電氣自動(dòng)化在水利水電工程中應(yīng)用對策與分析

鄧玉琴

(江西省吉安市永豐縣上溪鄉(xiāng)人民政府，江西 吉安 343000)

電氣自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用使得電氣設(shè)施的控制、運(yùn)轉(zhuǎn)、維護(hù)更加科學(xué)規(guī)范，在日常作業(yè)期間，接收到不同的指令可以精準(zhǔn)無誤完成，以便電氣設(shè)施進(jìn)行自我檢測、調(diào)控[1-5]。電氣自動(dòng)化的關(guān)鍵是科學(xué)規(guī)范使用PLC(可編程序控制權(quán)，下同)和變頻器技術(shù)等協(xié)作設(shè)備，完成繼電保護(hù)智能化，能夠綜合地保障二次設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)[6-8]。因此，PLC控制程序與變頻器技術(shù)的使用對項(xiàng)目開展非常重要。目前，建筑工程、鋼鐵、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、交通等領(lǐng)域都需要應(yīng)用電氣自動(dòng)化。由于國內(nèi)的科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，人們的日常生活越來越離不開智能化的設(shè)備，因此現(xiàn)階段的電力設(shè)備日漸趨于科技化[9-10]。

在水利工程的電氣安設(shè)期間，電氣自動(dòng)化的程度與工程的修建效果、資金耗用直接關(guān)聯(lián)。在具體的施工期間，電力設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況直接影響著水利工程的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)以及危險(xiǎn)事故的發(fā)生頻率。電氣自動(dòng)化不僅是水利工程項(xiàng)目的核心，還是水利工程的源泉和動(dòng)力。

1 電氣自動(dòng)化簡述

目前國內(nèi)的水利水電工程自動(dòng)化系統(tǒng)大部分是由PLC與微機(jī)繼電保護(hù)裝置等設(shè)備組成，實(shí)際構(gòu)建如圖1所示。

圖1 水電站電氣自動(dòng)化示意圖

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是通過施工地的總線輸送到各種自動(dòng)化設(shè)備和控制站，按照相應(yīng)的層次架構(gòu)出全面的監(jiān)管程序。現(xiàn)階段，最常用的架構(gòu)方法是三層分布和兩層分布式構(gòu)造。第一層為現(xiàn)地測量控制層(又稱現(xiàn)地單元層)，第二層為集中監(jiān)控層(又稱主控單元層)，第三層為生產(chǎn)調(diào)度管理層(又稱管理單元層)。三個(gè)單元層相互聯(lián)系的測控計(jì)算機(jī)是利用TCP/IP高速以太網(wǎng)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)模W(wǎng)絡(luò)介質(zhì)為網(wǎng)線和光纜的形式。控制權(quán)能夠有限設(shè)定和切換。控制權(quán)的先后次序?yàn)樯a(chǎn)調(diào)度管理層、集中監(jiān)控權(quán)限和現(xiàn)地測量控制層。詳細(xì)的結(jié)構(gòu)布局應(yīng)依照項(xiàng)目的實(shí)際功能來確定，并應(yīng)更加靈活，更加分散。另外，本系統(tǒng)的人機(jī)接口能力比較強(qiáng)，具有方便控制、使用、策劃和調(diào)試等多方面的優(yōu)點(diǎn)。

2 水利工程中應(yīng)用電氣自動(dòng)化的意義

2.1 監(jiān)控水利水電工程的運(yùn)行狀況

水利水電工程采用電氣自動(dòng)化技術(shù)最重要的是根據(jù)模擬公式進(jìn)行水利水電工程運(yùn)轉(zhuǎn)情況的監(jiān)測。該技術(shù)是工程的關(guān)鍵，可以保障整個(gè)系統(tǒng)和有關(guān)組件平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，如果監(jiān)測出發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障或存在安全問題時(shí)，能夠立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，協(xié)助查出問題所在，可以減少巡檢人員排查的時(shí)間，還可以提高檢修員工的工作效率，縮短檢修時(shí)間，防止出現(xiàn)因發(fā)電機(jī)組問題而造成長時(shí)間斷電，避免人力物力的耗費(fèi)。發(fā)電機(jī)組應(yīng)該考慮現(xiàn)場的工程規(guī)模和設(shè)備性能進(jìn)行選定。

2.2 增強(qiáng)水利水電工程的工作速率和質(zhì)量

在水電工程中采用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，既可以根據(jù)監(jiān)控功能提高安全系數(shù)，還可以很大程度提高工人的工作效率，確保電力工程企業(yè)的辦事效率以及工作能力，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)的效益。

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)還可以改善復(fù)雜傳統(tǒng)的工作環(huán)境，改變原有的電源操控模式，提高效率；在水電工程企業(yè)中采用電氣自動(dòng)化可以依靠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)自行解決故障，消除隱患，提高安全性；根據(jù)電廠實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況開展系統(tǒng)分析，保障出現(xiàn)故障可以立即查明問題所在，節(jié)約檢修時(shí)間。電氣自動(dòng)化的使用不僅緩解了人力資源緊張，降低了雇傭成本，而且使企業(yè)運(yùn)作的改善卓有成效，大大提高了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 提高了水利水電工程的運(yùn)營效益

人工操控水電系統(tǒng)不僅技術(shù)水平低，造成水資源浪費(fèi)，發(fā)電質(zhì)量也受到制約。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可以很好地處理上述問題，改善水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象和發(fā)電的質(zhì)量。此外，還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)、設(shè)備的自動(dòng)操作，在無人值守的情況下，工程也可以平穩(wěn)運(yùn)行，降低了企業(yè)成本。應(yīng)用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)還可以自動(dòng)檢測電網(wǎng)，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測工程的負(fù)荷狀況，并依據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)作情況做出反應(yīng)，如果發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可以依據(jù)故障狀況快速做出反應(yīng)，如果發(fā)生嚴(yán)重故障則智能開啟備用發(fā)電機(jī)組，保證工程平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 將電氣自動(dòng)化應(yīng)用到水利工程時(shí)應(yīng)該注意的問題

由于科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，給微電子和電子技術(shù)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，目前，此類技術(shù)在人們生產(chǎn)生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的操作特別復(fù)雜，涉及的內(nèi)容繁多。按照基本性能劃分了許多具體分支，在實(shí)踐期間還會(huì)受到外界因素的影響。

不一樣規(guī)格的設(shè)備對系統(tǒng)的影響不同。水利水電站有許多不同類型的運(yùn)行模式，選定運(yùn)行模式對系統(tǒng)的效率至關(guān)重要。利用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)不僅可以改善工程對自然環(huán)境的影響，還可以提升發(fā)電效率。對于項(xiàng)目管理要保證獨(dú)立控制各個(gè)設(shè)備，防止發(fā)生設(shè)備之間的干擾、影響。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際工程當(dāng)中的應(yīng)用

3.1 工程簡介

某水閘建設(shè)項(xiàng)目是中型規(guī)模的Ⅲ級建筑。水閘共有8孔，每孔凈寬12 m。洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：20 a一遇，對應(yīng)的洪水水位為2.81 m，洪水設(shè)計(jì)流量為393 m3/s；50a一遇，對應(yīng)的洪水水位為3.07 m，洪水設(shè)計(jì)流量為556 m3/s。

3.2 水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)

水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)由大閘監(jiān)控與控制提示、中心數(shù)據(jù)處理以及配電房監(jiān)控等幾個(gè)子系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)重點(diǎn)管理監(jiān)控一個(gè)配電房、八個(gè)水閘以及上下游水文測量站。該系統(tǒng)通過科學(xué)合理操控互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)，既可以多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，也可以對獲取的信息進(jìn)行分析研究，提供給工程專家以便做出決策。獲取的資料可通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和管理系統(tǒng)匯總，并上傳至網(wǎng)絡(luò)，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程分析與檢索信息。

(1)閘體監(jiān)控和控制提示分析。閘體監(jiān)控及相關(guān)系統(tǒng)由實(shí)地操控與遠(yuǎn)程監(jiān)控組成。實(shí)地操控通過液壓控制系統(tǒng)完成。自身的以太接口能夠?qū)㈤l門的動(dòng)態(tài)情況發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用中控DCS系統(tǒng)進(jìn)行信息的接收，使中央控制室監(jiān)測到閘門的動(dòng)態(tài)情況。現(xiàn)場手動(dòng)、自動(dòng)控制子系統(tǒng)都是水閘智能化監(jiān)控普遍應(yīng)用的操控技術(shù)，這兩種技術(shù)均以不同控制對象的實(shí)地PLC控制點(diǎn)作為始端，現(xiàn)場手動(dòng)控制系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)先級，同時(shí)還具有互鎖功能。

(2)水文和水情監(jiān)控和分析。水閘自動(dòng)化系統(tǒng)利用以太網(wǎng)傳輸?shù)礁鱾€(gè)服務(wù)器以及相關(guān)的控制系統(tǒng)，中央控制室可以采集到整個(gè)流域水文測量站的動(dòng)態(tài)信息，并進(jìn)行信息的研究、測算，總結(jié)得出的報(bào)告具有精準(zhǔn)性、真實(shí)性。

(3)配電房的監(jiān)控。電量變送器能夠科學(xué)搜集配電機(jī)室內(nèi)的電量參數(shù)值，還可以與控制站I/O卡聯(lián)絡(luò)，從而確保中央控制室與應(yīng)變電站可以對各個(gè)參數(shù)開展動(dòng)態(tài)狀況的監(jiān)察。不僅如此，配電室內(nèi)的系統(tǒng)還有實(shí)時(shí)警報(bào)功能。

(4)中心數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。子系統(tǒng)重點(diǎn)研究液壓控制系統(tǒng)輸送的外部信息資源，根據(jù)相關(guān)資料精準(zhǔn)了解水閘的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，需要對流速、水壓、溫度等各方面的數(shù)值進(jìn)行每日、每月的整合。并且將整合的資料通過報(bào)表形式體現(xiàn)。另外，子系統(tǒng)還需要對配電房相電壓和相電流的狀況進(jìn)行計(jì)算和分析，以確定配電房的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。

(5)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)公示子系統(tǒng)。本系統(tǒng)的基本理念是管理、存儲(chǔ)和研究，體現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)在其運(yùn)作期間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，并利用相關(guān)模型作為參考進(jìn)行決策，然后將與管理相關(guān)的資料通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給管理部門。根據(jù)工程的管理模式，可以在系統(tǒng)中檢索過去的數(shù)據(jù)資料，使各個(gè)部門能夠?qū)γ總€(gè)設(shè)備的使用資料進(jìn)行調(diào)取和閱覽。

3.3 閘體原型觀測自動(dòng)化控制系統(tǒng)

通過全面研究水平位移、壓力等，嚴(yán)格執(zhí)行對大閘閘體的原型觀測項(xiàng)目的科學(xué)規(guī)劃。

(1)系統(tǒng)構(gòu)成:64只GKD型鋼弦式隙水壓力儀，布設(shè)在閘門中心線及其附近兩側(cè)斷面；10只TS周邊縫位移計(jì)，重點(diǎn)安裝在閘室內(nèi)的閘墩分縫位置；萊卡TCA-2003型全站儀，對沉降和水平位移情況的人工觀測。

(2)該系統(tǒng)的功能是完成一次巡查以及對所有測點(diǎn)的檢查和監(jiān)控，同時(shí)該系統(tǒng)還可以進(jìn)行單個(gè)測點(diǎn)的點(diǎn)測。

3.4 系統(tǒng)軟件

本電氣自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用的軟件主要是Visval Basic 6.0系統(tǒng)，內(nèi)容簡單，便于理解。另外，系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展不復(fù)雜，易操作，而且擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫，能夠擇取最佳方案。

4 結(jié) 語

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在水利水電工程中發(fā)揮著不可替代的作用，對促進(jìn)國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改善企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益起到了至關(guān)重要的作用。應(yīng)更深層次的研究和開發(fā)電氣自動(dòng)化技術(shù)水平，將該技術(shù)更好地應(yīng)用于水利水電工程。