电气自动化在水利水电工程中应用对策与分析

邓玉琴

(江西省吉安市永丰县上溪乡人民政府，江西 吉安 343000)

电气自动化技术的实践应用使得电气设施的控制、运转、维护更加科学规范，在日常作业期间，接收到不同的指令可以精准无误完成，以便电气设施进行自我检测、调控[1-5]。电气自动化的关键是科学规范使用PLC(可编程序控制权，下同)和变频器技术等协作设备，完成继电保护智能化，能够综合地保障二次设备正常运转[6-8]。因此，PLC控制程序与变频器技术的使用对项目开展非常重要。目前，建筑工程、钢铁、石油、化工、电力、机械制造、汽车、交通等领域都需要应用电气自动化。由于国内的科学技术迅速发展，人们的日常生活越来越离不开智能化的设备，因此现阶段的电力设备日渐趋于科技化[9-10]。

在水利工程的电气安设期间，电气自动化的程度与工程的修建效果、资金耗用直接关联。在具体的施工期间，电力设备的运转状况直接影响着水利工程的平稳运转以及危险事故的发生频率。电气自动化不仅是水利工程项目的核心，还是水利工程的源泉和动力。

1 电气自动化简述

目前国内的水利水电工程自动化系统大部分是由PLC与微机继电保护装置等设备组成，实际构建如图1所示。

图1 水电站电气自动化示意图

电气自动化系统是通过施工地的总线输送到各种自动化设备和控制站，按照相应的层次架构出全面的监管程序。现阶段，最常用的架构方法是三层分布和两层分布式构造。第一层为现地测量控制层(又称现地单元层)，第二层为集中监控层(又称主控单元层)，第三层为生产调度管理层(又称管理单元层)。三个单元层相互联系的测控计算机是利用TCP/IP高速以太网进行信号传输的，网络介质为网线和光缆的形式。控制权能够有限设定和切换。控制权的先后次序为生产调度管理层、集中监控权限和现地测量控制层。详细的结构布局应依照项目的实际功能来确定，并应更加灵活，更加分散。另外，本系统的人机接口能力比较强，具有方便控制、使用、策划和调试等多方面的优点。

2 水利工程中应用电气自动化的意义

2.1 监控水利水电工程的运行状况

水利水电工程采用电气自动化技术最重要的是根据模拟公式进行水利水电工程运转情况的监测。该技术是工程的关键，可以保障整个系统和有关组件平稳运转，如果监测出发电机组发生故障或存在安全问题时，能够立即发出报警信号，协助查出问题所在，可以减少巡检人员排查的时间，还可以提高检修员工的工作效率，缩短检修时间，防止出现因发电机组问题而造成长时间断电，避免人力物力的耗费。发电机组应该考虑现场的工程规模和设备性能进行选定。

2.2 增强水利水电工程的工作速率和质量

在水电工程中采用电气自动化系统，既可以根据监控功能提高安全系数，还可以很大程度提高工人的工作效率，确保电力工程企业的办事效率以及工作能力，进而增强企业的效益。

电气自动化系统还可以改善复杂传统的工作环境，改变原有的电源操控模式，提高效率；在水电工程企业中采用电气自动化可以依靠计算机监控技术自行解决故障，消除隐患，提高安全性；根据电厂实际运转状况开展系统分析，保障出现故障可以立即查明问题所在，节约检修时间。电气自动化的使用不仅缓解了人力资源紧张，降低了雇佣成本，而且使企业运作的改善卓有成效，大大提高了项目的经济效益。

2.3 提高了水利水电工程的运营效益

人工操控水电系统不仅技术水平低，造成水资源浪费，发电质量也受到制约。电气自动化系统可以很好地处理上述问题，改善水资源浪费的现象和发电的质量。此外，还可以实现计算机、设备的自动操作，在无人值守的情况下，工程也可以平稳运行，降低了企业成本。应用电气自动化系统还可以自动检测电网，根据实时数据监测工程的负荷状况，并依据发电机运作情况做出反应，如果发电机出现故障，系统可以依据故障状况快速做出反应，如果发生严重故障则智能开启备用发电机组，保证工程平稳运转。

2.4 将电气自动化应用到水利工程时应该注意的问题

由于科学技术突飞猛进，给微电子和电子技术的发展带来了新的机遇，目前，此类技术在人们生产生活中发挥着越来越重要的作用。电气自动化系统的操作特别复杂，涉及的内容繁多。按照基本性能划分了许多具体分支，在实践期间还会受到外界因素的影响。

不一样规格的设备对系统的影响不同。水利水电站有许多不同类型的运行模式，选定运行模式对系统的效率至关重要。利用电气自动化系统不仅可以改善工程对自然环境的影响，还可以提升发电效率。对于项目管理要保证独立控制各个设备，防止发生设备之间的干扰、影响。

3 电气自动化技术在实际工程当中的应用

3.1 工程简介

某水闸建设项目是中型规模的Ⅲ级建筑。水闸共有8孔，每孔净宽12 m。洪水设计标准为：20 a一遇，对应的洪水水位为2.81 m，洪水设计流量为393 m3/s；50a一遇，对应的洪水水位为3.07 m，洪水设计流量为556 m3/s。

3.2 水闸自动化控制系统

水闸自动化控制系统由大闸监控与控制提示、中心数据处理以及配电房监控等几个子系统组成。该系统重点管理监控一个配电房、八个水闸以及上下游水文测量站。该系统通过科学合理操控互联网和自动化技术，既可以多个系统进行实时监测，也可以对获取的信息进行分析研究，提供给工程专家以便做出决策。获取的资料可通过网络技术和管理系统汇总，并上传至网络，还可以进行远程分析与检索信息。

(1)闸体监控和控制提示分析。闸体监控及相关系统由实地操控与远程监控组成。实地操控通过液压控制系统完成。自身的以太接口能够将闸门的动态情况发送给远程监控系统，该系统利用中控DCS系统进行信息的接收，使中央控制室监测到闸门的动态情况。现场手动、自动控制子系统都是水闸智能化监控普遍应用的操控技术，这两种技术均以不同控制对象的实地PLC控制点作为始端，现场手动控制系统具有明显的优先级，同时还具有互锁功能。

(2)水文和水情监控和分析。水闸自动化系统利用以太网传输到各个服务器以及相关的控制系统，中央控制室可以采集到整个流域水文测量站的动态信息，并进行信息的研究、测算，总结得出的报告具有精准性、真实性。

(3)配电房的监控。电量变送器能够科学搜集配电机室内的电量参数值，还可以与控制站I/O卡联络，从而确保中央控制室与应变电站可以对各个参数开展动态状况的监察。不仅如此，配电室内的系统还有实时警报功能。

(4)中心数据处理子系统。子系统重点研究液压控制系统输送的外部信息资源，根据相关资料精准了解水闸的实际运转状况，需要对流速、水压、温度等各方面的数值进行每日、每月的整合。并且将整合的资料通过报表形式体现。另外，子系统还需要对配电房相电压和相电流的状况进行计算和分析，以确定配电房的运转状况。

(5)互联网网络公示子系统。本系统的基本理念是管理、存储和研究，体现自动化系统在其运作期间出现的数据，并利用相关模型作为参考进行决策，然后将与管理相关的资料通过网络传输给管理部门。根据工程的管理模式，可以在系统中检索过去的数据资料，使各个部门能够对每个设备的使用资料进行调取和阅览。

3.3 闸体原型观测自动化控制系统

通过全面研究水平位移、压力等，严格执行对大闸闸体的原型观测项目的科学规划。

(1)系统构成:64只GKD型钢弦式隙水压力仪，布设在闸门中心线及其附近两侧断面；10只TS周边缝位移计，重点安装在闸室内的闸墩分缝位置；莱卡TCA-2003型全站仪，对沉降和水平位移情况的人工观测。

(2)该系统的功能是完成一次巡查以及对所有测点的检查和监控，同时该系统还可以进行单个测点的点测。

3.4 系统软件

本电气自动化系统应用的软件主要是Visval Basic 6.0系统，内容简单，便于理解。另外，系统的维护和扩展不复杂，易操作，而且拥有强大的数据库，能够择取最佳方案。

4 结 语

电气自动化系统在水利水电工程中发挥着不可替代的作用，对促进国内基础设施建设，改善企业经济效益起到了至关重要的作用。应更深层次的研究和开发电气自动化技术水平，将该技术更好地应用于水利水电工程。