电气自动化技术在水电站中的应用分析

李 伟

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川眉山 620860）

0 引言

电气自动化技术极大提高了设备的工作效率，推动了运行设备高效率高质量运行。水电站建设单位应充分重视电气自动化技术的作用，加强电气自动化技术的应用，为水电站系统运行提供配备符合水电站需求特点的自动化设备，并提高自动化设备管理水平。

1 电气自动化技术在水电站中的应用价值

（1）增强水电站运行安全性和经济性。保障电能的有效输出是水电站运行的主要任务，电气自动化技术的运用，借助计算机程序可以实时地监控掌握水电站的各系统运行情况，获取实时运行数据，提高监测的质量和速度，能够保证水电站运行的安全可靠。同时，可以有效地预判及发现运行设备出现的故障，最大限度减少设备损害成本，从而提高水电站运行的经济效益。提高水资源的综合利用效率，还具备防洪、灌溉及保护水电站周围生态环境的功能。

（2）优化资源配置。通过电气自动化技术，各型水电站都可以做到无人值班、少人值守的管理模式，减少管理人员，最大限度的优化资源。

（3）保障电能质量。利用自动化技术控制电能转化和传输的过程，稳定水电站系统的运行电压和工作频率，确保电能的质量安全。

2 电气自动化技术在水电站中的具体应用

2.1 数字化监测技术

数字化监测技术是通过有机整合网络技术、计算机技术、多媒体技术及自动控制技术等，针对某些区域发挥监测控制功能。水电站应用数字化监测技术时，借助继电器中的PLC 编程运行，以计算机技术为依托，使水电站各个环节的运行都能够通过编程节点完成信息数据的发送和接收工作，可用于水电站重点区域的监测工作。

通过利用数字化监测技术，可以对水电站内的运行情况，进行全方位的动态监控和管理。且监测信息数据可实现共享，提供给水电站内有需要的工作人员。操作人员可通过计算机系统输入所需查找的信息，即可快速准确地显示出来，使其能够有针对性地开展水电站内的设备管理工作。数字化监测技术的应用，提高了水电站的工作效率，大大地缩减了水电站的管理成本，增强了水电站设备运行的安全稳定性，推动水电站管理工作朝着精细化、高质量化的方向发展。

2.2 PLC 自动化技术

在计算机系统的可编制存储器中，水电站运行系统的各个设备根据确定的操作流程、运行频率以及计算模式，搭建其系统设备的运行参数，以图表、图像的形式将系统运行设备的各项参数呈现出现。这个过程就是PLC 技术在水电站中的工作原理。

PLC 技术是构建水电站电气自动化系统的重要组成部分，在各控制系统都会配置。在水电站水轮发电机机组部分的就是LCU 现地控制部分，利用自身配置的PLC，接收各个系统现地安装的自动化元件上送的电信号，如在油、水、气管部等部位安装的压力变送器、压力开关、电动阀、电磁阀、液位开关、液位变送器、测温电阻等，再通过各种转换模板数据换算，实现在LCU 电脑主机屏幕上直观的显示压力值、液位高度、温度值等模拟量，以及各种开关量节点，且每个信号值的来源都正确可查，具体到接线端子号、电缆芯线号。如果出现数值异常，可以在第一时间找到问题所在。所有数据信息通过光纤上送到中控室及集控中心，实现远程监控。

LCU 现地控制操作简单、功能强大，电脑界面可根据系统图绘制，各种开关、阀门等都可以形象的表达出来（图1），大大提高了水电站电气自动化系统运行的安全稳定，工作人员可以依据显示的图像对水电站系统运行情况进行判断，保证机组的稳定运行。

图1 水电站LCU 温度值界面

2.3 机组在线监测技术

机组在线监测系统主要是用来监测机组的运行工况，包括各部位振动、摆度及位移等。系统主要包括在线监测主机和现地自动化元件，现地自动化元件主要包括：振动传感器、气隙传感器、接近探头、键相传感器等。其中：①通过在发电机定子铁芯表面圆周方向均匀布置气隙传感器，可能实时监测定转子空气间隙；②在定子基座上圆周方向均匀布置振动传感器，可以实时采集振动数据，通过计算，可以模拟定子圆度；③通过在机组3 部轴承位置分别安装接近探头，采集机组在转机过程中3 部轴承的摆度数据，通过计算可以得出机组3 部轴承的同心度等实时数据，实时监控机组运行工况，通过调取历史数据观察机组运行趋势，预判各种不安全状态。

在线监测技术的检测精度高、检测结果可靠性强。检测得出的各项数据可以通过PLC 传送到水电站的主要操作系统平台上，数据信息传输根据其编程设置情况以图像或者数字形式展现出来，工作人员即可根据获得数据进行分析处理，得出运行设备的情况。

3 水电站电气自动化应用存在的问题

3.1 电气自动化程度不足

目前电气自动化技术已经广泛应用到水电站运行过程中，但是总体自动化程度不高，没有充分发挥出电气自动化技术的应有作用。很多水电站建设时间比较早，内部自动化系统建设不健全，设备配备不足，后续的更新与调整工作也没有做到位，自动化程度偏低，难以满足需求。还存在电气自动化系统设计考虑不全面的问题。在更换水电站电气设备时没有考虑到新旧设备的兼容性问题，导致自动化水平下降，新的水电站控制系统功能发挥不出来，甚至还会引起系统运行故障。

3.2 自动化管理水平不足

在水电站运行过程中，电气自动化技术的应用价值高，大多数水电站都会利用它监测和处理运行设备。但水电站管理人员的素质能力不高，缺乏管理意识，没有系统地学习和掌握电气自动化技术的操作应用技能，自身认知力不足，难以掌握计算机控制系统，不能开展有效的水电站运行设备数据处理工作。设备维修人员不能根据自动化监测系统给出的数据分析故障原因，及时地采取抢救措施，影响水电站电气系统的平稳运行。水电站的整体的自动化管理水平低，大大降低了电气自动化系统的运行效果。

3.3 自动化元件可靠性不足

实现水电站控制运行自动化，都是通过现地自动化元件采集信号传输至集中控制系统，但是很多关键信号可靠性不足，直接影响机组的安全运行，如水电站中主轴密封水流量中断信号直接参与停机流程。5 个水电站都出现过受密封水压力、流态等影响，瞬间出现中断信号，致使机组非正常停机，造成损失。此外灯泡贯流式机组中轴承油系统高低位油箱油位过低信号，也直接参与事故停机流程，3 个灯泡贯流式项目（多布水电站30 MW、沙坪二级水电站58 MW、犍为航电枢纽55.6 MW）都曾出现过误动造成事故停机。信号是通过采集磁翻板液位开关量的状态，在施工期间受开关磁性影响，很容易受外围金属意外靠近等出现误动，造成事故停机。

4 提高水电站电气自动化水平的建议

4.1 优化水电站电气自动化运行

为提高水电站电气自动化水平，设计人员应从水电站的各项系统和运行设备出发，综合考虑，优化水电站电气自动化运行。

（1）提高发电机组的自动化水平。发电机组是水电站的动力系统，根据水电站的实际情况，优化发电机组的结构，配置符合水电站运行的电气自动化设备，保证发电机组具备良好的运行性能。

（2）完善水电站电气自动化控制体系。综合分析水电站的控制系统布局，通过计算机设备与网络系统，实现对各项信息数据的收集，形成完善的水电站计算机控制系统，可实时动态地对水电站运行设备进行监控。

（3）提高水电站电气自动化设备的配置水平。水电站可以根据自身的资金预算情况，注意考虑所选设备的兼容性问题，尽量采用成熟可靠的自动化元件，提高自动化可靠性。

4.2 增强人员自动化管理水平

为提高水电站电气自动化系统的运行效果，水电站建设单位应注重电气自动化系统的管理工作，提高管理和维修人员的专业能力，加强对自动化系统的管理。

（1）提高工作人员的技能水平。水电站应加大资金投入力度，组织管理人员和维修人员进行专门的业务和技能的培训，提高对电气自动化设备的运行操作原理和具体实践操作的认知水平，丰富电气自动化系统知识，提高实际操作能力，为电气自动化系统的运行奠定人才基础。

（2）完善电气自动化系统管理制度。通过分析研究水电站内的自动化系统的分布和构成情况，明确管理人员的岗位职责，科学合理地划分管理人员的任务，形成规范化的电气系统管理程序，提高水电站的管理质量。实现水电站电气自动化系统的平稳运行。

5 结束语

随着科技的发展，电气自动化技术在不断地改进，自动化设备的应用范围也在不断地扩大。电气自动化技术的发展大大提高了设备的工作效率，推动运行设备的高质量运行。水电站建设单位应充分重视电气自动化技术的作用，加强电气自动化技术的应用，为水电站系统运行提供配备合适的自动化设备，提高水电站的电气自动化管理水平，推动水电站的运行稳定健康发展。