电气自动化在水电站中的应用相关问题研究

摘要：水电站的电气自动化技术是一门综合性较强的科学技术，它担负着自动监测发电机组辅助设备和发电机组和的状态，并执行自动操作相关任务，发出事先拟定的报警信号。水电站电气自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人或少人直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。水电站的电气自动化过程就是能够让水电站在生产过程的控制、操作、监视在没有人直接参与的状态下，按照预定的程序和计划自动地进行操作。水电站的电气自动化水平是水电站安全运行的重要手段，也是衡量水电站现代化水平的标志。

关键词：水电站；电气自动化；应用；探讨

前言：随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展，电气自动化在水电站中也得到了广泛应用，这又主要体现在水电站的自动化方面。水电站的自动化是实现水轮发电机组自动化的关键部分，是利用计算对整个水电生产过程监控的“耳目”、“手脚”，它担负自动监测机组和辅助设备的状态，发出拟定的报警信号、执行自动操作任务。水电站自动化的程度取决于电站的规模，电站的型式及主要机电设备的性能。水电站自动化具有提高工作的可靠性、提高运行的经济性、保证电能质量、提高劳动生产率、改善劳动条件等作用。

一、设备选型及自动化设计

随着水电站自动化水平的提高，水轮发电机组所需自动化元件愈来愈多，其作用就愈重要。但由于目前主机配套的自动化元件的性能不够稳定、灵敏度差、精度低等因素以及自动化设计上的不足使水电站的自动控制的安全受到不同程度的影响，这就需要对设备进行选型和自动化设计。

（一）PLC在轴流桨式水轮机调速器中的应用

轴流转浆式水轮机被广泛使用于中低水头电站。由于它的水轮机叶片随水不同可与导叶协联动作而使用水轮机的动行水头范围增大。这样可为电厂创造更多经济效益。水輪发电机组制造厂家为其制造的水轮机提供了一组不同水头下导叶开度与浆叶转角的协联曲线，调整器制造厂按此曲线设置了调速器内导叶与浆叶的协联关系。但是由于实际电站运行时，水轮机水头的变化及上下游水位的变化，与厂家提供参数相差甚运，故按协联曲线运行时机组运行性能差不能达到最佳状态。因此对于此类机组的调整器须采用可改变程序的PLC可编程控制器的调速器[1]。在机组试运转过程中和今后的运行中可先针对不同水头及上、下游水位及手动协联导叶、浆叶，取得最佳协联曲线而后修改原协联曲线输入PLC而使机组处实际最佳状态。

（二）PLC在调节水库式电站调速器中的应用

水库式电站的运行水头变化范围大：此类电站的调速器和起动开度一般按水轮机设计水头设计，但当电站水头降低，水轮机处于低水头下运行时，电液调整器往往不能使机组达到额定转速（自动状态）为使调整器的起动开度增大，往往需更换芯片或在开度指示仪中串接电阻而使调节器输出值与开度指示产生差值开机组。当电站水头更小于设计水头时，为使机组开机不致过速，而又必须换回芯片或撤除串接电阻，若采用PLC可编程控制器，则可根据电站水头高低，修改其程序来改变起动开度即可。

二、水电站电气自动化的主要内容

（一）对水电站水轮发电机组运行状况的自动监测和控制

水电站还有很多控制是属于闭环性质，比如：调速器属于发电机组转速的闭环系统；励磁调节器属于发电机组电压的闭环控系统，这两个调节器是发电机组中最基本、最简单的自动控制装置。水电站发电机组运行状况的监测和控制主要通过机组监控设备来实现，监控设备及时将机组的监控数据传送到控制室计算机，计算机通过预先设定的运行程序来判断发电机组的运行情况，根据实际情况向控制设备发出相关的指令，从而实现发电机组调相转发电和发电转调相、机组的并列和开关机自动化管理[2]。

（二）对水电站辅助设备运行状况的自动检测与监视

对水电站运行设备各项参数的检测是实现水电站自动化技术的基础，水电站要检测的运行设备主要包括：发电机组与其辅助设备、水工建筑物与其操作设备、发电站的公用设备、变电稠开关设备等，发电机组的辅助设备主要由操作系统及其油、气、水系统组成。水电站辅助设备运行状况的自动检测与监视主要通过控制设备、监测设备、控制节点，将机组辅助设备的运行数据及时地发送到计算机，同时，计算机通过数据库对辅助设备的运行数据进行监测，从而判断辅助设备的工作状态以及控制辅助设备的电流。自动检测是水电站安全运行的重要基础，它能够实现发电机组及其辅助设备的自动控制、自动操作、自动保护。

（三）对水电站主要电气设备的监视、控制、保护

水电站的电气设备主要包括：母线、变压器、输电线路等。水电站电气自动化也包括对这些电气设备的自动监视、控制、保护，并根据它们的运行数据来判断变压器工作是否正常、母线使用是否正常、输电线路是否畅通。如果出现安全事故，就能及时排除电气设备故障，确保供电安全。

三、水电站电气自动化技术的发展

随着科学技术的高速发展，电子计算机在各个领域得到广泛应用，一种模块化的基于现场总线的水电站计算机监控系统出现，逐步取代了传统的以常规控制、人工操作为主的控制模式，大大提高水电站的自动化程度，实现水电站“无人值班，少人值守”。实现电站运行管理的自动化：实现运行报表的自动生成，运行操作的自动记录，电站设备参数或整定值的记录与保存，所有报表均可自动或召唤打印以及运行人员仿真培训等；系统通讯实现与上级调度、水情测报系统、办公自动化网络等计算机系统之间通信，达到信息资源共享，充分发挥整个系统的综合效益[3]。

结语：随着微电子技术与电力科技水平的不断发展，原有的电力控制理念已经不能无法适应水电站现代化技术水平的要求。而水电站实施电气自动化不仅能够提高水电站工作的可靠性、运行的经济性和电能的质量，还能提高水电站劳动生产率，提高水电站的经济效益。随着国家对能源结构的不断调整，对水资源的开发利用程度不断加大，水电站的电气自动化系统被运用到各种水利枢纽工程中，发挥了水电站更大的作用。

参考文献：

[1]楼承仁，黄声先，李植鑫.水电站自动化[M].北京：中国水利水电出版社，2016，10

[2]刘忠源.水电站自动化[M].第二版.北京：水利水电出版社，2015，5

[3]崔明.变电站与水电站综合自动化[M].北京：中国水利水电出版

作者简介：钟亮，男，广东河源人，本科生，北京理工大学珠海学院，研究方向：电气工程及其自动化，单位邮编：519088