淺析水力發(fā)電自動化

摘要：本文主要從水力發(fā)電及自動化的概述入手，針對水力發(fā)電自動化進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：水力發(fā)電；自動化

一、水力發(fā)電及其自動化的概述

1、我國水力發(fā)電的背景

水力發(fā)電是利用水從高處下落產(chǎn)生的巨大動能來進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換從而發(fā)電的，水流向下降落所產(chǎn)生的能量是十分可觀的，利用這種自然能源可以環(huán)保的進(jìn)行發(fā)電。現(xiàn)有的國家水力發(fā)電工程有很多，最為有名的還為三峽發(fā)電站。在利用自然水流流動所產(chǎn)生的動力時發(fā)現(xiàn)不同的時間以及季度中水流的速度都不相同，有時在夏季缺水時所出現(xiàn)的問題就是無法利用發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電，這就使得發(fā)電受到了環(huán)境的制約，給日常的供電帶來的諸多的不便。為了解決這一實(shí)際性的問題，水力發(fā)電技術(shù)又進(jìn)一步發(fā)展了一種新的蓄水發(fā)電技術(shù)。蓄水發(fā)電顧名思義就是在雨水充沛的季節(jié)將河水進(jìn)行積攢，在雨水缺乏的季節(jié)再將積攢的水放出，利用放出水產(chǎn)生的動力進(jìn)行水力發(fā)電[1]。這種蓄水發(fā)電技術(shù)比傳統(tǒng)的水力發(fā)電技術(shù)對水的利用更加有效，對日常供電的穩(wěn)定也起著重要的作用。蓄水發(fā)電技術(shù)的發(fā)展是水力發(fā)電的重要發(fā)展階段，在近些年中，環(huán)保成為了我們身邊的熱門詞匯，發(fā)電也朝著環(huán)保的方向進(jìn)行著。

2、水力發(fā)電自動化的重要性分析

2.1 有效促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高

水力發(fā)電應(yīng)用自動化技術(shù)可以提高水力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益，也是水力發(fā)電運(yùn)用價值的充分體現(xiàn)。水利發(fā)電可以通過自動化技術(shù)，使與其相關(guān)的設(shè)備機(jī)組在電力負(fù)荷允許的情況下產(chǎn)生更多的電能，在安全的基礎(chǔ)上進(jìn)行高效工作，全面提高水力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用自動化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)資源的充分利用，在水量不同的情況下合理選擇設(shè)備開機(jī)臺數(shù)。

2.2 有效提高設(shè)備的運(yùn)行效率

自從水力發(fā)電引用自動化技術(shù)以來，設(shè)備可以依靠自動化系統(tǒng)對水力發(fā)電進(jìn)行綜合管理和控制，同時可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題和異?，F(xiàn)象，對其進(jìn)行檢測、分析、處理，降低故障發(fā)生幾率，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，為水利發(fā)電設(shè)備提供安全保障。水力發(fā)電自動化技術(shù)應(yīng)用之后，大大節(jié)約了人力資源的消耗，同時降低了操作失誤現(xiàn)象，提高了設(shè)備工作效率。

2.3 有效提高電能質(zhì)量

由于社會生產(chǎn)的加快以及人民生活水平的提高，人們對于電能的質(zhì)量要求也越來越高，據(jù)相關(guān)電力市場調(diào)查顯示，關(guān)于電能質(zhì)量問題的起因，自然因素占絕大部分，而水力發(fā)電對于自然因素的依賴性較強(qiáng)。而自動化技術(shù)可以緩解這一弊病，提高電能的質(zhì)量。評判電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)在于實(shí)際電壓以及頻率。其中，通常情況下，對于電壓的要求是要在額定電壓±5%的范圍內(nèi)變化，而對于頻率而言，其要求就是在額定頻率的士0.2-0.5Hz范圍內(nèi)波動。因此，確保實(shí)際電壓與實(shí)際頻率在規(guī)定范圍，將有效地提升水力發(fā)電站產(chǎn)生電能的質(zhì)量。水力發(fā)電站產(chǎn)生的電能在電壓與頻率方面主要是通過系統(tǒng)對其進(jìn)行變壓與變頻，這是一項(xiàng)對精確性要求極高的操作，一般人工操作難以滿足，必須通過自動化技術(shù)對其進(jìn)行處理。因?yàn)殡妷号c頻率是一個時刻在變動的數(shù)值，必須經(jīng)由自動化技術(shù)葉其進(jìn)行快速與準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)并且進(jìn)行維持，保證水力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電量的高質(zhì)量輸送，自動化技術(shù)在水力發(fā)電站的實(shí)際工作中是不可或缺的。

2.4 有效降低人力成本

水力發(fā)電站基本上都建立在原理城區(qū)的位置，影響了工作人員的正常生活，不利于員工身心健康。此外，水力發(fā)電站運(yùn)行設(shè)備和自動化系統(tǒng)都需要進(jìn)行定期檢修和維護(hù)，增加了工作人員的工作量。利用自動化技術(shù)不僅提高水電站設(shè)備的運(yùn)行效率，同時提高了設(shè)備的監(jiān)測、檢查、分析處理問題的能力，減輕員工的工作重量和工作壓力，同時提高水力發(fā)電站的運(yùn)行管理水平。

二、水力發(fā)電自動化技術(shù)

1、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

在水力發(fā)電廠中，實(shí)時計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)是可行的，并且能夠有效提升水力發(fā)電廠的生產(chǎn)綜合效率。計(jì)算機(jī)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的基本配備為廠站級計(jì)算機(jī)、GPS時鐘同步系統(tǒng)、語音報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)調(diào)通信子系統(tǒng)、水情通信子系統(tǒng)、辦會信息網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)等，在對原有的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行改造后，計(jì)算機(jī)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，并且能最大限度的保護(hù)計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)中的硬件設(shè)備與軟件資源，為實(shí)現(xiàn)無人值班的自動化運(yùn)行莫定了良好的基礎(chǔ)基礎(chǔ)。

2、水輪機(jī)發(fā)電及自動化系統(tǒng)技術(shù)

水輪機(jī)發(fā)電及自動化系統(tǒng)的安裝需要精密仔細(xì)地進(jìn)行，安裝的過程不需要對其進(jìn)行環(huán)境溫度及其他物理上因素的控制，安裝后在室溫下再進(jìn)行一次校驗(yàn)。出于運(yùn)行環(huán)境考慮，元件要選用抗?jié)駸嵝?，并需要用止水帶對接線盒蓋螺紋連接等處進(jìn)行密封處理。開關(guān)的選擇采用兩種浮子開關(guān)，一種是干簧接點(diǎn)式，一種是帶旋轉(zhuǎn)凸輪的總成式。前者與水導(dǎo)浮子開關(guān)較為相似，后者與壓油裝置油罐的12對浮子接點(diǎn)較為相似，兩種均可通過改變實(shí)際液位至整定值再進(jìn)行調(diào)整。傳感器試驗(yàn)中使用數(shù)字式多功能表計(jì)，利用裝置內(nèi)部產(chǎn)生24V直流電為傳感器提供工作電源，輸出電流直接在其液晶顯示屏上讀取，可以方便地進(jìn)行元件調(diào)整。油位傳感器的調(diào)整也類似，當(dāng)實(shí)際油位處于其測量范圍低限時，調(diào)整調(diào)節(jié)螺絲使其輸出4mA，處于高限時，使輸出為20mA。

3、水力發(fā)電設(shè)備的集成化與智能化

集成化包括以下幾層含義功能，集成即把控制、維護(hù)、管理三個功能集成為一個整體。今后隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，還可能把更多的功能集成起來。目標(biāo)集成即把性能、可靠性、效益等子目標(biāo)集成為統(tǒng)一的目標(biāo)，使企業(yè)整體最優(yōu)、整體效益最大。信息集成即把整個企業(yè)的各種信息有機(jī)地組成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，自然在一個信息集成系統(tǒng)中必須保證信息的統(tǒng)一性、協(xié)同性、互操作性，妥善解決信息的矛盾與沖突。要想實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，就需要全面提高整個系統(tǒng)以及各個組成部分的精確度和智能功能。換言之，要想全面提高水力發(fā)電系統(tǒng)自動化技術(shù)，就要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的操作智能化、決策智能化和監(jiān)測智能化。所謂的智能化，就是系統(tǒng)的每個領(lǐng)域、監(jiān)測裝置、執(zhí)行裝置等都具有預(yù)設(shè)目標(biāo)分析、故障分析、決策分析和行為態(tài)勢分析。

4、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)組成比較復(fù)雜，但是對水利發(fā)電廠的改善效果很明顯。勵磁系統(tǒng)是指供給同步發(fā)電機(jī)勵磁電流的電源及其附屬設(shè)備，其主要組成部分是勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器。勵磁系統(tǒng)的主要作有：①根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持機(jī)端電壓為給定值；②控制并列運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無功功率分配；③提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性；④提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性；⑤在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進(jìn)行滅磁，以減小故障損失程度；⑥根據(jù)運(yùn)行要求對發(fā)電機(jī)實(shí)行最大勵磁限制及最小勵磁限制。

5、設(shè)備分布化布局