水電站電氣自動化應用不足點分析及解決措施

謝菲菲

（東方電氣集團國際合作有限公司，四川 成都 611731）

電力能源是社會發(fā)展和進步的基礎所在。我國的電力能源主要由火電、水電、核電以及新能源發(fā)電構成，其中火電和水電占據(jù)了較大的比重。而在強調(diào)環(huán)保的今天，水力發(fā)電成為了加快電力體系改革，優(yōu)化電力生產(chǎn)結(jié)構，實現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)的關鍵所在。因此，為達到提高水利發(fā)電的綜合質(zhì)量和效益，國家不僅加大了建設水電站的力度，更大力推動了電氣自動化技術在水力發(fā)電事業(yè)中的廣泛應用。電氣自動化技術的應用，不僅降低了運行人員的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，而且還有利于降低生產(chǎn)成本，提高電站的經(jīng)濟效益。

1 水電站電氣自動化應用的基本內(nèi)容

為滿足社會發(fā)展對于電力能源的基本需求，加強對于水力資源的充分利用。我國的水電站規(guī)模處于一種不斷擴大的狀態(tài)，而電氣設備的數(shù)量也隨著規(guī)模的持續(xù)擴大而增多。由于各種電氣設備之間的緊密聯(lián)系性，很多設備依靠人工管理和操作的方式很難滿足水電站的實際生產(chǎn)需求，因此電氣自動化技術在水電站領域的應用要求也越來越高，水電站電氣自動化成為了行業(yè)內(nèi)部關注的焦點所在。

水電站的主要設備包括水輪發(fā)電機組、調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)、輔助機械系統(tǒng)、發(fā)電機出口斷路器、廠用電設備、變壓器、輸電線路等，而電氣自動化系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)對此類設備的自動化控制，更能夠加強對于此類設備的保護力度。當任何設備出現(xiàn)故障或異常時，電氣自動化系統(tǒng)通過分析采集的數(shù)據(jù)自動診斷故障原因并作出相應的判斷，并可以自動停止相應設備的運行，發(fā)出自動報警，等待工作人員進行現(xiàn)場檢查，以保證在最短的時間內(nèi)最大限度地保證水電站的安全性，避免故障問題擴大化。在整個過程中，運行人員可以通過PC 人機界面對各個系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，具有較高的靈活性、直觀性和集成性。

其中，水輪發(fā)電機組作為水電站最核心的設備，其在線監(jiān)測系統(tǒng)也尤為重要。水輪發(fā)電機組在線監(jiān)測系統(tǒng)通過在機組的不同位置配置安裝不同的自動化原件，對機組的蝸殼壓力、氣隙、振動擺度、壓力脈動、發(fā)電機局部放電、主軸電流、轉(zhuǎn)子溫度、磁場強度等重要監(jiān)測參數(shù)進行實時數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集單元通過通信系統(tǒng)，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿娬颈O(jiān)控系統(tǒng)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理，并進行實時診斷。水輪發(fā)電機組的在線監(jiān)測系統(tǒng)大大提高了機組運行的安全性和穩(wěn)定性，保證了水電站的年發(fā)電量，從而進一步提高了水電站的發(fā)電效益。

2 水電站電氣自動化應用不足之處分析

2.1 電氣自動化程度不足

現(xiàn)階段，電氣自動化的運行管理方式已經(jīng)在各個水電站當中得到了廣泛的應用。為順應時代發(fā)展的趨勢，我國的大多數(shù)水電站針對自動化設備、技術的投入較高，自動化系統(tǒng)的先進程度較高，很多電站可以實現(xiàn)無人值守。然而，從各個水電站對于電氣自動化系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀來看，中小型容量的水電站自動化程度相對較低，建設時間較早的水電站電氣自動化程度由于當時自動化技術水平不高導致其自動化程度較低。

對于中小型容量的水電站，由于總投資相對較低，從而限制了配置比較全面的、當下最先進的自動化元件，電站控制系統(tǒng)配置也會相對較低。電氣自動化程度較低必然會導致對某些設備的某些參數(shù)無法自動監(jiān)測或者數(shù)據(jù)處理速度較低，導致設備出現(xiàn)故障或異常時，系統(tǒng)很難自動識別和判斷，這樣處理故障和異常情況必須由技術人員根據(jù)個人專業(yè)知識和經(jīng)驗來進行排查。

對于建設較早的老水電站，由于當時的技術局限導致了電站電氣自動化水平較低。盡管部分老水電站通過改造引入了新的自動化設備及控制系統(tǒng)，但由于新設備與舊設備之間存在兼容問題，其自動化的功能無法得到充分利用和有效發(fā)揮，從而導致水電站的正常運行依然需要很多運行人員參與其中，既浪費了資金，又無法達到電氣自動化的預期目標。

2.2 自動化管理水平不足

目前，許多水電站都存在對電氣自動化系統(tǒng)的后期維護和管理水平不足的問題，從而導致電氣自動化系統(tǒng)的許多功能無法得到充分的利用。比如，當今人工智能技術在電氣自動化系統(tǒng)中的應用越來越廣泛和深入，由于人工智能技術的發(fā)展與革新日新月異，如果運行人員不能與時俱進的對人工智能技術進行學習和培訓，那么人工智能技術就無法在電氣自動化系統(tǒng)中發(fā)揮其更為先進的作用。而從水電站建設規(guī)劃的角度來看，電氣自動化系統(tǒng)的應用意味著水電站不僅需要引入全新的電氣設備，更要對設備布局、接口、冗余等提前進行規(guī)劃設計，而一些老舊水電站由于運行時間較長，其在建設階段沒有考慮到后期的設備升級改造問題，由于前期設計理念不夠超前，從而導致無法引入先進的電氣自動化系統(tǒng)。

3 提高水電站自動化水平的解決措施

3.1 優(yōu)化水電站設計

首先，為提高水輪發(fā)電機組的自動化程度，設計人員需要根據(jù)水電站自身工作環(huán)境及客觀條件，充分考慮機組選型設計的合理性，確保水輪發(fā)電機組可以在各種工況下運行時取得相對最優(yōu)運行指標。其次，關于除主機以外的設備設計選型，要在保證系統(tǒng)安全可靠的前提下，遵循效益最大化原則。這樣可以在允許的預算范圍內(nèi)，盡可能地提高電氣自動化系統(tǒng)的配置水平。比如，在條件允許的情況下，配置精度更高的自動化原件，增加監(jiān)測位置，繼電保護冗余配置，配置當下最主流的上位機系統(tǒng)且對于核心功能的設備進行冗余配置等。

從長遠角度出發(fā)，水電站在初期設計階段還需要充分考慮到將來電站擴容或改造的需要，主要從以下幾點考慮。第一，按照當下最主流的通信規(guī)約進行設備選型，以便解決將來擴容或改造帶來的電氣自動化系統(tǒng)的站內(nèi)通信和遠程通信的兼容問題；第二，按照“無人值守”的設計原則和配置，預留遠程監(jiān)控接口；第三，監(jiān)控系統(tǒng)接口便于擴展，保證將來電氣自動化系統(tǒng)的升級需要。

3.2 提高運行人員的自動化管理水平

個別電站運行人員缺乏自動化管理意識，專業(yè)技能以及操作經(jīng)驗不足也是導致水電站電氣自動化系統(tǒng)運行效果不佳的主要因素之一。為達到提高運行人員的綜合業(yè)務能力，水電站方面可以從以下幾個方面開展工作：一是加強對于運行人員的業(yè)務及技術培訓。水電站方面可以定期組織培訓工作，向基層的工作人員講解各個自動化系統(tǒng)及設備的運行原理和操作要點，確保運行人員在掌握基本操作要領的情況下才能批準其上崗工作。同時，定期培訓可以保證運行人員了解最新的電氣自動化技術，與時俱進。二是鼓勵運行人員互相交流，加強技術探討，互相交流自己在日常工作過程中所遇到的問題或現(xiàn)象，并通過共同探討的方式來實現(xiàn)問題的解決。三是采取輪崗制度。為確保運行人員可以充分了解電氣自動化系統(tǒng)的運行原理及各個環(huán)節(jié)的運行狀態(tài)，水電站方面可以采取輪崗制度，在特定的時間周期進行崗位的輪換，讓每一位工作人員熟悉每個工作崗位的基本內(nèi)容。

4 結(jié)語

綜合來看，電氣自動化系統(tǒng)已經(jīng)成為了水電站不可或缺的一部分。各類先進自動化技術會不斷與水電站的發(fā)電體系相融合，其自動化程度也會相應得到提高。實踐證明，電氣自動化水平的持續(xù)提高會進一步提高水電站的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，為社會創(chuàng)造更大的效益。水電站方面需要正確看待時代發(fā)展的趨勢，重視電氣自動化技術的引進以及人才的培養(yǎng)，積極順應時代發(fā)展趨勢，實現(xiàn)自身自動化水平的不斷提高。