水电站电气工程自动化技术及运用分析

柬埔寨达岱水电有限公司 赵林强

水电站电气工程自动化技术是实现水电站高效、稳定、安全运行的重要手段。随着能源结构的调整和环保要求的提高，水电站的建设和改造已成为能源领域的重点工作。而自动化技术的应用，对于提升水电站的运行水平、降低能耗和减少人力成本等方面具有显著优势。本文以某公司为例，对水电站电气工程自动化技术及运用展开分析。

1 某水电站电气工程自动化技术

水电站电气工程自动化系统是指通过自动化技术实现对水电站电气设备的监测、控制和优化。自动化技术的应用可以提高水电站的运行效率、稳定性和安全性，降低运营成本和维护难度，某水电站电气工程自动化技术的应用如下。

1.1 PLC自动化技术

PLC（Programmable Logic Controller）自动化技术是一种可编程的控制器技术，通过存储器进行程序存储，执行逻辑运算、定时、控制顺序、算术运算、计数等操作指令，并利用开关量和模拟量输入/输出，对不同种类机械及其生产过程进行有效控制。PLC自动化技术基于微处理器，集成自动化技术、计算机技术与通信技术，其核心是可编程的存储器。通过编程，可实现对水电站水轮发电机组和其他辅助设备的精确控制，减少人为操作过程中引起的重大失误。

PLC顺序控制。主要是通过合理控制系统开关量，以此控制继电器控制件，提高整个控制过程的灵敏度。PLC技术不断优化和实践应用不断完善的背景下，PLC顺序控制也在不断更新完善。这一技术的应用，对传统继电器设备实现了有效优化和完善，进而控制设备的稳定性。在水电站中，应用PLC控制技术，还可分别控制不同电气设备的不同组件、不同部分等，提高控制系统的运行效率，使其更加智能高效，一定程度上弥补了传统控制方法的不足，降低能耗，确保控制有序进行，提高控制工作效率，进而提高了电气设备自动化控制的工作效率。

PLC开关量控制。PLC进行开关量控制是其基本功能之一，其核心是根据输入的开关量历史组合和当前顺序，产生对应的开关量输出，以使系统按照给定的逻辑顺序工作。在水电站自动化控制过程中，PLC可以接收来自各种开关类元件的开关量信号，如温度开关、行程开关、按钮等用于反馈设备运行状态、位置信息等。通过PLC的编程，可根据输入开关量的状态（接通或断开）来触发相应的输出操作，从而实现设备的自动化控制。

1.2 数字化监测技术

水电站数字化监测技术是一种先进的水电站运行管理技术，通过数字化手段对水电站设备进行实时监测、控制和优化，提高设备运行效率、保障设备安全、降低运行成本。本文从数据采集与传输、设备状态监测、数据分析与处理、预警与故障诊断等方面介绍水电站数字化监测技术。

数据采集与传输。数据采集与传输是水电站数字化监测技术的第一步，其主要目标是实时、准确地获取设备运行数据。这些数据包括设备的温度、压力、流量、水位、电流、电压等参数，通过专用传感器或仪表将这些数据采集并传输到监控系统；设备状态监测。是水电站数字化监测技术的核心，通过对设备运行状态的实时监测，可及时发现设备的异常情况，预防设备故障的发生。如水轮发电机组的振动摆度监测、轴瓦温度监测、系统油压和冷却油位等。这些监测技术通过安装相应类型的传感或监测装置实现。

数据分析与处理。是水电站数字化监测技术的关键环节，通过对采集到的数据进行处理和分析，可提取出设备的运行状态和性能参数，为设备报警和故障诊断提供依据。数据处理的结果可以通过图表、曲线等形式直观呈现；预警与故障诊断。是水电站数字化监测技术的核心功能之一，通过对设备运行数据的分析，可以及时发现设备的异常情况，并发出预警信息。同时，通过对设备历史数据的分析和故障模式的研究，可以对设备的故障进行诊断和预测。预警和故障诊断的结果可以为设备的维修和更换提供依据[1]。

2 某水电站电气工程自动化技术的运用路径

2.1 自动监测

针对水电站工作特征，自动监测可规范化运行各种设备指标，并对指标进行针对性检测。在实际操作过程中，自动监测涉及多种设备，如水轮机组、发电机组、继电保护系统和输变电系统等。监测的参数主要包括水轮机转速、大轴摆度、顶盖水位、导轴承油位及油温、空气围带压力等。如使用电度表自动监测采集电能；使用测控技术、通信技术，建立水轮机效率检测系统，实现水轮机运行自动监测；利用状态维修系统，及时找出故障所在，采取有效检修措施等。

通过自动监测，将各个节点的检测数据自动传输到监控平台上进行记录和分析。利用测量机器人与卫星定位系统智能化设备，构建安全检测自动化系统，监测大坝表面变形情况。通过自动化监测，不间断地、实时有效地检测各监测点情况，集中采集观测数据，做好相应的数据处理、传输和管理等工作，以此实现数据计算、分析处理和预警一体化控制，达到远程控制效果，实现无人或少人值守的管理成效。通过电气自动化技术的应用，实现水电站自动监测，可有效提升水电站运行自动化水平，提高其精度和稳定性等。

2.2 自动控制

水电站电气自动化中，主要操控目标为辅助系统、调速系统、励磁系统等，以此确保水电站稳定运行和正常发电的关键。在明确水电站各设备指标后，若在常规检测下，无异常问题，可执行装置运行命令；若出现异常现象，电气自动化控制设备可随时启动备用设备，使其代替系统运转，将先前的系统关闭处理，并发动警示指令到管理和检修人员处。同时，自动控制还可定期根据发电机组数据情况，对设备运行进行自检自查，及时发现问题，实现有效控制。

利用电气自动化技术，建立数字监控系统，对水电站进行精细化、全方位控制。若水电站运行现场出现指标超标、故障等问题，系统会自动发出报警通知管理人员。在这种情况下，管理人员可实时掌握现场运行情况和综合条件，及时发现问题，反馈问题，对问题进行有效处理，形成标准化、常态化管理控制流程，既能够降低安全风险，又能减少工作误差，减轻管理人员工作压力，提高水电站运行质量，使其经济效益有所提升[2]。

2.3 自动保护

水电站自动保护，主要在于通过电气自动化技术，实现水电站设备运行过程中，对各设备进行自动化保护，健全保护机制，提前预见设备可能出现的安全问题，采取应对措施，以此最大化地降低机组设备性能受损等问题。水电站各设备运行过程中，通过拟建指征，可实现设备的自动化监视，通过自动监视过程，及时发现有影响设备稳定安全运行的指征，实时定位故障信息，由系统自动化发出相关指令，对设备开启监测、跟踪并记录设备指征情况和受干扰情况，向管理人员发出警示，自动开启保护设备，以此对设备进行自动化保护。

如监视发电机定子与转子回路电气参数，监视发电机定子绕组和轴承温度，监视机组调速系统运行情况等，一旦发现事故或不正常工作状态，迅速发出信号或紧急停机，采取保护措施，保证水电站的自动保护效果，促进水电站安全生产，进一步提高水电站的安全生产和管理成效[3]。

3 某水电站电气工程自动化技术的具体体现

水轮发电机组控制。水电站水轮机组自动控制是水电站自动化管理的重要组成部分，其主要目标是实现水轮机组的快速、安全、高效运行。水电站水轮机组自动化控制包括对机组的自动启动、停止控制、空载运行监测和负载运行调整等。在机组启停过程中，运用PLC逻辑运算能力和顺序控制技术及独立完善的异常情况处理机制可实现水轮发电机组的安全稳定自动启、停。同时，对某些异常情况包括：超速、振动过大、温度过高等及时采取相应的处理措施。

调速器自动控制。该系统是确保水轮机稳定运行、满足电网需求的关键系统，是水轮发电机组的核心。调速器控制是对水轮机调速系统的调节，其目的是保持水轮机的转速稳定，以维持电力系统中的频率稳定。调速器通过多种方式感知水轮机的转速和功率，根据这些信息来控制调节导叶开度和进水量，从而实现对水轮机的转速调节。图1详细展示了调速器自动控制系统工作原理。

图1 调速器自动控制系统工作原理

励磁系统自动控制。励磁系统是发电机控制系统的基础部分，主要用于产生发电机转子磁场。其主要由励磁功率单元、励磁控制单元和灭磁及过电压保护功能及自动电压调节功能构成。发电机运行所须励磁电流，主要由励磁功率单元所提供，确保发电机正常运行。灭磁及过电压保护用于保护励磁系统及发电机。在发电机停机或故障时，灭磁系统能够快速切断励磁电流，防止过电压产生。同时，过电压保护系统能够限制电压波动，保护励磁系统和发电机不受过电压影响。作为励磁系统的基本功能之一的自动电压调节确保发电机输出电压的稳定，当电网电压发生变化时，自动电压调节系统会根据电网电压的变化自动调整励磁电流，从而保持输出电压的稳定。

油、气、水控制。水电站自动化运行过程中，通过自动化管理，可减少管理人员工作负担，但在此过程中，也必须注重油、气、水系统的控制，以此确保系统的安全稳定运行，确保各设备运行稳定性。为保证设备系统运行稳定性，必须首先保证各参数的科学性和准确性，强化自动化管理技术应用，对油、气、水进行有效控制，尤其注意监测自动化控制系统不正常状态，通过自动化管理措施，提高控制成效。

公用设备状态智能监测。水电站中，设备是否稳定运行，直接关乎水电站整体运行稳定性与安全性。通过主控室，全方位监测水电站中各设备的运行特点，获得相关参数，配合监控系统，发出控制指令，对各设备运行状态进行协调和管理。包括多种不同类型的辅助设备如引水隧洞、进水闸门、直流系统、消防监测等。通过统一规划和科学布置，对监测设备进行合理布局，对各项设备系统的运行数据进行实时监测获取，做到智能化监测，及时发现问题并反馈给管理人员，保证问题尽快解决。在水电站中，辅助设备占据重要地位，必须严格监控电气自动化系统设备，一旦发生突发事件，可快速发出警示，作出应急处理措施。

综上所述，随着社会经济水平的不断提高，科学技术不断发展，电气自动化程度是水电站现代化的基本标志，是水电站发展的必然趋势。在实际应用过程中，可利用电气自动化，实现对水轮发电机组、辅助设备的自动控制和监视监控运行工况等，全方位促进水电站实现自动化运行，提升系统可靠性、提高运行的经济性、提高电能质量，提高生产效率，降低经济成本，创造更大的经济收益，促进企业优化进步，带动区域经济发展。