水电站电气自动化应用问题的研究

林秀敏

(广东省韶关市仁化县锦电公司锦江电厂，广东 韶关 512300)

1 前言

随着电子信息技术和微电子技术的发展，水电站自动化程度越来越高，主要表现在通过计算对整个水电站生产全过程进行监控，通过自动化设备自动监测机组和辅助设备的状态，发出拟定的报警信号、执行自动操作任务。与发达国家相比，我国水电站自动化水平还很低。因此，通过水电站自动化程度的提高，逐渐扩大自动化程度，利用好丰富的水能资源，对我国的现代化建设和可持续发展战略，具有十分现实的意义。

2 水电站电气自动化概述

2.1 水电站电气自动化的定义

水电站电气自动化，是指用机械、电气及电子设备，按预定程序对水电站主要电气设备进行自动操作和控制和监控，能够在无人(或少人)直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行[1]。

2.2 水电站电气自动化的基本内容

水电站自动化的主要内容，与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、水电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关[1]。总的来说，水电站自动化包括对水电站水轮发电机组运行状况的自动监测和控制、对水电站辅助设备运行状况的自动检测与监视以及对水电站主要电气设备的监视、控制、保护等方面。

2.2.1 对水电站水轮发电机组运行状况的自动监测和控制

一方面，通过对水轮发电机组开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化，使得发电机组各项操作按设定的程序自动完成;另一方面，自动维持水轮发电机组在较为经济条件下运行，根据系统要求和电站的具体条件自动选择最佳运行机组数，在机组间实现负荷的经济分配，根据系统负荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此外，还可以在工作机组发生事故或电力系统频率降低时，自动启动备用机组并切换至备用机组;系统频率过高时，则可自动切除部分机组以降低频率[2]。

2.2.2 对水电站辅助设备运行状况的自动检测与监视

水轮发电机组辅助设备主要包括水电站油系统、压缩空气系统、技术供水系统、水系统、水轮机的进水阀及常用阀门、水电站厂房及设备布置等。完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等[2]。当相应辅助设备发生不正常工作状态或发生事故时，迅速而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。

2.2.3 对水电站主要电气设备的监视、控制、保护

水电站主要电气设备包括电站主接线及其接入方式、短路电流计算、高低压设备的工作原理及其选择应用、配电装置及布置、防雷保护等电气一次设备，以及控制、信号、测量、同期等电站常规二次回路及部分计算机控制回路。通过水电站的电气自动化设备，可以实现事故发生时对于各种水电站设备(如电气设备、油泵、拦污栅等)的自动控制、监视和保护。以拦污栅为例，通过水电站电气自动化设备可以实现拦污栅工作状态、堵塞情况的实施监测，并且可以针对拦污栅上下游的水位进行即时测量和反馈等[3]。

2.3 水电站电气自动化的主要目的

水电站自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人(或少人)直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志，同时，自动化技术又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。水电站自动化的作用主要表现在以下几个方面：

2.3.1 提高员工工作效率

由于我国大部分的水电站都修建在相对偏僻的山区或地理环境相对较为恶劣的环境。实现自动化后的水电站工作可以在一定程度上依靠相关自动化设备来进行工作，可以通过计算机远程来进行控制。这样一方面对于员工工作环境有了较大的改善，另一方面计算机的应用也较大的降低了恶劣环境的工作强度、提升了员工工作积极性和效率。

2.3.2 有利于水电站运营成本控制

随着电气自动化在水电站的普遍应用，一方面提高了员工生产效率，降低所需的劳动力总量，这对于水电站运营成本的控制是大有裨益的。另一方面，随着自动化的实现，相关智能配电系统可以根据计算机系统、水电站具体条件来进行合理的资源配置，机械设备的灵活使用，帮助水电站实现最优调度，充分利用资源，这对于水电站运营成本控制和最佳经济效益实现起着十分重要的作用[4]。在没有将电气自动化应用到水电站实际生产实践之前，大部分的调度工作都需要依靠相关人员的经验来进行，这样的经验操作并不是很科学，尤其是对于本身运行条件和环境较为复杂的水电站而言，往往依靠经验来实现时存在对对于资源利用不够充分、甚至资源浪费情况严重等现象。自动化很好的实现了资源的整合利用、灵活调配等功能，极大程度上帮助水电站实现了运营成本的有效管控。

2.3.3 保障相关工作科学、有效执行

不同于早期以人工为主的水电站工作内容分配，在实现电气自动化后，大部分的工作都可以通过计算机系统进行科学的自动配置，及时、快速、准确的进行相关设备、状态、事故等预警、通报、记录等。水电站电气自动化对于水电站相关工作的科学、有效执行起着不可或缺的作用，比如通过电气自动化设备可以进行各项系统控制，这可以减少由于人工操作不当引发的事故。如果出现紧急事故，也可以通过自动化系统来控制相关设备，保障整体水电站生产系统安全，从而确保最终用户用电安全。此外，电气自动化应用对于最终电能质量的保障也是有着十分重大的现实意义的。如果仅依靠人工操作，是无法较好实现电能质量稳定的，自动化的应用能较好的帮助水电站确保调度精度，保证电压或频率维持在规定所要求的范围。

3 水电站电气自动化的应用现状及趋势

随着我国计算机技术的快速发展，电气自动化也开始在水电站中得到广泛应用，以水电站计算机监控系统为代表的模块化自动化应用正在逐渐替代传统的人工控制系统。以下我们将以水电站计算机监控系统为例，来进行电气自动化在水电站应用现状的介绍。

水电站计算机监控系统主要构成部分包括计算机主机、相关智能监控转至、继电保护设备等，主要是通过相关通信网络将主控机、智能设备和各个监控点进行有机连接，根据不同模块功能进行分工，从而实现整体环境的综合实时监测、控制[5]。

首先，该系统主要是采用开放式的体系结构进行设计，具有十分优良的扩展性;其次，由于该系统是采用的分布式计算系统，因此在具体操作和使用时具备较高的灵活性，能够根据监控对象的不同进行功能的自动配置;再次，该自动化系统的可靠性较高并且易操作;最后，由于其采用微软windows系统进行界面开发，因此其使用界面十分友好，便于水电站相关使用人员工作过程中的操作和控制。通过该自动化系统，水电站主要能实现以下功能：水电站主要电气设备使用数据、运行情况的自动收集、监控与故障反馈;智能调度和资源调配;核心生产设备(比如核心线路、发电机等)的实时监测与保护;水电站运营管理自动化，比如生产设备运行状态报表、设备故障率、资源利用率等;即时信息共享，比如对于关键岗位操作记录、水情监测情况、智能调度情况等信息的即时共享。随着计算机技术、自动化技术等不断发展和在水电站应用的深化，通过电气自动化将会实现越来越多的功能。未来电气自动化的发展方向会更加的智能、高效。

4 结论

总而言之，电气自动化在水电站的广泛应用对于水电站经营效率、生产效率和经济效益都有较大的提升，并能极大的改善现有员工工作环境、工作条件，从而实现电能质量的保障、设备运转可靠性的保证。随着我国经济转型和工业升级改造工作拉开序幕，我国各类型水电站应当充分考虑到自身生产和经营实践情况，有的放矢地将电气自动化应用到生产经营中，帮助水电站提升水资源的开发使用程度和效率，避免资源浪费和造成污染。此外，由于自动化系统对于操作人员技术水平要求较高，因此水电站经营管理者需要重视电气自动化设备操作人员的技术水平提升的需求，在有能力的条件下企业应当定期安排技能培训课程，保证相关操作人员的综合能力和素质，及时更新相关人员的知识结构和技术水平，尤其需要避免由于人工操作不当或技术水平不到位所造成的安全隐患或事故。

[1]张秀丽.关于水电站电气自动化应用问题的探讨[J]. 大家，2010(6)：190.

[2]苑清敏，张强.水电站电气自动化应用问题的探讨[J]. 黑龙江科技信息，2011(9)：33.

[3]贺佰圭.关于水电站电气自动化应用问题的探讨[J]. 广东科技，2012(7)：113-114.

[4]刘颖.水电站电气自动化应用实践探究[J].水利科技，2012(7)：150.