浅谈电气自动化在水电站中的应用

周平

【摘要】本文对水电站使用电气自动化技术的必要性进行了叙述，然后对水电站进行电气自动化设计的内容进行了介绍，最后进一步对电气自动化技术在水电站应用过程中的现状和发展趋势进行了分析。

【关键词】电气自动化；水电站；应用

引 文：水电站建设过程随着我国水电事业的发展对于技术的要求变的越来越高，普遍使用的电气自动化技术不但使机组的运行效率得到了提高，而且还能达到安全运行，经济合理的目的。

1水电站电气自动化对现代水电站运营的重要作用

1.1提高水电站工作效率

水电站引人电气自动化的相关技术以后，可以大大减少工作人员的工作强度和难度。用较少的时间超额完成任务，达到事半功倍的效果。使得水电站的工作效率得到显著提高。同时，过硬的自动化技术，可以最大程度上的减小工作误差，避免了人为因素造成的影响，继而实现水电站工作的高标准、高效率。

1.2提升水电站经济效益

电气自动化技术应用的高明之处就在于，它可以使仪器、仪表等设备的操控工作“自动化”，甚至在一定程度上实现“0工作人员”操作，辅助开展包括监控在内的水电站工作。即使水电站运行在无人值班看守的状态下，也能够保证其运行效率，减少其成本，还可保证其高效运行。因此，工作人员可以在精确计算出水电站相关工作的性能参数和工作原理的基础上，根据水电站工作的有效负荷数值，对适当型号和数量的发电机组进行有效监控和操作。保证其在最佳的状态下运行。只有真正的做到水电站工作的自动化，才能省时省力降低成本，获得最大的经济效益，最高产的发电量。从而带动我国水电站工作的高水平发展，不断带动更大、更高的经济效益。

1.3保证水电站供电的稳定性

电能的电压与工频是对电能质量进行评价的重要指标，而工频主要受电网系统中有功功率的平衡状态影响；电压则主要取决于电网系统中的无功功率。因为整个系统中电网的无功功率与有功功率是随时变化的，利用自动化系统对两者的实时数值进行监控，并做好对应的控制和调节工作，可使发电机组的工频、电压维持在相对稳定的范围中，最终保证水电站供电的稳定性。

2水电站电气自动化的内容

水电站使用电气自动化技术主要的作用是监测设备的状态参数，识别相关的指令，做出预警或者相对应的操作，因此主要有以下几个方面的内容：

2.1对水电站水轮机组运行的状态进行监测控制

自动化的监测发电机组的运行状态，主要的流程是：由多种传感器组成的自动监测设备安装到发电机组之上，监测到发电机组和状态有关的模拟量并且转换成数字信号，然后通过一定的方式传输给中央控制系统，控制系统接收表征发电机组运行状态的数字信号，判断设备是否发生故障，之后根据机组运行参数调整机组运行的状态，比如选择最佳的发电机组数，自动调节发电功率。

2.2对水电站辅助设备运行的状态进行监测控制

监测水电站辅助设备的运行情况，获得有用的参数，指导控制系统发出正确的指令控制这些设备的正常运行，水电站的辅助设备有水轮机的进水阀门，定子和转子的轴承，机组的冷却润滑设备，引水设备，发电厂房，水工隧洞等。通过布置相对应的监测设备，及时了解这些辅助设备的状态参数，因为辅助设备是水电站的基础设施，起到非常关键的作用，通过严密的监控，在发生突发事件的时候能迅速及时的预警和处理。

3水电站自动化应用的主要范畴

3.1运行电气设备的自动化检测

通过对水电站的自动化运行设备各主要参数进行检测，完成水电站日常运行与维护工作。其中的主要内容包括水轮发电机组及其主要辅助设备、水电站公共生产设施、水工建筑及操纵设备、变电开关设备等。同时，还必须对部分非电参数进行检测，例如水轮机的转角转速、机组温度、水量、压力和波位等参数。电信号则主要包括电压、电流、频率、功率和功率因数等。自动化系统采取连续与定时记录的方式将检测结果记录下来，便于运行维护作为参考。

3.2实现水电站的自动化操作

根据控制对象的不同，自动化系统能够完成不同的操作，主要包括：3.2.1远动操作系统、故障告警系统、开关站设备操作等；3.2.2水工建筑设备的自动化操作，主要是指机组取水口闸门、泄洪闸等；3.2.3电站公用生产设备的自动化操作，例如排水系统、压缩空气系统等；3.2.4使用脉冲自动操作按照预先设定的规定进行及其设备的操作，例如发电转调相、停机、发电转抽水等操作。

3.3实现对设备的自动化控制

基于自动化控制的基本原理，2节中的相关自动化操作是采用开环控制的方式。而对于部分需要实时控制的精确设备，则需要采取闭环控制机制。例如，对水电站发电机组中的励磁励磁调节器、调速器等进行控制，通过闭环控制机制实现对应的电压、转速控制。同时，还可以通过修改励磁调节器中的部分数值来实现发电机机组的无功输出，并通过调整调速器的实际整定值完成有功出力的修改和调节。

3.4水电站相关设备的自动化保护

水电站的自动化保护措施主要包括这样三个基本层次：

3.4.1发出警告，例如发电机组轴承的冷却水源中断、轴温超限、润滑油膜出现异常等，自动化系统通过其末端的传感器获得这些参数的实时变化情况，提示对应人员采取对应的措施，从而保证设备的正常运行；

3.4.2自动关闭进水闸门，当水电站出现紧急情况时，自动化系统在跳开断路器的同时，还会自动关闭发电机组的进水闸门，从而有效的避免事故升级。

4水电站中电气自动化的具体应用

4.1构建完善的数字化控制系统

随着数字控制技术的日益成熟，水电站开始进行综合自动化技术的改造和升级，逐步构建形成以计算机为主体的数字化控制系统。构建的数字化自动控制系统利用电站現场主线作为监控的基本切入点，利用计算机、可编程控制器、微型机与继电保护设备相互配合，并在网络化环境下进行水电站设备的智能监控。

4.2 PLC自动化技术的应用

功能强大的可编程控制器（PLC）成为了当前大部分自动化控制系统的首选。PLC因为能够通过编制的专用程序完成对相关运行设备的支持和控制，根据存储器中所设定的程序、运算逻辑、定时及控制技术等指令，对水电站的生产过程进行多维、直观、动态的操作与模拟。同时，PLC技术还能够用于生产人员的高精度控制，辅助生产人员进行电站的运营和维护。当前，PLC自动化技术主要应用于水电站的这样两个方面：

4.2.1对水电站调速器进行控制，利用PLC装置对调速器进行控制，能够借助PLC的功能属性，基于水电站水头的实际变化，采取过程控制的基本理论进行对应的调整和改变，从而保证水电站稳定运行。

4.2.2对轴流桨式水轮机进行调速控制，将PLC程序应用于机组调速器的控制中，能够借助其可编程功能，实现对设备的实时调整，从而保证协联动作曲线一直处于合理的范围内，使得机组的运行与水电站水位变化处于同步变化状态，保证发电机组的运行参数与水流变化一致。

5结束语

目前，促使水电站电气自动化随着高科技技术的发展已经成为必然的发展趋势。水电站电气自动化的实现，不但使水电的经济效益和水电的安全性与稳定性得到了提高，而且使水电站的高效率得到了保证。科学的分析电气自动化在水电站的应用，还能有利于水电站自动化的健康发展。

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