浅谈电气自动化技术在水利水电工程中的应用

赵玉忠 谢腾腾 韩锦星

(中水珠江规划勘测设计有限公司,广东广州 510610)

1 绪论

近年来我国对水资源的利用和水电清洁能源的需求非常大,建成和在建的水利水电工程也越来越多越来越宏大。在这些宏大的水利水电工程中如果还依靠人工监视操控,那绝对是不可能实现工程的正常运转,这就必须依靠电气自动化技术,随着我国科学技术水平的不断攀升,水利水电工程中电气自动化技术的应用越来越广泛,这极大的提高了水利水电工程的控制水平,也大大的提高了生产效率和社会效益。

2 电气自动化技术的概况

2.1 电气自动化技术的概念

电气自动化技术就是以计算机技术为依托对电气设备进行自动化控制技术。其广义的概念就是在生产生活的电气设备的管理和控制过程中,通过采用一定的方法和技术,使这种控制过程使用较少的人力或不使用人力,就能是这个系统完成特定的功能的工程,这有利于将人从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来,同时使人的生产效率得到提高,并产生显著的效益和效果。

2.2 电气自动化技术的特点

电气自动化技术的特点顾名思义就是自动化,这也就是它有别于传统的电气技术需要人工干预和监控的特点。电气自动化技术的特点主要有以下几点：

2.2.1 对电气设备的连续实时控制

电气设备在运行过程中一般是连续进行的,如果使用人工实现对其进行连续不停的监控是不现实的,因为人工作精力有限,同时在监控过程中会出现监控的死角。而在电气自动化技术中,工作人员只需要事先将实时监控的时间段和监控方式、监控需求等程序在计算机系统中设定好,并设置相应的参数,计算机系统通过传感器可以将电气设备运行的各种运行数据进行实时采集,而且这种采集过程也是连续的不间断的,实现全天候无死角。

2.2.2 可在恶劣的生产环境下运行

某些电气设备被安放在高温高湿的环境,或许电气设备运用于高辐射高噪声高危险的场所,这些场所用人工进行现场监控会对人体造成巨大的生理和身体的伤害,而使用电气自动化控制系统,能够出色的完成这项工作,同时其现场采集器,可以将现场的情况传输到工作人员使用的计算机系统中。

2.2.3 可以进行迅速做出反应

而在电气自动化技术中,工作人员可以预先考虑电气设备的最佳运行状态数据,在计算机控制系统中设定一些特定电气设备运行的极限数值,一旦电气设备运行中超过或等于这个参数,电气自动化控制系统会做出相应的动作,起到对设备的保护作用。

2.3 水利水电工程电气自动化系统组成

水利水电工程的电气自动化系统的组成可以分硬件部分和软件部分。

2.3.1 电气自动化系统的硬件组成

水利水电电气自动化系统的硬件组成有以下几部分：数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块和动作功能模块。

数据采集模块包含传感器、数据采集器、摄像头等等。

数据传输模块包含：数模转换接口和电路、数据交换器、路由设备和通信电缆或光缆。

数据处理模块包括：中央处理器、数据存储器。

动作功能模块包括：可编程继电设备、继电器和功能电机。

2.3.2 电气自动化系统的软件组成

电气自动化系统的软件组成有人机交互的操作系统、各接口和数据传输通讯协议和数据处理的算法软件。

3 电气自动化技术在水利水电工程上的应用

3.1 在水利工程上的应用

在水利工程中,电气自动化技术的应用主要是对水利工程中坝体、进水口、水闸等设施的监控,在水坝坝体上安装水压传感器,实时监控坝体水压的变化情况,同时通过水下摄像机对坝体的表面进行观察,同时控制水库内周围安装的全景摄像头对其周边的状况的监控,如对水库周边山体、排污等进行监控。对于监控出现的故障、隐患和异常情况,及时发出报警,这样可以大大的节省巡视人员的工作量提高工作效率。

水利工程一般库区较大,上游的污染物和垃圾有时会随着水流进入库区,在水轮机组进水口的拦污设备必须时刻保持正常运转,电气自动化设备可以通过监视设备,发现垃圾和污染物的数量,及时启动除污设备清理进水口的污染物,对于拦污闸是够存在阻塞问题进行监督管理,合理控制水位的高低,同时注意利用该系统保护饮水压力管,保证水轮发电机组的正常运行。

3.2 在水电工程上的应用

一般情况下水利水电工程都比较庞大,运行的设备种类非常多,即使是同一类设备其型号、运行的参数也不尽相同,甚至有些差异还较大,在这种情况下,只有借助电气自动化技术,才能使这个庞大的系统有效安全的运行。

3.2.1 对水轮发电机的有效调配和控制

在水利水电工程中水轮机发电机组往往是核心,因此水轮机发电机组的实时监控和智能控制就显得非常重要了。由于电力网络中用电负荷是不断变化的,电气自动化技术就可以及时调整水轮发电机组运行的机组数量,同时做好运行机组之间的功率分配,提高有功功率,将无功功率降低,使其保持最佳的经济运行状态。在单组水轮发电机组运行过程中,电气自动化技术可以实现对机组的关机和启动,同时对发电机组的相位、初相位进行调节管理和控制,而且这些工作可以通过设定参数在无人情况下,自动完成。特别是在突发故障和洪涝灾害情况下,一些关键机组必须及时切断,往往电气自动化系统可以及时响应,智能将机组的运行频率降低,投入备用机组,保证系统稳定运行。

3.2.2 监测水轮发电机组的关键设备

水轮发电机组中的关键设备定子和转子往往由于高速转动会发热,这时及时的监测两者的温度就非常重要,这时在发电机组的定子这种安装的温度传感器,可以实时的将定子绕组和铁芯的温度传送到中央控制室,同时对机组的润滑系统、变速系统和制冷系统进行监测,一旦发现其温度超过设定的温度,控制系统将自动发出故障警报,并检查发生故障的部位,以供维修人员及时发现故障原因。

3.2.3 监控维护发电机组的辅助设备

水轮发电机组是一个精密而庞大的设备,围绕发电机组周围的设备有供电设备、润滑设备、制冷设备和通风设备,这些设备种类繁多,各有各的运行参数,电气自动化技术在这时可以像一个大管家一样,通过各的设备上的传感器将设备运行数据进行采集,并通过优化的算法确保这些设备始终运行在最佳状态,一旦其中一台设备发生故障,及时启动备用设备,并作出相应的保护动作,确保故障的影响范围最小。

4 结语

通过上面的论述,使我们对电气自动化技术在水利水电工程的应用有了初步的认识,电气自动化技术可以在设备监控、安全响应和智能处理等方面,为水利水电工程进行实时的、及时的和快速的做出有力的保障作用,大力的推进电气自动化技术在水利水电工程上的应用可以极大的提高设备的运行效率,进一步增强水利水电工程的社会和经济效益。

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