电气自动化技术在小型水电站中的应用

余小玲 纪祥峰

摘要：作为水电站工程的重要内容，水电站的管理与控制水平将直接影响企业经济效益的提高。将自动化技术应用到水电站管理中，可有效降低管理成本、提高控制效率及资源利用率，大幅度提高水电站工作的安全性与可靠性。因此，加强有关水电站自动化技术的探讨，对于改善水电站的管理水平与质量具有重要的现实意义。

关键词：电气化技术；水电站；应用

中图分类号：F407文献标识码： A

引言

水电站作为我国电力供应的重要组成部分，对我国社会经济发展有着非常重要的作用。我国水电站电气自动化技术随着科技进步而不断发展，电气技术的长足进步为水电站自动化建设奠定了基石，因此，保证了水电站运行条件的自动化，有效提升了水电站运行状态。本文通过对水电站电气自动化应用进行研究探讨，对水电站自动化设立提出建议，从而提高水电站电气自动化技术的实现程度，为我国水电事业的发展提供参考。

一、水电站自动化的必要性

1、提高水电站的运行效率

分为两个方面，一方面提高了员工的工作效率，水电站的建设一般都选在偏远的山区，地形地质条件都不利于员工进行现场监测和维修，因此使用自动化的设备之后，可以通过远程的监测和控制来代替传统的人力方式，大大降低了员工的劳动强度，同时提高了工作效率；另一方面对于机组等运行设备和辅助设备来说，通过建立监测-故障分析-自动维修的自动化过程，充分提高水电站整体的运行效率。

2、确保水电站供电的可靠性

对于水电站来说，最主要的目的就是通过将水的动能转化成电能，为社会提供电力资源。因此设备的正常运行是必须重点考虑的因素，然而确保机组稳定的运转需要更为先进的监测手段，以往的传统的方式难以提前发现故障，不能及时的处理设备故障，因此只能通过停止发电来解决问题，但是通过建立自动化系统，可以利用先进的算法，及时的监测，对设备发生故障的可能性进行预判，及时的发现问题，解决问题，避免水电站的停止运行，因此从这一角度来说，自动化系统的引入能够保证水电站发电的可靠度。

二、水电站自动化技术的应用

1、小型水电站的电气设计

（1）电气一次设计

小型水电站的电气一次设计比较简单，电气一次设计接线的回路较少，主接线发电机侧多采用单元接线、扩大单元接线、单母线接线。水电站年负荷利用小时数一般不高，机组满发时间较短，为减少主变压器损耗，多采用2台主变。

（2）电气二次设计

小型水电站的电气二次设计中包括多个系统，励磁系统、信号控制测量系统、同期系统、操作电源，继电保护以及辅助设备的自动化设计。低压机组一体化控制屏是专为低压组水电站设计，控制屏由发电机出口断路器、励磁组件、智能控制装置、仪表等组成，实现了将一台水轮发电机组的一、二次设备优化配置在一面屏中。屏体采用全封闭结构，具有较高的防护等级。控制屏功能齐全，操作简单，适用于单机容量1000kW以下的低压水轮发电机组。整套设备在厂家均经过完整测试，现场安装后即可投入运行，简化联调工作，降低了调试和运行维护成本。

低压机组一体化控制屏集控制、测量、发电机保护、励磁系统、调速器控制、顺序控制、自动准同期、温度巡检、自动经济发电、计量、监视仪表、智能诊断、远方交互、安全预警等功能于一体。系统支持远方监视控制功能，通过通讯线路由后台计算机实现对电站机组的远程测控（如前池水位及运行信息等）与管理功能；系统还具有实时数据查询、电气及非电气量越限和状态量变化主动报警、事件查询、生成报表等功能。

径流电站可采用恒高水位运行模式，有效利用水资源。配置完善和高质量的自动化元件。实现无人值班。单机一万千瓦以下的机组都可以采用无刷励磁模式。可简化励磁设备，取消励磁变。采用多功能高度集成的智能装置，减少二次设备配置。实现电站运行、维护社会化。可以快速提高小水电行业的整体运行管理水平。低压机组采用一体化控制保护屏，可实现无人值班。低压机组采用新型的低压机组微机高油压全自动调速器。可为实现无人值班提供基础自动化设备。推广二次设备的免调试、免运行和免维护理念。让电站运行和管理人员体面而幸福的工作。

2、发电机增效扩容

很多水电站都已经建立了较长时间，由于当时的条件有限会对电气设备的性能进行限制，若是完全更换为新型设备会花费过多，可以针对老化严重的元件进行修缮整改。由于各个水电站的设备运行状况不同，要实地勘测后进行改造。

（1）定子和转子绕组改造；改造发电机，对其增效扩容要求转速和电机极对数不变，所以要对定子和转子绕组进行整改，增大线规并降低电阻，使发热总量不要超过整改前。绝缘材料选用更加耐压损耗更低的新型材料，减低厚度，空出更多空间。（2）通风冷却改造；发电机的通风系统的性能会直接影响到发电机的扩容，早期的通风系统受到技术水平限制存在很多问题：散热能力低、噪声大、长期运行时还会出现堵塞现象，效果很差，需要进行整改。（3）定子铁芯改造；虽然定子铁芯一般情况下不会出现故障，但是也要时时进行检测，因为一旦出现问题引发的就会是重大事故，所以，定子铁芯要定期进行更换，最好采用新型的性能更好的材料。另外，还应针对扩容进行定子铁芯改造，配合其他元件，优化铁芯的设计结构。（4）推力轴承改造；发电机在运行时推力轴承会受到全部的负荷，若是轴承质量达不到要求，会严重影响发电机的正常运行。因此，在确定机组容量后要计算出推力负荷，并根据这个数据对轴承进行改造。

3、电气主接线和短路电流计算

（1）电气主接线；现有的主接线路只要设计合理便可以不用更改原有的接线方案，只需进行规范性的机组容量复核计算就可以了。若是水电站的电气设计已经改动了多次，原有主接线设计已经有所改变，形成不合理的接线，造成重复过多、损耗过大、配置不合理等问题，不能满足电力系统的要求，这时应首先优化主接线，在进行输出容量复核计算。另外，若是涉及到了电力系统的计量、保护方式等问题，还要与调度部门协商解决。（2）短路电流；早年建设的水电站的电力系统容量一般都比较低，进过这些年来的发展，容量要求已经大大增加了，电气结构也变了很多，由于智能化网络化的改进，电力参数也在随之改变。所以，短路电流还需根据更正后的参数进行复核计算，得出相关结果后还要对现有设备进行复核，若是不能达到规范要求，要重新选择新型的电气设备。（3）接地系统；接地系统的设计涉及到设备安全保证。想要保证水电站的电力设备能够安全可靠的运行，接地系统要同时满足短路电流和雷电冲击的要求，设备改造时应将之考虑周全。经过几十年的运行，接地系统必然会出现一些问题：锈蚀严重以致接地网断裂，特别是户外线路。所以，对水电站的电气设备进行整改时，要先对现有的接地系统进行实地勘测，若是不能满足现有要求，要及时进行接地设备改造，使之达到规范的目标值。

4、调节水库式电站调速器的自动化技术

通常水库式电站的运行水头包含较大的变化范围，其主要依据水轮机对水头起动开度及调速器进行设计。然而当水轮机在低水头下工作或电站水头减小时，为避免调整器的启动开度增加则必须将开度指标仪进行电阻串联或进行芯片更换，当电站水头相比设计要求更小时则又必须将芯片恢复或将串联电阻撤销，此种控制方式极大的影响了调速器的工作效率。而使用自动化可编程控制器，利用水龙头的高低变化进行程序设定就能有效改善启动开度，从而保证电站调速器的稳定运行。

结束语

自动化技术的应用质量将直接关系着水电站运行管理稳定性与安全性的提高，因此，相关技术与设计人员应加强有关水电站自动化技术的研究，总结水电站自动化技术应用要点及技术内容，以逐步改善水电站自动化技术水平。

参考文献

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[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(27).

[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).