自動化技術(shù)在水電站的作用和效益

劉冬紅

摘 要：本文簡要介紹了我國水能蘊藏量及水電資源的優(yōu)勢和利用狀況，指出與發(fā)達國家相比在自動化程度、安全性能、事故發(fā)生率和電能質(zhì)量等方面的差距，分四個方面闡述了自動化技術(shù)在水電站中的作用，及實際運用中的效果。

關(guān)鍵詞：水電站自動化 可靠性 經(jīng)濟性 電能質(zhì)量 生產(chǎn)率 效益

中圖分類號：F407.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0119-01

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和能源的匱乏，以及人們環(huán)保意識的加強，水電作為清潔、環(huán)保的綠色能源順應(yīng)了形勢的要求。我國水能蘊藏量6.9億千瓦，居世界首位。目前全國1/3以上地區(qū)電力資源由水電站提供，這幾年我國水電建設(shè)發(fā)展非?？欤b機容量已達2.3億千瓦，年發(fā)電量59200億kWh，但與發(fā)達國家相比，在自動化程度、安全性能、事故發(fā)生率和電能質(zhì)量上，都存在著不少差距。特別是早期興建的水電站，受技術(shù)水平和社會條件限制，基本沒自動化功能，大都是手動常規(guī)控制的人工操作模式，中小型水電站自動化更是幾乎為零。

1 自動化技術(shù)在水電站的作用

水電站運用自動化技術(shù)，不僅可以通過預(yù)先設(shè)定的計劃或程序?qū)Ω鞣N設(shè)備信息進行采集、處理和管理，還能全面的對電站生產(chǎn)過程進行操作、控制和監(jiān)視，保障在無人（或少人）情況下安全穩(wěn)定運行。是提高電站安全、經(jīng)濟運行和管理水平的技術(shù)手段，也是衡量水電站現(xiàn)代化水平高低的重要標志，作用主要體現(xiàn)在以下四個方面。

（1）全面提升操作和控制工作的可靠性。

水電站應(yīng)用自動化技術(shù)，一方面，可以對水輪發(fā)電機組的運行方式進行自動化控制，實現(xiàn)開機、停機、并列、發(fā)電與調(diào)相切換等操作自動化。同時，通過各種自動裝置快速、準確、及時地進行觀察、監(jiān)測、記錄和報警，對上述各項操作按設(shè)定的程序自動控制，防止不正常工作狀態(tài)發(fā)展成事故，并自動迅速對發(fā)生事故的設(shè)備采取保護措施使其免遭更嚴重的損壞，保證發(fā)供電的可靠性。另一方面，通過各種自動裝置采集、分析處理各類數(shù)據(jù)，迅速、準確、有效對發(fā)電機、水輪機、勵磁及調(diào)速裝置、機組附屬設(shè)備的電氣量、非電氣量、脈沖量、開關(guān)量和主要設(shè)備運行工況做出正確診斷、訊速處理，減少誤操作的可能，減少發(fā)生事故的機會，大大加快操作或控制的過程。特別是在發(fā)生事故的緊急情況下，能迅速自動做出檢測并啟動安全保護，快速控制事故的延誤和擴大，從而全面提升操作和控制工作的可靠性。

（2）大大增強了運行中的協(xié)調(diào)性和經(jīng)濟性。

水電站應(yīng)用自動化后，可根據(jù)系統(tǒng)要求以及分配給電站的負荷和電站的具體條件，按高水頭運行的原則，合理選擇開機臺數(shù)，在機組間實現(xiàn)負荷的經(jīng)濟分配，根據(jù)系統(tǒng)負荷變化自動合理的調(diào)節(jié)機組的有功和無功功率等。此外，當工作機組發(fā)生事故或電力系統(tǒng)頻率降低時，自動開啟并投入備用機組；當系統(tǒng)頻率過高，自動調(diào)整或解除運行機組保持高效運行，以獲得更好的經(jīng)濟效益。此外，水電站通常是水力資源綜合利用，許多還兼顧防洪、灌溉、航運等多項要求，經(jīng)濟運行條件復(fù)雜，只憑人工控制分配、調(diào)度工作過程繁瑣，而自動化技術(shù)能夠有效彌補這方面缺陷，提高電站經(jīng)濟運行任務(wù)的目標。對具有調(diào)節(jié)能力的電站，自動化技術(shù)不但可對水庫來水進行預(yù)報、計算，還可綜合水位、流量、系統(tǒng)負荷和機組參數(shù)等參量，按照經(jīng)濟運行原則自動控制，自動維持發(fā)電機組的最佳運行態(tài)勢，大大提高運行的經(jīng)濟性。

（3）提高電能質(zhì)量，保障電能輸出質(zhì)量和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量好壞的二個最基本指標，根據(jù)《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》和《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》的規(guī)定，電力電壓正常偏差不得超過額定值的±5%、頻率正常偏差不得超過額定值的±0.2～±0.5 Hz，電壓或頻率的穩(wěn)定主要取決于發(fā)供電中無功功率和有功功率供給的平衡度，而自動化技術(shù)能自動控制發(fā)電機頻率和電壓，迅速而又準確地調(diào)節(jié)發(fā)電機組輸出的無功功率和有功功率，保證發(fā)供電的電壓和頻率在規(guī)定范圍內(nèi)。特別是在發(fā)生事故的情況下，快速的調(diào)節(jié)和控制，對迅速恢復(fù)電能質(zhì)量具有決定性的意義，這個過程，單純靠人工手動直接操作步驟多、操作繁瑣、時間長，自動化裝置的特點是快、精、準，顯然不論是速度方面還是在精度方面人工手動都是難于實現(xiàn)的。所以，在電站中運用自動化技術(shù)，是提高電能質(zhì)量，保障電能輸出質(zhì)量和電網(wǎng)運行穩(wěn)定性的一個重要措施。

（4）優(yōu)化勞動生產(chǎn)率、改善勞動環(huán)境，為減員增效創(chuàng)造條件。

水電站一般地處偏僻山區(qū)、荒郊野外，工作環(huán)境和工作條件都比較差。實行自動化后，當出現(xiàn)異常或發(fā)生事故時，能迅速而自動地采取相應(yīng)的保護措施，如：發(fā)出警報信號或緊急停機。此外，像對發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子回路各電量的監(jiān)視；對發(fā)動機定子繞組和鐵芯以及各部軸承溫度的監(jiān)視；對機組潤滑和冷卻系統(tǒng)工作的監(jiān)視；對機組調(diào)速系統(tǒng)等輔助設(shè)備運行工況的監(jiān)視等許多工作，都可由各種自動裝置按一定的程序自動完成。自動化代替人工操作及定時巡回檢查、記錄等繁雜勞動，大大減少運行人員工作量和勞動強度，同時可相應(yīng)減少運行人員的數(shù)量，改變水電站人多、效率低的落后局面，向無人（少人）值守方式過渡，優(yōu)化勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，為減員增效創(chuàng)造條件。

2 實際中的作用和效果

從長遠來發(fā)展來看，自動化技術(shù)取代傳統(tǒng)的人工操作控制為主的手動模式，是水電站現(xiàn)代化管理發(fā)展的大勢所趨，自動化技術(shù)優(yōu)化水電站運行模式有著無可比擬的優(yōu)勢。如：浙江省慶元蘭溪橋水電站，在報廢重建中采用專家建議的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)按“無人值班、少人值守”的原則設(shè)計，具有遙控、遙調(diào)、遙測、遙信、遙視“五遙”功能；集監(jiān)測、控制、保護、視頻監(jiān)視、電度量電費統(tǒng)計及管理于一體，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計，以工業(yè)級計算機為上位機，由可編程序邏輯控制器PLC為基礎(chǔ)的機組公用現(xiàn)地控制單元為下位機、微機保護裝置、智能參數(shù)測量裝置和視頻采集裝置等組成。通過二年的運行，采用自動化技術(shù)后大大提高了水資源的利用率，年平均發(fā)電量增加了6%，電能質(zhì)量也有明顯提升，減少了運行人員20%，減少了相應(yīng)的生活辦公支出近10%，經(jīng)濟效益明顯。

3 結(jié)語

實際證明自動化技術(shù)在水電站作用和效果十分巨大，而我國早期興建的水電站大都已到報廢重建年限，其中又以中、小型水電站居多，在這些中、小型電站報廢重建中推廣運用自動化技術(shù)，不僅可以明顯提升水電站的經(jīng)濟效益，還可最大限度地優(yōu)化提高我國水電資源利用率，具有極其重要的意義和廣泛的前景！

參考文獻

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