水电站自动化技术及其应用的研究

邓 飞

(遵义水利水电勘测设计院，贵州遵义 563000)

水电站自动化技术及其应用的研究

邓 飞

(遵义水利水电勘测设计院，贵州遵义 563000)

随着我国经济的发展和社会的进步，我国的水利事业也在快速发展，近年来，由于受到能源危机的影响，国家对能源结构进行了调整，水电开始成为了我国电能的重要来源之一，因而，水电站建设也越来越多，其自动化技术开始发挥越来越大的作用。水电站的自动化担负自动监测机组和辅助设备的状态。文章结合实例探讨了水电站自动化技术的内容及其应用，希望对于类似的工程起到一定的帮助作用。

水电站;自动化技术;应用

0 引言

随着国民经济的高速发展，对于水电站自动化技术的要求也越来越高。电能的生产、传输、分配、消费是一个连续的过程，具有发、供、用同时完成的特点。

电力系统内有功率不足或剩余时，将引起系统频率的降低或升高;电力系统内无功功率盈缺，将造成系统电压升高或降低［1］。

单个发电机组孤立供电，电力系统电能的质量及电力生产的安全性和经济性主要有机组或电站本身的保护和自动装置及远方控制，手动操作保证。

1 水电站自动化的内容

水电站自动化包括完成对水轮发电机组运行方式的自动控制、完成对水工建筑物运行工况的控制和监视几个方面。

1)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，对机组调速系统工作的监视等［2］。

2)完成对水轮发电机组运行方式的自动控制一方面，使得上述各项操作按设定的程序自动完成。通过对水电站的实际情况进行考察分析，找到水电站运行的最合适的机组数量，在不同的位置使用不同型号的机组，使各个机组都能够实现合理负荷。这样以来，在某个机组发生故障时不会影响到其他机组的正常使用，而且其他机组还能够分担故障机组的负荷。

3)完成对水工建筑物运行工况的控制和监视，如拦污栅是否堵塞的监视，引水压力管的保护等。

4)完成对主要电气设备的控制、监视和保护。

2 水电站自动化应用案例

2.1 工程概况

魏家洲电站建于1978年，1980年投产，共3台机组，容量为800 kW×3台。随着时代的发展和对水电能源需求量的增加，目前的电站已经无法适应需求，而且由于设备年代较为久远，老化严重，自动化程度低，在相关部门的领导下，开始对魏家洲电站进行改造。

2.2 主设备改造

主设备改造包括水轮机的改造和其他设备的改造。

2.2.1 水轮机的改造

水轮机是水电站主要设备之一，对其改造包括以下3步:

1)要根据工程的实际情况，结合电站之前的水轮机设计型号设计出新的转轮，只有这样才能够最大程度的提高过流能力，才能够提高整个电站的发电效率。

经过改造后转轮的出力能力大大提升，相对于之前增加了200 kW，与水电站的其他设备配合更加紧密，而且还能够在不影响工作效率的同时减少水利腐蚀和其他副作用，但是投入改造的资金也不少。

2)要对发电机组的主轴进行更换，更换时需要考虑到转轮的性能，与之相匹配。

3)对其他部件的更换，由于使用年限比较久，很多过流部件都已经开始损坏，损坏程度已经开始影响到水轮机转动效率。因此，必须对这些部件进行重新检查和更换，以便提高水轮机的工作效率［3］。

2.2.2 其他设备的改造

2.2.2.1 改造前的基本情况

1)调速器系统:调速器是水电站自动化的重要环节，水电原有的调速器可以实现自动开关机，但是由于水电站运行情况的复杂性，这个功能一直是出于休眠状态［4］。

2)调速油压单元:原有的水电站具有基本的显示功能，但是并没有实现油压调速自动化。

3)励磁系统:原有的水电站由于受到技术和条件的限制，采用的是受到调节的方式对励磁系统进行调节，这种方法比较麻烦，需要操作人员用手转动电阻，无形之中增加了事故发生的概率，容易造成安全事故的发生。

4)高压开关柜单元:原有的水电站高压开关柜比较多，是其他设备的几倍，主要用来控制断路器。原有水电站高压开关柜上都配有电表，但是这些数据需要工作人员自己去读取，无法实现通信，在工作人员比较粗心的情况下容易导致数据失真，而且，这种方式也不安全，效率也比较低。

5)动力屏单元:原有的水电站动力屏分布较为分散，这也增加了这个单元的自动化难度。

6)保护系统:保护系统包括4面，主要为各发电机服务，但是保护屏使用时间较长，效果并不理想。

7)碟阀控制单元:原有水电站的蝶阀控制无法准确定位全开或者全关这两种状态下的位置，它只能定位部分行程位置。

8)集水井控制单元:原有的水电站集水井无法进行自动控制，也不能够现实水位，只具有提示设置的水位临界点的功能。

9)中控室屏柜设置:原有的水电站中控室屏有八面，主要分为控制屏和保护屏，这些屏柜为中控室的功能的发挥起着重要的作用。

10)水位监测:原有水电站无法进行实时监测，只能通过人工定时检查，既浪费了人力也浪费了物力。

11)技术供水单元:原有的水电站无法实现自动控制和检测水利，工作人员只能够手动的控制进水流量。

12)测温单元:原有的水电站配置了温度测量表，但是由于年久失修，已经无法进行温度测量了。

13)同期单元:手动同期，机械表头指示。

2.2.2.2 改造后的基本情况

1)调速器系统:经过改造后的调速器系统实现了自动化，通过对导叶进行改造实现了导叶的自动控制。

调速器也能够自动开关机，实现了远程控制机组，提高了工作效率。

2)调速油压单元:通过对调速油压单元进行升级改造，使油压控制关键环节能够自动显示或者提供信号，实现调速油压单元的自动控制。调速油压单元在整个水电站自动化中起着非常重要的作用，实现对这个单元的自动化对于实现整个水电站自动化来说是非常重要的环节。

3)励磁系统:由于原有的励磁系统在很大程度上制约了自动化实现的步伐。因此，改造工程中重点对励磁系统进行了升级改造。

通过对最大和最小励磁的改造，目前的励磁系统已经能够实现远程调控的功能，大大方便了水利工程的建设。

4)高压开关柜单元:在原有水电站的高压开关柜上升级显示表，这样既能发挥之前自动控制的功能，工作人员也能够及时了解短路器的相关数据。

5)动力屏单元:通过对监控系统的改造实现动力屏的自动化，这样才能够为水电站实现自动化提供保障。

6)保护系统:对原有的保护系统进行升级改造，使用更加精确的保护系统来替代原来的。

7)碟阀控制单元:对碟阀的电动回路和反馈行程进行改造，使其具有对启动和停止电动控制回路远方接口，并能以空节点形式提供启动电机和停止电机的信号。

增设对碟坑的实际水位进行监测的变送器，并根据现场条件，专门就地设计了碟阀控制箱，解决了原碟阀操作回路外置现象。在美观性、整体性、维修方面都提高了设备管理水平。

8)集水井控制单元:对集水井的电动回路和信号回路进行改造，实现对集水井的自动控制功能及增设对集水井的实际水位监测变送器，完成实际水位的实时测量。并具有对控制电机的启动和停止远方接口，以空节点形式提供远方启动电机和停止电机的信号。

9)中控室屏柜设置:替换原所有8面屏柜，更换为“机组自动控制保护屏3面，微机线路主变保护屏1面，同期监控屏1面”共5面屏柜。并对中控室的布局进行的重新设计和装修。

10)水位监测:增设前池水位、尾水水位变送器，并输出4～20mA的电流信号提供计算机监控系统完成实时测量功能。

11)技术供水单元:加装进水控制电磁阀，提供电磁阀的远方控制接口，并配置管道示流信号，传送至计算机监控系统，实现了技术供水回路的自动控制。

12)同期单元:同期单元的改造是通过自动和手动同时作用的方法进行改造的。

通过长时间的改造工程，该水电站基本上实现了自动化，实现了各个系统单元的自动化，这些对于水电站的长久发展都起着关键的作用，目前，改造后的水电站结构图见图1。

3 结语

如今，我国水电站的发展已取得了很大的进步，水电站综合自动化的技术也为水电站的经济运行和安全运行起到了非常重要的作用。

同时，人们的知识需要大量的补充和更新，才能跟上新技术发展的潮流，更好的负担起提高我国中小型水电站自动化水平的任务。

鉴于水电站自动化技术对于我国水利事业发展的重要性，因此，本文研究这个课题具有非常重要的现实意义。

［1］夏书军，程志武，周晓东.自动化技术在电力系统配电网中的应用［J］.中国新技术新产品.2010(02):188-189.

［2］谢勇.水电站自动化技术及其应用［J］.科技创业家，2013(16):63.

［3］郑曲全.浅谈水电站自动化技术及其应用［J］.大众科技，2008(05):131-132.

［4］杜承云.浅谈水电站自动化技术及其应用［J］.信息通信，2012(01):152-153.

TV736

B

1007-7596(2014)05-0166-03

2013-08-20

邓飞(1986-)，男，贵州习水人，助理工程师。