电气自动化在水利水电工程中的应用

宋志琴

（新疆呼图壁华翼市政有限公司，新疆昌吉 831100）

0 引言

电气自动化技术具有操作便捷、节能低碳的特点，通过引入自动化设备检测技术、自动化耗能统计技术，实现对异常情况的及时检测，根据设备耗能来调节用水量、用电量，实现绿色、可持续发展的目的，结合计算机的运算及数据记录能力，还可以实现对各项数据的保存与分析，生成报表，实现自动化办公、运维，节约人力成本，提高管理效率，最大限度提高资源的优化配置。

1 电气自动化系统的构成及优势

电气自动化工程主要包括闸门、泵站自动化监控系统、大坝安全监测、水情自动检测技术等，通过引入测控计算机将各系统以网络的形式连接起来，能够实现各子系统数据的分享，并进行综合研判。自动化系统能够实现数据监控、现地测量、生产调度管理等多功能的结合，并且自动切换功能，实现对水利水电工程的系统化控制，从而避免人为操作可能的失误，使水利水电工程的管理更加高效、便捷。

电气自动化技术可以实现现地测量控制，主要使用的设备包括水位变送器、开度传感器、水位仪、电流电压表、PLC 控制系统等，通过传感器组成的系统能够实现对水位、水压、水流速、发电量等多种指标数据的检测，实现对水利水电系统运行数据的动态管理；在集中监控系统、生产调度管理系统中可以根据数据监测的情况对水闸、大坝等实现远程操控，主要由计算机、网络设备、系统软件、数据库、打印机等构成，通过此系统实现调度和办公自动化的功能。通过软件、硬件相结合的多系统应用，由统一的管理平台能进行定期检测及维护功能，系统的操作具有专业性，因此需要经过培训的专业人员进行操作，并根据数据搜集的情况和作业记录生成报表，对阶段性的运行状况进行分析，以便提高水利水电工程的运转效率[1]。

在水利水电工程中引入自动化技术的优势，主要体现在自动化检测、符合环保要求、提高管理效率三个方面：①自动化检测系统能够提高水利工程的运行效率，在保证工程正常运转的基础上提高其安全性和稳定性，自动化的操作减轻了工作人员的工作量，避免人为失误带来的漏监测问题，而且对于复杂、不可预测性较强的水下环境，自动化的检测能够辅助进行数据监控，将检测面覆盖到人力无法普及的范围内，提高了数据的全面性，也保障了检测工作的安全和稳定，保障人员的安全；②自动化检测耗能更少，能够避免资源浪费的情况，提高水利水电工程的能源转换率，符合低碳节能、环保的要求，与人为检测相比，自动化检测能够快速识别水利水电工程中的潜在问题，通过及时修复来改善工程运行的状况；③能够提高管理效率，自动化的数据采集能使办公和日常运维更加准确，做到维护的有据可查，管理层、一线员工都可以通过平台来掌握工程的各项数据，信息分享与报表生成的功能也使管理更加高效。

2 电气自动化技术在水利水电工程中的具体应用

2.1 对发电及配电设施的自动控制

水利水电工程的核心设备是发电和配电设施，将电气自动化技术引入发电设备控制中，能够大幅提高设备的自动化运行效率，并通过自动关停机、智能化转调相、智能操作的方式来实现对发电机组的控制，由机器代替人力去完成危险作业，实现24h的密切控制，降低人力管理的成本，也使管理工作更加高效、便捷；自动化设备还可以实现对外部危险因素的及时感知，对于风险控制和安全管理有着重要的积极意义，在汛期能够自动调控备用机组，加强对降水量、流量及水位等重点参数的监测，及时发出异常报警，并采取切断保护措施来避免设备受到损害，实现对水闸、发电机组的自动化保护，避免经济上的损失[2]。

2.2 设计的优化和设备的统一调控

水利水电工程的机械设备设计及空间排布，可以通过电气自动化技术来进行优化。在水利水电工程中，设备的选型、管线的排布等非常复杂，尤其是在配电设备与线路的连接处，很容易出现设备不匹配、元件性能不稳定的情况，导致电气设备及水闸等灵敏度达不到要求，而利用自动化技术，可以对设备选型进行优化，并通过试运行等技术进行问题排查，以便及时进行微调，提高系统运行的流畅率。

水利水电工程涉及油泵、水泵、水闸、配电仪表、输电线路、变压器等多种设备，主要仪器及辅助设备的开关、调控等操作可以利用电气自动化技术进行统一调控和操作，避免人工作业的烦琐和不便，自动化的运行和作业能够更加准确，使资源的配置更加合理。电气自动化技术通过计算机程序，结合实际的发电情况对运行过程进行自动控制，并通过能耗计算、分析实现在最低耗能的情况下维持设备与系统的运转，比如根据发电机组的工作条件，科学调控剩余机组状态，关闭不必要的机组或者打开需要运行的新机组，实现对能源分布的调配与控制。

2.3 线路的优化

电气自动化可以引入变电枢纽系统中，比如对室内变电站、节制闸进行调控，对照基准电容、电流等进行传导结构设计，还可以选择合适规格的铝绞线来搭设地线及复合光缆，建立起变电控制体系；在电气主接线的设计方面，可以引入近距离、远距离的同步电机，组合成单回路和变压组相调节的传输线路，随后在远距离传输中每隔一定距离设置阻隔变压器，实现为电气资源的传输提供便利。

2.4 设备的选择

电动机的选择可以选择异步驱动传导的电动形式，以10kV为电压的母线作为传输线路，利用真空接触器、串联电抗器等来进行功率补偿；变压器的选择可以根据电力资源的实际情况，选择合适的电路器和隔离开关，然后进行电压分配，并利用母线和子线连接的供应来进行电力传输，达到电流结构重新分配的目的，实现变压、配电的目的；在电流供应设备的选择上，可以选择自动化PLC 程序，对系统内部电流的传输、传导进行引导和调配，通过电缆的分配层来控制电流的整体结构，实现高压、低压互相对应传输的目的[3]。

水利水电工程中的电气自动化技术，需要从过流保护和接地线控制两方面入手，实现安全防护的目的，比如可以在水电工程已有的电流传输系统的基础上，加设电流电压防雷保护，将自动化照明系统接在母线上，采用综合设计、管理的模式来实行事故照明、应急照明的功能；还可以增设电气进线保护功能，包括高负荷保护、主机保护、电流速断保护、单相接地保护等设施；在进行上位机和下位机的同步监测上，还可以运用数字化程序来实现对系统内多项资源的分配与整合，实现高效调节的目的。

3 实例分析水利水电工程中的电气自动化技术

电气自动化设备的设置应当从断路器、互感器、电线电缆的选择和排布、电气自动化施工、运维管理三方面入手，加强对设备的质量控制和系统搭建的参数指标复核，提高元器件质量，做好设备的散热、防潮措施，避免产生噪音过大和信号不稳的情况，增强设备和系统的密封性和稳定性，严把质量关才能确保电气自动化系统的正常使用。

某中等规模水闸拥有八孔钢板闸门，应用水闸计算机自动化检测系统来对水闸和上下游的水文监测站、配电房来进行数据监控，通过因特网和计算机平台能够将动态数据进行分享和发布，管理层能够随时随地对数据进行远程查询、搜索，并且根据水情、中心数据来进行决策。

闸体控制系统有现场操作和远程监控两部分构成，能够对闸门的状态进行检测，并配置水闸自动控制系统，既能在现场进行手动控制，也能实现远程自动化操作，水情和配电房监测系统能够将监测到的信息与中央控制室的数据服务器进行传输，由数据处理中心和控制台来对水位、流量、降水量、温度等数据进行统计，结合配电房的运行情况生成报表，分析水情数据、电流电压情况，配备异常报警功能，实现对风险的及时提醒；检测发电机组定子的状态，对铁芯、定子绕组的温度进行检测，对于局部高温的异常情况进行报警；对于发电机组温度过高、轴承异常、油槽油面不合理、冷却水源过少等问题，自动化系统可以进行及时预警；当发生较严重的故障时，自动化电气装置可以进行停机跳闸的动作来进行自我保护，避免危害的扩大对设备和系统造成危害。

PIMS 管理网络和因特网能够将水闸运行、水位等数据转化成统一的格式储存在数据库中，建立查询和调取路径，因特网络的应用能够辅助数据的传输，实现异地查阅和打印的功能[4]。

4 结束语

水利水电工程的质量关系到城市居民的生活质量，对国民经济的发展有着至关重要的积极意义，电气自动化技术的引入能够突破传统人工管理的瓶颈，大幅提高水利水电工程的运行效率，并及时发现故障和运行异常，实现精细化管理和全过程监测的目的。目前自动化系统已经广泛应用于水利水电工程中，对大坝、水闸运行进行监测，及时分析水质，并辅助进行应急预案的制定，使水利水电工程不断向着现代化的方向发展，为社会提供更加优质、稳定的水利服务。