水電站電氣工程自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用

胡可心 章珈寧

[摘? ? 要]隨著我國(guó)電氣工程產(chǎn)業(yè)不斷提升，將水利工程同自動(dòng)化設(shè)計(jì)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，推動(dòng)電氣工程不斷發(fā)展。同時(shí)，依托互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將電氣工程同水利工程連接在一起，不斷促進(jìn)電氣工程自動(dòng)化的發(fā)展，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)智能化。為進(jìn)一步分析電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用效果，文章從理論角度分析，對(duì)水電站電氣自動(dòng)化的基本要素加以研究，對(duì)其運(yùn)用方式展開(kāi)論述。

[關(guān)鍵詞]水電站;電氣工程自動(dòng)化;應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）10–00–02

Automation Technology and Its Application in Electrical

Engineering of Hydropower Station

Hu Ke-xin，Zhang Jia-ning

[Abstract]China's electrical engineering industry continues to improve， connecting hydraulic engineering with automatic design， and promoting the continuous development of electrical engineering. At the same time， relying on the Internet platform， connect electrical engineering with hydraulic engineering， constantly promote the development of electrical engineering automation and promote industrial intelligence. In order to further analyze the application effect of electrical automation technology in hydropower station， this paper studies the basic elements of electrical automation in hydropower station from a theoretical point of view， and discusses its application mode.

[Keywords]hydropower station; electrical engineering automation; application

1 電氣工程自動(dòng)化技術(shù)對(duì)水電站的重要性

提升運(yùn)行穩(wěn)定性。水電站需要向外界穩(wěn)定的輸出電能，這就要求水電站的各項(xiàng)設(shè)備不能出現(xiàn)故障。自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是24 h全天候監(jiān)控，一旦某一個(gè)設(shè)備表現(xiàn)出和平常不一樣的舉動(dòng)，比如突然加速、表面冒煙等，那么電氣自動(dòng)化設(shè)備會(huì)自動(dòng)對(duì)異常情況拍照、錄像，上傳到指揮中心，同時(shí)拉響警號(hào)進(jìn)行預(yù)警。

保證電能的質(zhì)量。衡量電能質(zhì)量的三要素是電壓、頻率和波形，其中電壓和頻率分別與無(wú)功功率和有功功率有關(guān)。

系統(tǒng)無(wú)功功率充分，電壓水平就較高，系統(tǒng)無(wú)功功率缺乏時(shí)，電壓水平就較低。系統(tǒng)中無(wú)功電源與電壓調(diào)節(jié)設(shè)備包括同步發(fā)電機(jī)、輸電線路、并聯(lián)電抗器、并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、變壓器、靜止補(bǔ)償器7種，其中同步發(fā)電機(jī)是系統(tǒng)中最重要的無(wú)功補(bǔ)償源。因此，發(fā)電機(jī)通過(guò)裝設(shè)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置（AER）保證機(jī)端電壓水平。

系統(tǒng)負(fù)荷隨時(shí)會(huì)增加或減少，系統(tǒng)有功功率必須隨時(shí)處平衡狀態(tài)，以保證系統(tǒng)頻率在合格的范圍內(nèi)。發(fā)電機(jī)組可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)控制發(fā)出的有功，系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速下降，此時(shí)需增加發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)功率與系統(tǒng)功率變化量相等，系統(tǒng)負(fù)荷減少時(shí)，發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，需減少發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)功率與系統(tǒng)功率變化量相等。因此，發(fā)電機(jī)通過(guò)裝設(shè)功頻電調(diào)系統(tǒng)保證系統(tǒng)頻率在允許范圍內(nèi)波動(dòng)。

提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。水電站發(fā)電機(jī)在調(diào)整出力保證電能質(zhì)量的同時(shí)，應(yīng)使電網(wǎng)處在最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，從而輸送更多高質(zhì)量電能。若僅憑借人工管理操作則有可能會(huì)存在問(wèn)題和失誤，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠很好的彌補(bǔ)這一缺陷，提升水電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。提高生產(chǎn)效率。國(guó)家會(huì)將水電站建在偏僻、無(wú)人煙的地方，這些地方的工作條件比較差。利用電氣自動(dòng)化技術(shù)人員只需呆在辦公室對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控即可，參數(shù)也可直接在電腦上修改，既減輕工作量，又提高工作效率，一舉兩得。

2 水電站中電氣自動(dòng)化技術(shù)的基本要素

自動(dòng)監(jiān)測(cè)和調(diào)控水輪發(fā)電機(jī)組的工作流程。自從我國(guó)經(jīng)濟(jì)改革之后，有很多領(lǐng)域發(fā)生了巨大的改變，并且科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也突飛勐進(jìn)，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展是人們不可預(yù)測(cè)的，電氣自動(dòng)化技術(shù)也得到了很大的發(fā)展。水電站電氣自動(dòng)化可以監(jiān)測(cè)和調(diào)控水輪發(fā)展機(jī)組的工作流程，在這一流程中最大限度是憑借發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)完成的，監(jiān)控系統(tǒng)的使用是在先進(jìn)的通訊技術(shù)的支撐下來(lái)運(yùn)行的，然后通訊技術(shù)在把所有的信息傳輸?shù)诫娔X，電腦在根據(jù)以有的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析處理，最后通過(guò)一個(gè)設(shè)備把所有的工作命令傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，使水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行正常的運(yùn)行。國(guó)家為了更好地對(duì)水電站進(jìn)行控制，大部分都是借助了先進(jìn)的信息技術(shù)，這樣就可以對(duì)先進(jìn)的信息技術(shù)進(jìn)行控制。

自動(dòng)監(jiān)測(cè)和調(diào)控水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備。檢測(cè)內(nèi)容有兩個(gè)：①整個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況;②發(fā)電組中每一個(gè)部件的先后工作次序。目的是及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，包括設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)突然停止、部件工作次序混亂等。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后立即紅燈閃爍預(yù)警，并同步上傳指揮中心，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)立即停止設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。除了監(jiān)控之外，還需要對(duì)水電站中所有的設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)加看護(hù)，否則出現(xiàn)被偷的現(xiàn)象。從某種程度來(lái)說(shuō)，完善的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以保證水電站的安全、可靠。如果自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的傳輸?shù)剿娬局?，水電站那面的系統(tǒng)會(huì)發(fā)出一定的指令，需要工作人員第一時(shí)間去停止設(shè)備的運(yùn)行，然后在找出問(wèn)題發(fā)生的原因。通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能，能夠自動(dòng)地進(jìn)行水利工程方面的電氣管理。將設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中出現(xiàn)的相應(yīng)故障，以智能化的方式提醒工作人員，以及時(shí)解決相應(yīng)問(wèn)題，避免造成后續(xù)電氣方面出現(xiàn)更嚴(yán)重的故障。

3 水電站應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)化

自動(dòng)化工作模塊。要想發(fā)展自動(dòng)化控制、預(yù)警，建立自動(dòng)化工作模塊是必須的，技術(shù)人員將監(jiān)控系統(tǒng)同設(shè)備結(jié)合在一起，構(gòu)建計(jì)算機(jī)—設(shè)備協(xié)同工作的模塊化工作體系，提升水電站的運(yùn)行穩(wěn)定性和水電站員工的工作效率。引進(jìn)先進(jìn)操作程序或自己改進(jìn)舊有的，節(jié)省人力物力，減少維護(hù)資金的投入。技術(shù)人員可編程序控制器協(xié)調(diào)模塊的各個(gè)組成部分的工作，使各個(gè)部分有次序且高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，比如使用可編程序控制器調(diào)控微機(jī)繼電保護(hù)裝置、相關(guān)測(cè)控裝置，是這兩個(gè)設(shè)備在工作中配合得更好。此外，以自動(dòng)化工作模塊為核心的工作體系容納性較強(qiáng)，不僅可以監(jiān)控、控制微機(jī)繼電保護(hù)裝置，還可以控制其他的設(shè)備，甚至直接控制整個(gè)水電站的工作。利用模塊化的工作理念，以水電站指揮中心為模塊核心，科學(xué)監(jiān)控各個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，確保所有的設(shè)備都可以正常工作。

4 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用

4.1 自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)

借助于自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)能夠?qū)λ娬緝?nèi)的相關(guān)設(shè)備設(shè)施實(shí)施有效監(jiān)控，現(xiàn)階段一般選擇集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及總線監(jiān)控3種模式。集中監(jiān)控因?yàn)榧谢潭雀?，容易?duì)其運(yùn)算速度帶來(lái)影響，導(dǎo)致實(shí)際監(jiān)控效果有所下降。遠(yuǎn)程監(jiān)控依靠數(shù)個(gè)CPU統(tǒng)一運(yùn)行，這一模式能夠避免某一設(shè)備發(fā)生故障后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)影響，需要的電纜較少，成本相對(duì)較低，但因?yàn)槠洳扇AN總線設(shè)計(jì)，系統(tǒng)通信效率有所降低?？偩€監(jiān)控即是依靠局域網(wǎng)、以太網(wǎng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線、計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)對(duì)水電站相關(guān)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況予以監(jiān)控，這一監(jiān)控模式的主要優(yōu)勢(shì)是成本低，裝置獨(dú)立，系統(tǒng)可靠性較高。

4.2 電氣控制系統(tǒng)

水電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)是借助于計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，往往是借助于以太網(wǎng)和主機(jī)互聯(lián)的相關(guān)終端設(shè)備、開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)組成，同時(shí)按照監(jiān)控目標(biāo)保證自動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)放性和靈活性，隨后再配置相對(duì)應(yīng)的子系統(tǒng)，為調(diào)試與運(yùn)行工作的有序?qū)嵤┙o予便利。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)在開(kāi)展數(shù)據(jù)收集分析工作的過(guò)程中，相關(guān)設(shè)備的具體運(yùn)行狀況自動(dòng)記錄，能夠保證水電站管控工作的時(shí)效性，能夠提供報(bào)表自動(dòng)生成功能，為后續(xù)的日常維護(hù)保養(yǎng)工作帶來(lái)依據(jù)，確保信息資源共享目標(biāo)的最終實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步發(fā)揮出電氣控制系統(tǒng)的實(shí)效性。在電氣自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，不僅需要它本身進(jìn)行精準(zhǔn)有效的計(jì)算，還需要功能性完備的中央處理器對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)領(lǐng)。這電氣自動(dòng)化技術(shù)具有了集中性的特點(diǎn)，可以使之提高效率，節(jié)約成本。電氣工程自動(dòng)化的運(yùn)行一部分需要人為操控，另外一部分需要計(jì)算機(jī)參與運(yùn)轉(zhuǎn)。將該技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，不僅可以很好地降低誤差，還可以提高工程運(yùn)行的效率。在水利工程實(shí)施的過(guò)程中，將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到其中，以自計(jì)算機(jī)自身的高效率的運(yùn)行速度帶動(dòng)電氣工程自動(dòng)化運(yùn)行，不斷提升提高電氣工程的整體運(yùn)行效率。

4.3 提升水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制效果

電氣自動(dòng)化技術(shù)得以應(yīng)用后，要保證設(shè)備開(kāi)關(guān)啟閉的自動(dòng)化控制，同時(shí)確保設(shè)備相關(guān)操作都可以按照事先設(shè)定好的程序來(lái)自動(dòng)運(yùn)行，降低整組設(shè)備在工作時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)的概率。依據(jù)國(guó)家規(guī)定的發(fā)電機(jī)使用規(guī)定以及當(dāng)?shù)厮娬究陀^存在的短時(shí)間無(wú)法去除的一些情況，決定需要使用的發(fā)電機(jī)總量，對(duì)機(jī)組的要求是性能好、滿足發(fā)電要求。除此之外，還需要根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的負(fù)荷情況，實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。建立備用發(fā)電機(jī)組，一旦出現(xiàn)緊急情況不至于斷電。

4.4 繼電保護(hù)

繼電保護(hù)裝置其實(shí)就是就是對(duì)水電站中的所有的設(shè)備和系統(tǒng)都建立了繼電保護(hù)的機(jī)制，這樣在水電站中的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，將故障設(shè)備快速切除，其他設(shè)備繼續(xù)正常的運(yùn)行，最大限度地保證了發(fā)電的可靠性。繼電保護(hù)裝置在發(fā)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行時(shí)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置發(fā)出告警信號(hào)，并根據(jù)電壓、電流、阻抗等指標(biāo)判斷故障的嚴(yán)重情況，以確定是繼續(xù)運(yùn)行還是切除故障設(shè)備。在整個(gè)故障的全過(guò)程中，繼電保護(hù)裝置會(huì)記錄下電量變化和開(kāi)入開(kāi)出接點(diǎn)的變位，便于后期檢修人員進(jìn)行事故分析。

4.5 增強(qiáng)管理作業(yè)人員素質(zhì)

從現(xiàn)階段的具體情況而言，由于水電站運(yùn)行管理工作模式不合理，同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的普及程度不是很高，專業(yè)性較強(qiáng)，因此必須要針對(duì)水電站運(yùn)行管理工作人員進(jìn)行培訓(xùn)教育，不斷增強(qiáng)其專業(yè)素質(zhì)能力。首先，定期組織學(xué)習(xí)交流活動(dòng)，確保各個(gè)崗位的工作人員能夠相互溝通，有效交流;其次，針對(duì)新上崗工作人員必須對(duì)其實(shí)施崗前培訓(xùn)，保證其能夠了解相關(guān)規(guī)章制度，評(píng)價(jià)其專業(yè)工作能力是否符合崗位需求;再次，定期組織進(jìn)行專家講座活動(dòng)，所有運(yùn)行管理人員必須參與，讓其充分年掌握相關(guān)設(shè)備的規(guī)范操作要求和標(biāo)準(zhǔn);最后，對(duì)管理人員進(jìn)行輪換培訓(xùn)，培養(yǎng)更多的復(fù)合型人才，進(jìn)一步優(yōu)化水電站運(yùn)行管理工作人員隊(duì)伍結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文將從多個(gè)方面對(duì)水電站在電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析?？偠灾?，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，水電站的運(yùn)行在我國(guó)奠下了良好的基礎(chǔ)，并且對(duì)水電站的建立越來(lái)越受人們的關(guān)注了，因?yàn)槲覀兛梢杂谐渥愕乃Y源供給人們使用。水電站自動(dòng)化系統(tǒng)的改造，可以建立在綜合化網(wǎng)絡(luò)管理之上，構(gòu)建綜合性系統(tǒng)的水電站，并且要滿足單個(gè)設(shè)備使用的前提下，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。此外，電氣自動(dòng)技術(shù)的提高，不僅可以節(jié)省了大量的人力物力外，還可以提高水電站的工作效率，優(yōu)化和調(diào)節(jié)各種能源的結(jié)構(gòu)，促使水電站系統(tǒng)朝著全面優(yōu)化的方面發(fā)展。電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的不斷提高，需要引進(jìn)多個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，將各領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容不斷組合融合，切實(shí)強(qiáng)化電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用。切實(shí)提高電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在水利領(lǐng)域的優(yōu)化利用，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，不斷推動(dòng)我國(guó)電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在水利工程當(dāng)中做出貢獻(xiàn)。

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