小型水電站自動化改造分析

戴正科

摘要：本文首先詳細分析小型水電站自動化作用，并且以此作為基礎(chǔ)條件，充分結(jié)合小型水電站自動化問題進一步總結(jié)出小型水電站自動化改造策略。

關(guān)鍵詞：小型水電站;運行效率;引水系統(tǒng);技術(shù)水平

小型水電站在整個行業(yè)中占據(jù)了十分重要的發(fā)展地位，普遍具備較高的發(fā)電水平和效率，為此在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展背景下，自動化控制系統(tǒng)在小型水電站運轉(zhuǎn)模式下得到了廣泛的推廣和宣傳。

一、小型水電站自動化作用

（一）提升運行標準化

傳統(tǒng)小型水電站運轉(zhuǎn)過程中，一般需要通過人工操作和系統(tǒng)控制等技術(shù)模式開展日常管理，雖然可以有效滿足水電站的日常運轉(zhuǎn)基礎(chǔ)要求，但是人為因素造成的影響則可能產(chǎn)生嚴重的遺漏問題，此種模式同樣增加了小型水電站自動化運轉(zhuǎn)過程中造成的安全風(fēng)險和事故產(chǎn)生幾率，最終影響小型水電站基礎(chǔ)設(shè)備在實際運轉(zhuǎn)過程中的應(yīng)用水平。其中自動化系統(tǒng)在信息操作技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)操作技術(shù)的不斷支持條件下，能夠針對小型水電站的運行情況開展系統(tǒng)化控制和管理，致使水電站各個施工項目以及運行設(shè)備在程序指令條件下可以更加穩(wěn)定且安全運轉(zhuǎn)，從根本上避免由于人為操作失誤造成的問題產(chǎn)生，此種模式能夠有效減少小型水電站基礎(chǔ)運行產(chǎn)生的基礎(chǔ)概率，全面提高設(shè)備運行質(zhì)量水平。

（二）提高運行效率

小型水電站在自動化系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中使用先進的科學(xué)技術(shù)可以有效提高運行質(zhì)量水平，進而有效完善由于人工操作存在的不足，除此之外，小型水電站在自身運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)上體現(xiàn)出較強專業(yè)化特點，為此技術(shù)人員需要充分利用信息操作技術(shù)、計算機控制技術(shù)等自動化系統(tǒng)針對水電站設(shè)備智能化控制和管理，有效防止小型水電站在運轉(zhuǎn)過程中可能產(chǎn)生問題以及故障的基礎(chǔ)概率。現(xiàn)階段小型水電站在發(fā)展的過程中會受到用電環(huán)境的影響，因此對其運行也提出了越來越多的要求，而自動化系統(tǒng)可以滿足不同的需求，并體現(xiàn)出水電站的現(xiàn)代化發(fā)展水平，為水電站運行效率及質(zhì)量的提升提供良好的技術(shù)支持[1]。

（三）提高運行安全性

根據(jù)目前小型水電站自動化運轉(zhuǎn)系統(tǒng)的實際應(yīng)用現(xiàn)狀進行詳細分析，具有高層次技術(shù)水平可以不斷提高設(shè)備運轉(zhuǎn)的安全系數(shù)，就新一步滿足小型水電站多元化運行需求，同時自動化管理系統(tǒng)則可以利用信息監(jiān)測設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等針對水電站運行過程中各項信息數(shù)據(jù)進行快速監(jiān)測、信息記錄以及系統(tǒng)傳遞，并且針對水電站實際運行情況開展全面干預(yù)操作，進而及時且有效的針對小型水電站故障區(qū)域進行結(jié)構(gòu)定位，防止由于設(shè)備故障問題對水電站帶來的嚴重安全隱患和故障問題，同時，自動化系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)過程中還可以針對水電站實際運轉(zhuǎn)情況開展實施且全面的監(jiān)督和控制，及時反饋出水電站基礎(chǔ)運行狀態(tài)，最終為水電站的安全運行提供更加穩(wěn)定的保證。

二、小型水電站自動化問題

在大多數(shù)自主建立成的小型水電站建設(shè)在20世紀90年代初期，因此以上設(shè)備和系統(tǒng)已經(jīng)運行了至少20多年，無論是機械設(shè)備使用壽命還是零部件維護都需要進行完善和改造，以上小型水電站由于建設(shè)規(guī)模相對較小，并且引水系統(tǒng)建設(shè)十分簡單，設(shè)備數(shù)量和種類同樣較少，所以大多數(shù)小型水電站需要根據(jù)實際地形情況建立。

（一）線路電壓較低

由于小型水電站系統(tǒng)運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)上總體裝機基礎(chǔ)容量相對較小，所以其線路電壓一般為10kV等級，并且線路傳輸距離不長，所以線路需要連接至其電站附近的10kV的電網(wǎng)系統(tǒng)，不能單獨鋪設(shè)電力線路傳輸結(jié)構(gòu)[2]。

（二）單機容量較小

為了進一步使用基礎(chǔ)引水數(shù)量，從根本上提升小型水電站單機利用時間，系統(tǒng)需要設(shè)置機臺機組設(shè)備，而在總體設(shè)備基礎(chǔ)容量不斷降低情況下，其單機容量則必然會不斷降低，但是所降低的設(shè)備通常情況下不會超過單機的1000kW。

（三）設(shè)備額定電壓較低

由于單機設(shè)備的基礎(chǔ)容量不斷降低，為了盡可能減少經(jīng)濟支出成本，系統(tǒng)需要使用低壓機組，并且額定電壓一般為400 V。但是小型水電站無論是設(shè)備還是結(jié)構(gòu)零部件已經(jīng)經(jīng)過長時間的運轉(zhuǎn)，所以在設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中展現(xiàn)出越來越多的問題和不足，并且該問題越來越嚴重，甚至影響正常的生產(chǎn)和管理，無法滿足施工現(xiàn)場安全運行的基礎(chǔ)需求。

1.技術(shù)不足

在現(xiàn)代化經(jīng)濟不斷發(fā)展背景下，小型水電站的技術(shù)人員和日常維護人員的老齡化問題十分嚴重，此種現(xiàn)狀致使運行管理部門正面臨著銜接不順暢問題產(chǎn)生。

2.設(shè)備老化嚴重

大多數(shù)小型水電站的建設(shè)之間相對較長，所以導(dǎo)致機組老化問題十分穩(wěn)重，其設(shè)備的運行效率不斷降低，長此以往則會嚴重影響電站基礎(chǔ)發(fā)電效果和質(zhì)量，并且自身存在著十分嚴重的安全隱患和問題。

3.動化水平低

我國大多數(shù)小型水電站在基礎(chǔ)建設(shè)過程中仍然停留在人工手動操作技術(shù)水平，其中包含：手動開機、手動停止運轉(zhuǎn)、手動切換勵磁以及手動剎車等，所以該設(shè)備機組的啟動和停止同樣處于傳統(tǒng)的人工操作模式，此種運轉(zhuǎn)方式導(dǎo)致自動化水平同樣較低，其基礎(chǔ)電力能量不高。

4.繼電保護水平較低

現(xiàn)階段大多數(shù)小型水電站所使用的繼電器仍然依靠大量的小型機組設(shè)備進行繼電保護，由于此種種類的繼電保護線路連接相對比較復(fù)雜，并且設(shè)備故障幾率相對較高，為此使用此種工作模式來說，遠遠無法跟上現(xiàn)代化時代的發(fā)展角度。

三、小型水電站自動化改造策略

（一）計算機監(jiān)控系統(tǒng)

小型水電站在自動化系統(tǒng)構(gòu)建環(huán)節(jié)上，視頻監(jiān)控系統(tǒng)則成為了小型水電站自動化系統(tǒng)的核心條件，為此計算機視頻監(jiān)控系統(tǒng)則根據(jù)水電站實際情況針對系統(tǒng)輔助功能進行全面完善和優(yōu)化，此種模式可以致使計算機系統(tǒng)在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)上更好地發(fā)揮出系統(tǒng)控制功能。為此技術(shù)人員需要根據(jù)實際情況針對小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行全面選擇，通常情況下，小型水電站主要以全自動化計算機監(jiān)控系統(tǒng)作為主要模式，然而實際針對老舊水電站進行結(jié)構(gòu)改造實施環(huán)節(jié)上，一般需要利用計算機系統(tǒng)以及常見控制設(shè)備相互結(jié)合，最終完成對水電站計算機的監(jiān)控功能[3]。

（二）消防監(jiān)控系統(tǒng)

消防數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)過程中主要針對水電站的火情進行常規(guī)檢測，為此該管理區(qū)域設(shè)置在小型水電站的主要廠房、副廠房以及主要管理區(qū)域等重要的核心區(qū)域，消防監(jiān)控系統(tǒng)通常采用火情探測器，當有火情出現(xiàn)時，探測器就會發(fā)出一種信號，該信號經(jīng)過一定的處理，進而產(chǎn)生相應(yīng)的報警信號，并將處理的信息通過串行通信接口與水電站的計算機監(jiān)視系統(tǒng)進行通信，確定火災(zāi)的具體位置及火災(zāi)處理措施，這種異步通信的方式對于火情的及時發(fā)現(xiàn)和解決有一定的積極作用?？傊娬鞠辣O(jiān)控系統(tǒng)不僅具有一定的監(jiān)控作用，同時在一定程度上實現(xiàn)了對水電站的通風(fēng)以及滅火系統(tǒng)的控制。

（三）自動化系統(tǒng)

在小型水電站運轉(zhuǎn)過程中，自動化系統(tǒng)可以能夠獨立指揮水電站相應(yīng)設(shè)備的自動化控制和調(diào)節(jié)功能，有自動化保護裝置自身屬于相對獨立的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，所以根據(jù)水電綜合自動化系統(tǒng)來說，想要從根本上提升經(jīng)濟收益，就需要確保水電站自動控制設(shè)備是自身具備高效性、穩(wěn)定性以及可靠性，并且需要與計算機的基礎(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)開展科學(xué)、合理的配套操作。計算機系統(tǒng)自動化系統(tǒng)操作過程中，自動化操作主要針對水電站主要設(shè)備以及輔助設(shè)備進行嚴密的控制和管理，進而針對小型水電站設(shè)備運轉(zhuǎn)質(zhì)量進行全面保證。

（四）保護系統(tǒng)

小型水電站的自動化操作系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)上主要針對發(fā)電設(shè)備進行全面保護，盡可能避免由于發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生故障問題導(dǎo)致的安全風(fēng)險問題，所以為了盡可能優(yōu)化和完善保護系統(tǒng)的應(yīng)用功能，需要針對其系統(tǒng)開展全面改革?，F(xiàn)階段我國大多數(shù)小型變電站應(yīng)用環(huán)節(jié)上普遍使用DSA 保護和監(jiān)控系統(tǒng)針對發(fā)電設(shè)備進行全面保護，其中系統(tǒng)的間隔結(jié)構(gòu)層和控制結(jié)構(gòu)層可以有效對小型水電站各個施工現(xiàn)場開展合理化管理，并且與自動化系統(tǒng)進行相互聯(lián)合，及時將小型水電站施工現(xiàn)場所包含的信息和數(shù)據(jù)進行反饋處理。除此之外，將該保護系統(tǒng)應(yīng)用至自動化運轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制效果，一定程度上還可以致使設(shè)備基礎(chǔ)保護系統(tǒng)可以精準的針對小型水電站的運行模式和狀態(tài)開展全面監(jiān)控，一旦小型水電站產(chǎn)生故障問題以及安全風(fēng)險時，保護系統(tǒng)能夠及時處理相關(guān)，最大程度防止小型水電站受到破壞。

結(jié)束語：

由此可見，自動化系統(tǒng)已經(jīng)普遍應(yīng)用于小型水電站中，因此需要對自動化系統(tǒng)進行科學(xué)合理的設(shè)計及優(yōu)化，以此來對水電站進行現(xiàn)代化、科技化的管理，所以只有對自動化系統(tǒng)改造措施進行應(yīng)用及調(diào)整，才能為小型水電站的運行提供保障。

參考文獻

[1]汪勇、王威、黃健新、梁詩遙、朱良祖、楊杰. 基于S7-1200 PLC小型水電站控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 工業(yè)控制計算機， 2020， 33（9）：3.

[2]周培孝， 劉呂娜， 嚴結(jié)實. 基于可編程芯片實現(xiàn)半周期精確測頻及其在小水電站測頻穩(wěn)速中改造的應(yīng)用[J]. 電氣技術(shù)， 2019， 20（11）：5.

[3]程淑芬， 李運良， 鐘輝. 老壩表面變形監(jiān)測自動化改造方案研究——以浪詳水電站和巖寨水電站為例[J]. 紅水河， 2021， 40（4）：5.