水电站电气自动化应用不足点分析及解决措施

谢菲菲

（东方电气集团国际合作有限公司，四川 成都 611731）

电力能源是社会发展和进步的基础所在。我国的电力能源主要由火电、水电、核电以及新能源发电构成，其中火电和水电占据了较大的比重。而在强调环保的今天，水力发电成为了加快电力体系改革，优化电力生产结构，实现绿色环保生产的关键所在。因此，为达到提高水利发电的综合质量和效益，国家不仅加大了建设水电站的力度，更大力推动了电气自动化技术在水力发电事业中的广泛应用。电气自动化技术的应用，不仅降低了运行人员的劳动强度，提高了生产效率，而且还有利于降低生产成本，提高电站的经济效益。

1 水电站电气自动化应用的基本内容

为满足社会发展对于电力能源的基本需求，加强对于水力资源的充分利用。我国的水电站规模处于一种不断扩大的状态，而电气设备的数量也随着规模的持续扩大而增多。由于各种电气设备之间的紧密联系性，很多设备依靠人工管理和操作的方式很难满足水电站的实际生产需求，因此电气自动化技术在水电站领域的应用要求也越来越高，水电站电气自动化成为了行业内部关注的焦点所在。

水电站的主要设备包括水轮发电机组、调速器、励磁系统、辅助机械系统、发电机出口断路器、厂用电设备、变压器、输电线路等，而电气自动化系统不仅可以实现对此类设备的自动化控制，更能够加强对于此类设备的保护力度。当任何设备出现故障或异常时，电气自动化系统通过分析采集的数据自动诊断故障原因并作出相应的判断，并可以自动停止相应设备的运行，发出自动报警，等待工作人员进行现场检查，以保证在最短的时间内最大限度地保证水电站的安全性，避免故障问题扩大化。在整个过程中，运行人员可以通过PC 人机界面对各个系统进行实时监测，具有较高的灵活性、直观性和集成性。

其中，水轮发电机组作为水电站最核心的设备，其在线监测系统也尤为重要。水轮发电机组在线监测系统通过在机组的不同位置配置安装不同的自动化原件，对机组的蜗壳压力、气隙、振动摆度、压力脉动、发电机局部放电、主轴电流、转子温度、磁场强度等重要监测参数进行实时数据采集，数据采集单元通过通信系统，将采集的数据传输到水电站监控系统，对监测数据进行分析处理，并进行实时诊断。水轮发电机组的在线监测系统大大提高了机组运行的安全性和稳定性，保证了水电站的年发电量，从而进一步提高了水电站的发电效益。

2 水电站电气自动化应用不足之处分析

2.1 电气自动化程度不足

现阶段，电气自动化的运行管理方式已经在各个水电站当中得到了广泛的应用。为顺应时代发展的趋势，我国的大多数水电站针对自动化设备、技术的投入较高，自动化系统的先进程度较高，很多电站可以实现无人值守。然而，从各个水电站对于电气自动化系统的应用现状来看，中小型容量的水电站自动化程度相对较低，建设时间较早的水电站电气自动化程度由于当时自动化技术水平不高导致其自动化程度较低。

对于中小型容量的水电站，由于总投资相对较低，从而限制了配置比较全面的、当下最先进的自动化元件，电站控制系统配置也会相对较低。电气自动化程度较低必然会导致对某些设备的某些参数无法自动监测或者数据处理速度较低，导致设备出现故障或异常时，系统很难自动识别和判断，这样处理故障和异常情况必须由技术人员根据个人专业知识和经验来进行排查。

对于建设较早的老水电站，由于当时的技术局限导致了电站电气自动化水平较低。尽管部分老水电站通过改造引入了新的自动化设备及控制系统，但由于新设备与旧设备之间存在兼容问题，其自动化的功能无法得到充分利用和有效发挥，从而导致水电站的正常运行依然需要很多运行人员参与其中，既浪费了资金，又无法达到电气自动化的预期目标。

2.2 自动化管理水平不足

目前，许多水电站都存在对电气自动化系统的后期维护和管理水平不足的问题，从而导致电气自动化系统的许多功能无法得到充分的利用。比如，当今人工智能技术在电气自动化系统中的应用越来越广泛和深入，由于人工智能技术的发展与革新日新月异，如果运行人员不能与时俱进的对人工智能技术进行学习和培训，那么人工智能技术就无法在电气自动化系统中发挥其更为先进的作用。而从水电站建设规划的角度来看，电气自动化系统的应用意味着水电站不仅需要引入全新的电气设备，更要对设备布局、接口、冗余等提前进行规划设计，而一些老旧水电站由于运行时间较长，其在建设阶段没有考虑到后期的设备升级改造问题，由于前期设计理念不够超前，从而导致无法引入先进的电气自动化系统。

3 提高水电站自动化水平的解决措施

3.1 优化水电站设计

首先，为提高水轮发电机组的自动化程度，设计人员需要根据水电站自身工作环境及客观条件，充分考虑机组选型设计的合理性，确保水轮发电机组可以在各种工况下运行时取得相对最优运行指标。其次，关于除主机以外的设备设计选型，要在保证系统安全可靠的前提下，遵循效益最大化原则。这样可以在允许的预算范围内，尽可能地提高电气自动化系统的配置水平。比如，在条件允许的情况下，配置精度更高的自动化原件，增加监测位置，继电保护冗余配置，配置当下最主流的上位机系统且对于核心功能的设备进行冗余配置等。

从长远角度出发，水电站在初期设计阶段还需要充分考虑到将来电站扩容或改造的需要，主要从以下几点考虑。第一，按照当下最主流的通信规约进行设备选型，以便解决将来扩容或改造带来的电气自动化系统的站内通信和远程通信的兼容问题；第二，按照“无人值守”的设计原则和配置，预留远程监控接口；第三，监控系统接口便于扩展，保证将来电气自动化系统的升级需要。

3.2 提高运行人员的自动化管理水平

个别电站运行人员缺乏自动化管理意识，专业技能以及操作经验不足也是导致水电站电气自动化系统运行效果不佳的主要因素之一。为达到提高运行人员的综合业务能力，水电站方面可以从以下几个方面开展工作：一是加强对于运行人员的业务及技术培训。水电站方面可以定期组织培训工作，向基层的工作人员讲解各个自动化系统及设备的运行原理和操作要点，确保运行人员在掌握基本操作要领的情况下才能批准其上岗工作。同时，定期培训可以保证运行人员了解最新的电气自动化技术，与时俱进。二是鼓励运行人员互相交流，加强技术探讨，互相交流自己在日常工作过程中所遇到的问题或现象，并通过共同探讨的方式来实现问题的解决。三是采取轮岗制度。为确保运行人员可以充分了解电气自动化系统的运行原理及各个环节的运行状态，水电站方面可以采取轮岗制度，在特定的时间周期进行岗位的轮换，让每一位工作人员熟悉每个工作岗位的基本内容。

4 结语

综合来看，电气自动化系统已经成为了水电站不可或缺的一部分。各类先进自动化技术会不断与水电站的发电体系相融合，其自动化程度也会相应得到提高。实践证明，电气自动化水平的持续提高会进一步提高水电站的生产效率，降低生产成本，为社会创造更大的效益。水电站方面需要正确看待时代发展的趋势，重视电气自动化技术的引进以及人才的培养，积极顺应时代发展趋势，实现自身自动化水平的不断提高。