水电站电气自动化设计及其应用研究

叶婉婧

(上饶市水利电力勘测设计院,江西 上饶 334000)



水电站电气自动化设计及其应用研究

叶婉婧

(上饶市水利电力勘测设计院,江西 上饶 334000)

在科学技术的快速发展下，电气自动化技术在水电站电气系统中得到了广泛的运用，不仅全面提升了水电站运行的经济性和稳定性，同时也使水电站的生产效率得以提升，劳动条件也得到了显著的改善。文章首先对水电站电气系统的特点进行了介绍，然后对水电站电气系统自动化设计和应用进行了探讨。

水电站电气系统；自动化设计；应用研究

水电站的电站类型、规模和设备性能会对水电站的自动化程度造成比较大的影响。在水电站运行的过程中，水电站的自动化程度不仅代表水电站的现代化水平，同时也是保证水电站运行效率的基础，科学地进行水电站电气系统自动化设计在保证水电站工作效率、供电稳定性、优化工作环境方面发挥着重要的作用。

1　水电站电气自动化系统组成

电气自动化是一门新兴技术，其中包含着众多的技术比如计算机技术、网络技术等。电气自动化的出现一方面给水电站电气系统的安全运行提供了可靠的保障，另一方面也为人们的生活提供了一定的便捷。随着科技发展步伐的不断加快，新技术、新理念层出不穷，电气自动化也出现在了人们生活的方方面面，不仅在地铁、公交方面有所应用，在工厂自动化生产中也得到了广泛的应用[1]。电气自动化的出现也是科学技术发展的产物，它的出现大大增强了社会生产力，为我国经济的发展起到了一定的促进作用。

在水电工程行业中，电气自动化技术的有效应用使水电工程行业的发展步入了一个崭新的阶段，实现了自动化的系统运行模式，无须人工值班，系统可实现智能监控。电气自动化系统所实现的这些应用主要是借助计算机技术加以完成的，但单靠计算机技术的全程实现还具有一定难度，可编程序控制器以及微机继电保护装置的有效配合也是非常关键的。电气自动化系统如图1所示。

通过对图1的分析可知电气自动化系统主要是借助以太网以及现场总线将各个单独的控制站与智能设备进行有效衔接，实现各个阶段的全程控制[2]。这种开放式的电气自动化系统具有如下优点：一是层次分明，技术人员可根据工程需要对各部分进行适当地扩展；二是设备灵活性强；三是系统中使用的冗余配置装备，可增强设备的稳定性；四是摒弃了传统的维修技术，采取先进的技术理念，确保水电工程运行的安全性；五是人机接口能力强，可进行灵活组装，方便技术人员操控。

2　水电站电气自动化控制系统的设计思路

2.1远程监控模式

远程监控模式的主要优点：一是施工成本低，能够节省一定的材料；二是安全简便易行；三是稳定性高等。该模式也存在一定的不足之处，比如在水电厂电气应用中由于需要的通讯量较大，而现场总线所供给的通讯速度却是一定的，若采取此种模式则起不到应有的效果，因此远程监控模式不能大范围的应用，但在电气自动化的小系统范围内加以监控，效果较为显著。

图1　水电站电气自动化示意图

2.2现场总线监控模式

近些年来，以太网等计算机网络技术已在水电站综合自动化系统中发挥着重要的作用，经过多年的实践检验，该技术也较之前更加成熟与有效，为网络控制系统的有效应用提供了可靠的保障。现场总线监控模式不仅能提高系统设计的科学性，而且能够根据不同间隔的作用为其进行有效设计[3]。现场总线监控模式可实现远程监控而且安装智能化程度高的优点，此外还可节省一定的成本，在维修上较为便捷。

2.3集中监控模式

集中监控方式的优点：首先，在运行维护中较为便捷；其次，系统设计的比较简单，方便工作人员的使用；最后，控制站对防护要求不是很严格。但美中不足的是由于集中监控模式会将系统中每个功能都集中在一起，使用同一个处理器进行作用，这无疑加大了系统的处理量，而且处理效率也比较低下。此外所有的电气设备都被进行全程监控，会导致电缆数据加大，不仅会影响系统的稳定性，也会加大资金的投入。

3　水电站电气系统自动化设计

3.1计算机监控系统

在水电站电气系统的众多组成成分中计算机监控系统是其中最为核心的部分，通过对计算机在水电站监控系统中发挥的有效性并结合常规监控设备的作用，可根据不同的需求在适当的区域使用不同形式的监控系统。一般而言，计算机监控系统有两种模式：一是计算机为核心，常规控制设备为辅助；二是常规控制设备为核心而计算机为辅助[4]。在水电站电气系统中通过远程控制模式的应用一方面降低了信息传输交流的难度，另一方面形成了网络结构的办公模式，给工作人员带来了便捷，相信未来计算机监控系统会在现代水电站自动化建设中发挥着越来越重要的作用。

3.2电视监视系统

由于电气系统控制模式对技术的要求层次比较高而且较为严格，这要求水电站的管理人员须制定出切实可行的调度控制方案才能满足设备所需，从而保证水电站系统的安全、稳定运行。工业电视系统是集管理与监视的模式，它的有效应用能够在第一时间将监控对象的运作情况以及基本信息呈现在计算机设备上，以供技术人员参考与比对，若发现设备存在异常，技术人员可在短时间内找出问题的出处并采取有效的措施加以改进。水电站的监控管理人员借助电视监视系统能够清晰地看到设备的实际运行情况，根据设备的实际情况对其进行科学的操作与有效的控制，提高设备的可操作性，为自动化生产提供可靠的保障。水电站电视监控系统结构如图2所示。

图2　水电站电视监控系统

3.3消防监控系统

随着科技发展浪潮的不断推进，水电站内的设备系统也发生了翻天覆地的变化，很多大型水电站内都安装了一些先进的电气设备，为水电站系统的安全运行提供了一定的帮助。当前，在水电站主、副厂房以及重要机电设备上都安装了探测器，目的在于可实时对这些区域的设备运行状况进行全程监控，尤其是做好消防安全监控。当探测器检测到有异常情况发生时，会经过系统总线将信号传递到报警控制器部位，并发出报警信号，集中报警控制器在接收到报警信号后会在第一时间对所收集的信号进行全面的整合与分析，处理完成后以数码的形式显示出火灾发生的具体方位，以便于消防人员在短时间赶到火灾现象，尽可能地降低事故所带来的损失。

3.4自动装置系统

水电站中具备先进的技术设备，这些设备有助于电气系统实现多样化的功能转换，促使机组内控系统处于稳定、安全的运行状态中。所以在进行水电站建设中应重视自动化应用水平的引入，提高系统的运行效率。自动装置系统是单独发挥作用的，它并不在计算机监控系统的范畴内，在水电站系统的实际运行中须将自动控制设备与计算机监控系统进行有机结合，才能使其有效性得以最大限度的发挥。

4　结　论

将电气自动化系统应用于水电站全面提升了水电站运行的经济性和可靠性，水电站的工作效率和运行稳定性显著提升。通过利用消防监控系统和电视监控系统可以及时处理遇到的安全隐患和事故，防止事故恶化，具有良好的社会经济效益。此外，在水电站中引入电气自动化系统可以降低人力方面的投入，降低了生活办公和工资方面的支出，节省企业运营车本，取得了良好的经济效益。

[1]肖冬梅. NC2000计算机监控系统在水电站的实际应用及探讨[C]// 江西省电机工程学会年会. 2012:1-3.

[2]耿长兴,孙云峰,冀振亚,等.自动化控制在小型水电站中的应用[J].电子技术与软件工程 ,2015(17):151.

[3]陈德新，殷豪.小水电站监控系统的形式与系统设备的配置[J].中国农村水利水电，2005(1):103-104.

[4]韩婷婷.水电工程中电气自动化技术探讨[J]. 建筑工程技术与设计(电子版)，2014(20).

叶婉婧(1981-)，女，助理工程师，主要从事水电站电气设计方面的工作。

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