电气自动化技术在水电站中的应用

李伟

【摘要】本文详细介绍了电气自动化技术在水電站中的应用，希望能够对实践提供一些指导作用。

【关键词】电气；自动化；水电站；应用

中图分类号：TM92 文献标识码： A

一、前言

水电站是国民经济的发展支柱，更是经济命脉。水电站的装备复杂，人工操作难度大。电气自动化技术的应用能够提高水电站设备的运行，使其发挥更大作用，服务于社会。

二、水电站应用电气自动化的意义

1、提高运作效率

水电站将电气自动化的相关技术引入到自身工作中，可以借助于自动化技术取代传统的人力操作工作，减少工作人员对各项工作的直接参与，对水电站现有人员实施了精简，为工作者提供了更好的劳动环境，有助于管理者对水电站的运行加强管理工作。而且，人员的非直接参与可以降低因人员操作态度以及技术熟练程度等因素对水电站机械设备运行的影响，继而推动水电站工作实现高标准。

2、提升运行效益

自动化技术利用计算机辅助开展各项操作以及控制工作，使水电站的运行达到无人值班的运行状态，能够极大地提升其运行效率，使其运行的总成本得以降低。而且，水电站的高效运行依赖于发电机组的良好工作，因此，工作人员以自动化技术对电网系统的分部状况以及各项工作的具体情况进行精准分析，得出水电站电能的有效负荷数值，选择适当型号、数量的发电机组，时刻保持发电机组的最佳运行状态，能够使水电站在发电机组最小投入的状况下生产最高的电量，从而可以使水电站实现经济化的运行，为水电站工作创造更高的效益。

3、优化电力运作

水电站中自动化装置通过对发电机组进行实时、动态、自主的监控、保护、调节，可以使发电机组的电压、工频始终处于标准数值中，进而有助于水电站中电网运行的有功以及无功功率的平衡性，可以达到对于电能质量的优化。同时，自动化控制装置通过对水电站中所有系统实施精准、快速、动态的检测、记录与报警，可以使发电机组免遭各类故障侵袭，并能够达到对于各项已发事故的及时有效处理，进而使发电机组的工作实现稳定性以及规范性，最终提升了发电以及供电的可靠性能。

三、水电站自动化的内容

1、完成对水轮发电机组运行的自动控制

水电站自动化的主要任务是，通过电脑界面自动检测、操作、控制和监视，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动完成，并使以上操作自动进行运行指令的优化筛选，实现最佳的运行机组数;当水轮发电机组受到电压高低影响时，自动启用备用机组。自动化操作的目标是整个水电站各种运行设备的各项参数。

2、完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视

对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视在整个水电站的自动化中显得异常重要，它就像整个水电站自动化的眼睛，随时观测着主要发电机组和辅助设备的运行状态，包括发电机转子和定子回路的电量、监视机组润滑效果以及冷却系统的工作情况、监视机组调速系统、励磁系统工作情况，监视机组轴承温度等等。在得到这些参数后，自动化系统能够与储存的正常参数进行比对，并绘出运行曲线图，如果这些参数与程序规定的许可范围出现偏差，系统会发出自动报警信号，提示运行工况的异常，可以及时发现故障，排除隐患，为水轮发电机组及其辅助设备的整修提供时间。

3、完成对辅助设备的自动控制

全面监控包括空压机、各类泵机组等运行状态的检测，可以提高对运行安全和故障状态的提前预知度，减少故障率的发生，在发生故障时可以提前启用备用设施，减少故障率，提高发电量。

4、完成对主要电气设备(变压器、母线及输电线路等)的控制、监视和保护

整个水电站的运行都受到变压器、母线、开关等电气设备的影响，对这些电气元件的自动控制、保护对于水电站自动化系统来说必不可少。

5、完成对水工建筑物运行工况的控制和监视

对水工建筑物运行状态的控制和监测是自动化系统的另一个部分。包括监视和控制闸门的工作状态、监视拦污栅的堵塞情况、引水压力管的压力情况等等都是系统运行的重要内容。

四、电气自动化在水电站中的设计

1、数字化控制系统

伴随着国内外社会的发展，我国水电站自动化技术的改造已是必然，要建立以自动化控制为主体的系统，通过自动化和智能化的控制水电站总体设备，全方位的发展，与国际社会接轨。将利用计算机主控，以为可编程的逻辑控制器（PLC），继电保护器，以太网等实现各控制站之间控制信息的互通与交流，从而达到智能化的控制，实现现代化的工作模式，减少了人工的依赖。这种智能化系统是我国水电站发展的趋势，能够有效的对水电站设备进行时时的监控和保护，极大的提高监测的准确性，有效的减少了认为判断的误差。

2、PLC自动化技术

PLC对于水电站电气自动化的应用来说，是极为先进且普遍的一类技术。PLC技术以可编程的专用存储器作为其运行的设备支撑，它根据存储器中的已设定程序、逻辑运算、定时、技术、顺序控制以及算数操作等指令，对生产过程进行数字化的多维、直观、动态化的模拟与展示，专门应用于工业控制，用以辅助相关生产人员高效精准的完成工作。PLC主要应用于自主调节水库式水电站中的调速器和自主调节轴流浆式的水轮机式调速器。

五、水电站电气自动化监控模式的选择

1、集中监控模式

顾名思义，所谓集中监控模式指的就是把整个水电站系统中的每个功能都集中到一个计算机处理器上进行处理。这不仅会导致处理器因为工作量太大而导致处理速度严重降低，而且还对计算机设备产生不好的应用。此外，水电站中其他辅助设备也会被纳入到监控的范围内，监控的对象越多，所用的电缆数量就越多，这就会影响到整个电能控制系统的正常运行，进而影响到电能的质量。采用这种监控模式不仅能够降低生产成本，而且设计也非常简单。但是这种监控方式有一定的缺点，例如采用的是硬接线，这就会导致一旦某个位置发生了问题，要想第二次接线就比较困难，而且在确定具体位置的时候也不是很容易，这不仅增加了维修费用，也使设备成本增加了。

2、远程监控模式

在我国，远程监控模式应用较为普遍。远程监控是通过标准电话线、网络、移动宽带及数据线连接或直接连接，可到达世界任何角落，并能够控制云台/镜头存储视频监控图像的一种监控模式。这种监控模式可以避免一个地方发生故障而使得整个控制系统都不能正常运行的问题，而且这种监控模式使用起来更加合理方便，不仅为企业节约了成本，而且节省了大量的电缆材料。但是远程监控模式选用的是CAN总线设计模式，这就使得通信速度受到了影响。整个水电站的通信量是由水电站的规模决定的，由于目前我国小型的水电站并不是很多，而集中监控模式对于通信量大小有限制，所以现在我国大部分水电站都采用远程监控模式。

3、现场总线监控模式

现场总线监控模式主要是依靠现场总线、局域网等对整个系统进行监控。这种模式有很强的针对性，它能够充分考虑到水电站的各种情况，并且在设计时会产生间隔，从而减少了等离子设备和电缆的使用数量，达到了节约成本、通信量增大的目的。在这种模式中，每个装置的功能都是相对独立的，这就使系统的可靠性得到了很大的提高，如果其中一个设备发生故障，只会影响到与其相连的元件，并不会影响到其他设备。

六、水电站中应用电气自动化技术可实现的功能

水电站中应用电气自动化技术之后，可实现以下功能：

1、自动控制发电机组的运行方式

（1）控制发电机组自主完成开关机和调相转发电等工作，使发电机组能够按照事先设定好的程序，在规定的时间内进行自主发电。

（2）要想整个水电站的运行情况处在正常状态下，就必须对水电站的自身情况进行了解，并且对电网的要求进行了解，选择最佳的各项参数。通过完成不同发电机组的负荷分配工作，并通过该负荷分配工作的大小来确定参数，进而实现各项设备的稳定运行。

（3）当整个水电站运行机组中某一机组出现问题，或者是由于某种原因使得整个系统工作效率下降的时候，能够及时找出问题所在并进行纠正，并依据整个电力系统的实际情况自动决定是否启用备用设备。

2、监控水轮机发电机组以及各辅助设备的运行情况监控

整个发电机组中定子和转子部分的电量，监控发电机组轴承和各连接部位的温度以及润滑油的使用和冷却效果，监控整个系统的运行情况等。当系统出现问题时能够及时准确地发现问题，并进行纠正。

3、自动控制各种辅助设备

这里的辅助设备包括各种水泵、油泵和空气压缩机等，而在这些设备工作出现问题时，系统能够准确并且及时地启用备用的辅助设备。

4、监控主要电气设备

在整个系统中安装有各种监控设备，对一些主要的电气设备进行实时的监控，比如变压器、输电线路等。

七、结束语

总之，电气自动化技术在水电站中的应用对于水电站的稳定和发展非常重要。随着科技的快速发展，电气自动化技术必将不断完善，发挥更大的作用。

参考文献

[1]王小波,邓祎.电气自动化在水电站中的应用[J].黑龙江科技信息,2011(26).

[2]苑清敏,张强.水电站电气自动化应用问题的探讨[J].水利科技2013(27).