浅谈水电站自动化技术及其应用

吕国明

【摘 要】近年来，水力发电作为一种清洁环保的电能生产方式日益受到重视，这就对水电站的运行提出了更高的要求。但当前我国部分水电站存在运行效率低、运行不稳定等问题。而加强水电站电气工程自动化技术的应用，可有效解决这些问题，提高水电站的自动化生产和管理水平，提高水电站电能的生产效率，从而为我国的现代化建设和可持续发展战略实施提供基础。

【关键词】水电站；电气工程自动化技术；应用

1.水电站自动化的作用

1.1提高工作的可靠性

水电站实现自动化后，一方面不仅能够对水电站进行及时以及准确的检测与报警，阻止因为设备的不正常运行造成的事故，提高供电可靠性，另一方面还能够运用自动化技术对水电站的各项操作和控制进行实施，有效地减少人员的误操作，保证供电可靠性。

1.2提高运行的经济性

水电站运用自动化技术，可以以系统分配给水电站的负荷以及实际条件，对其进行合理的调度，还能定义开机的台数进行合理的选择，保证机组的高效运行，取得良好的经济效益。

1.3保证电能质量

要维持系统电压和频率在规定范围内，就必须迅速而又准确地调节有关发电机组发出的有功和无功功率。特别是在发生事故的情况下，快速的调节或控制对迅速恢复电能质量具有决定性的意义，而这个过程，单纯靠手动操作，无论在速度方面还是在精度方面都是难于实现的，只能借助于自动装置来完成。可见，提高水电站的自动化水平，是保证电力系统电能质量的重要措施之一。

2.应用电气工程自动化技术对水电站的重要意义

2.1提高水电站工作的可靠性

水电站中应用电气工程自动化技术，可实时、准确监控设备的工作情况，并形成监控日志。如果其中某一设备或环节出现问题，系统会自动预警，甚至是明确故障方位及原因，以便及时快速的处理故障，提高水电站的运行可靠性。同时，自动监控的实施可有效防止和减少人为操纵失误对设备的损害。

2.2保证水电站电能质量

电压和工频的稳定性是衡量水电站电能质量的主要标准，其分别受无功功率和有功功率的影响，由于电网负荷状态的不稳定性，会对电能质量产生一定影响。因此通过自动化技术，自动调节发电机组，使电压和工频始终处于一个合理的水平，可保证电能质量。

2.3提高水电站运行的经济性

水电站中应用电气工程自动化技术，可对水电站的负载及运行机组数量进行分析，从而进行合理调度，以确保以最低的投入获得最大的效益。如果单纯依靠人为操作不利于水电站运行的经济性。

2.4提高水电站生产效率

一般而言，水电站选址大多比较偏僻，工作人员工作环境相对较差。而电气自动化技术的应用，部分工作是由各种自动装置按一定的程序完成，减轻了工作人员的工作量，降低了生产成本，提高了水电站的生产效率。

3.水电站应用电气工程自动化技术可实现的功能

将电气工程自动化技术应用于水电站后，可实现如下功能：（1）实现对水轮发电机组运作的自动控制，如实现发电机组自动化设备的自动开关机、调相转发电，使自主发电成为可能。同时，其可实现发电站运行状态的高效率，即水电系统趋向全面智能化，能根据实际情况设定相应指令，确保机组所承载负荷始终限定在一个合理范围内，并在各个机组内平衡分配。另外，自动化系统能根据实际负荷需求量对机组进行自行调换，使无效功降至最低，有效功升至最高。如遇洪涝或突发事件，系统能根据实际情况决定调动备用机组还是将部分运行的机组断开。（2）实现对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监控，以协调各设备的运行状态。主要监控定子轴承、转子轴承、水工隧洞、水轮机进水阀门、机组润滑系统、冷却系统、调速系统、引水装备等，以获取各种辅助设备运行中的参数，如果其中任意一个部分出现异常，系统会迅速做出警示或应急处理。（3）实现對各种水泵、油泵和空压机等辅助设备的自动控制，一旦出现突发情况，系统将自动启用备用设备。（4）实现对系统电气设备的智能控制，主要是检测输电线路、变压器、母线的运行情况，并根据其运行情况进行有效防护和控制管理。（5）控制和监视水工建筑物运行工况：主要监控闸门的工作状态、拦污栅有无堵塞情况发生、水位高低，并采取合理的措施对引水压力管进行有效保护。

4.电气工程自动化技术在水电站中的具体应用

4.1自动监控技术在水电站中的应用

运用自动监控技术可监控水电站的各项设备设施，目前，主要采用集中监控模式、远程监控模式和总线监控模式。集中监控模式即把水电站所有设备和功能集中于同一个处理器，这种监控模式的优点在于成本低。缺点在于对处理器性能有较高要求，且由于集中性高，处理器的处理速度将大大降低，使其监控实际效用大大降低。另外这种监控模式需要多条电缆，电缆如果出现具有损害，容易发生安全隐患，从而使自动化系统的可靠性大打折扣。远程监控模式在我国水电站的应用较为广泛，其通过数个CPU统一运行实现，这种监控模式可防止某一处出现故障而影响整个系统运行，其可使电缆的使用量减少，成本降低。但由于其使用的是CAN总线设计，将影响系统的通讯速度。现场总线监控模式是借助局域网、以太网、现场总线等计算机网络技术对水电站的运行情况进行监控，其具有成本低和通讯量的优势，各个装置相对独立，可提升系统可靠性。

4.2可编程序控制器在水电站中的应用

可编程序控制器在水电站中的应用主要体现在以下两个方面：（1）PLC在轴流桨式水轮机调速器中的应用：当前我国中低水头电站主要应用轴流转浆式水轮机发电，但水电站水轮机的水头和水位处于动态变化中，可能与设备的固定参数产生一定的差距，导致发电机组无法以最佳状态运行。因此，可使用可编程序控制器（PLC）进行调速，可根据发电机组运行中不同水头、上下游水位、手动协联浆叶和导叶，在获得最佳协联曲线后，借助PLC修改原有协联曲线，确保发电机组在最佳状态下运行。（2）PLC在水库式电站调速器中的应用：水库式电站水头变化范围大，汽轮机液压调节器难以保证让机组在额定状态转动，而可编程序控制器可有效解决这一问题，其可实现对水头高度的修改，通过程序的修改，确保机组在额定状态下运转。3.3自动化控制系统在油气水系统中的应用水电站建设初期，生产运行基本上需要人为操作控制，人力资源的投入较大。而将自动化技术引入后，可实现对油气水系统的自动化控制，降低手工操作带来的潜在风险，使油气水控制系统的安全性大为提高。电气工程自动化系统可提高油气水控制参数的合理性和准确性，自动检测和控制异常状态，关闭开关设备运行，提高备用管道的安全性，适当延长油泵的使用寿命。

5.结束语

随着我国能源结构调整的不断深入，水资源的开发和利用逐渐被重视，将电气工程自动化技术应用于水电站的现代化建设中，对于确保水电站的安全、稳定、高效率运行具有重要的意义，从而可为我国的社会主义现代化建设提供强有力的水电能源保障。因此，水电站应提高对电气自动化的认识，积极引进电气自动化技术，充分发挥电气自动化技术的优势，促进水电站自动化水平升级，以提高水电站的发电效率，促进水电站系统的改造升级。同时水电站应加强人才队伍建设，定期对实际操作人员进行培训，使其掌握熟练的电气自动化操作水平，并做好考核工作，以确保自动化系统的运行维护工作顺利开展，有效减少和避免各类电气自动化装置故障。

参考文献：

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