tǒng)線路的接地處理，使其可以順利將多余電壓導入地下，避免雷電擊穿問題^[4]。

4 結束語

綜上所述，電氣自動化的支持有利于提高水利工程及其設備運行管理效率及質量，滿足其生產計劃高效實施要求，也能為水利建設事業(yè)的更好發(fā)展打下基礎。因此，在提升水利工程建設水平、優(yōu)化設備運行管理方式的過程中，應加強對電氣自動化科學應用方面的重視程度，促使水利工程設備運行過程能夠處于可控狀態(tài)，為其運行性能優(yōu)化、水利工程經濟效益增加等提供技術支持。

參考文獻

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[2] 徐輝.牙克石500 kV智能變電站電氣二次設計及應用[D].長春：吉林大學，2020.

[3] 于芳.智能變電站電氣二次設計常見問題及對策分析[J].中華建設，2020（10）：112-113.

[4] 鄒云龍，張瓊，吳兵.淺議電氣自動化技術在農業(yè)水利中的應用[J].電子測試，2020（16）：123-124.