電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用分析

李 偉

（中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川眉山 620860）

0 引言

電氣自動(dòng)化技術(shù)極大提高了設(shè)備的工作效率，推動(dòng)了運(yùn)行設(shè)備高效率高質(zhì)量運(yùn)行。水電站建設(shè)單位應(yīng)充分重視電氣自動(dòng)化技術(shù)的作用，加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，為水電站系統(tǒng)運(yùn)行提供配備符合水電站需求特點(diǎn)的自動(dòng)化設(shè)備，并提高自動(dòng)化設(shè)備管理水平。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用價(jià)值

（1）增強(qiáng)水電站運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性。保障電能的有效輸出是水電站運(yùn)行的主要任務(wù)，電氣自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用，借助計(jì)算機(jī)程序可以實(shí)時(shí)地監(jiān)控掌握水電站的各系統(tǒng)運(yùn)行情況，獲取實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測(cè)的質(zhì)量和速度，能夠保證水電站運(yùn)行的安全可靠。同時(shí)，可以有效地預(yù)判及發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)的故障，最大限度減少設(shè)備損害成本，從而提高水電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。提高水資源的綜合利用效率，還具備防洪、灌溉及保護(hù)水電站周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的功能。

（2）優(yōu)化資源配置。通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)，各型水電站都可以做到無(wú)人值班、少人值守的管理模式，減少管理人員，最大限度的優(yōu)化資源。

（3）保障電能質(zhì)量。利用自動(dòng)化技術(shù)控制電能轉(zhuǎn)化和傳輸?shù)倪^(guò)程，穩(wěn)定水電站系統(tǒng)的運(yùn)行電壓和工作頻率，確保電能的質(zhì)量安全。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的具體應(yīng)用

2.1 數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)

數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過(guò)有機(jī)整合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)等，針對(duì)某些區(qū)域發(fā)揮監(jiān)測(cè)控制功能。水電站應(yīng)用數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)，借助繼電器中的PLC 編程運(yùn)行，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，使水電站各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行都能夠通過(guò)編程節(jié)點(diǎn)完成信息數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收工作，可用于水電站重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測(cè)工作。

通過(guò)利用數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以對(duì)水電站內(nèi)的運(yùn)行情況，進(jìn)行全方位的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和管理。且監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)共享，提供給水電站內(nèi)有需要的工作人員。操作人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入所需查找的信息，即可快速準(zhǔn)確地顯示出來(lái)，使其能夠有針對(duì)性地開(kāi)展水電站內(nèi)的設(shè)備管理工作。數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，提高了水電站的工作效率，大大地縮減了水電站的管理成本，增強(qiáng)了水電站設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，推動(dòng)水電站管理工作朝著精細(xì)化、高質(zhì)量化的方向發(fā)展。

2.2 PLC 自動(dòng)化技術(shù)

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可編制存儲(chǔ)器中，水電站運(yùn)行系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備根據(jù)確定的操作流程、運(yùn)行頻率以及計(jì)算模式，搭建其系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，以圖表、圖像的形式將系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)呈現(xiàn)出現(xiàn)。這個(gè)過(guò)程就是PLC 技術(shù)在水電站中的工作原理。

PLC 技術(shù)是構(gòu)建水電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，在各控制系統(tǒng)都會(huì)配置。在水電站水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組部分的就是LCU 現(xiàn)地控制部分，利用自身配置的PLC，接收各個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)地安裝的自動(dòng)化元件上送的電信號(hào)，如在油、水、氣管部等部位安裝的壓力變送器、壓力開(kāi)關(guān)、電動(dòng)閥、電磁閥、液位開(kāi)關(guān)、液位變送器、測(cè)溫電阻等，再通過(guò)各種轉(zhuǎn)換模板數(shù)據(jù)換算，實(shí)現(xiàn)在LCU 電腦主機(jī)屏幕上直觀的顯示壓力值、液位高度、溫度值等模擬量，以及各種開(kāi)關(guān)量節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)信號(hào)值的來(lái)源都正確可查，具體到接線(xiàn)端子號(hào)、電纜芯線(xiàn)號(hào)。如果出現(xiàn)數(shù)值異常，可以在第一時(shí)間找到問(wèn)題所在。所有數(shù)據(jù)信息通過(guò)光纖上送到中控室及集控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

LCU 現(xiàn)地控制操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大，電腦界面可根據(jù)系統(tǒng)圖繪制，各種開(kāi)關(guān)、閥門(mén)等都可以形象的表達(dá)出來(lái)（圖1），大大提高了水電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定，工作人員可以依據(jù)顯示的圖像對(duì)水電站系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 水電站LCU 溫度值界面

2.3 機(jī)組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)

機(jī)組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是用來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)組的運(yùn)行工況，包括各部位振動(dòng)、擺度及位移等。系統(tǒng)主要包括在線(xiàn)監(jiān)測(cè)主機(jī)和現(xiàn)地自動(dòng)化元件，現(xiàn)地自動(dòng)化元件主要包括：振動(dòng)傳感器、氣隙傳感器、接近探頭、鍵相傳感器等。其中：①通過(guò)在發(fā)電機(jī)定子鐵芯表面圓周方向均勻布置氣隙傳感器，可能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)定轉(zhuǎn)子空氣間隙；②在定子基座上圓周方向均勻布置振動(dòng)傳感器，可以實(shí)時(shí)采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算，可以模擬定子圓度；③通過(guò)在機(jī)組3 部軸承位置分別安裝接近探頭，采集機(jī)組在轉(zhuǎn)機(jī)過(guò)程中3 部軸承的擺度數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算可以得出機(jī)組3 部軸承的同心度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行工況，通過(guò)調(diào)取歷史數(shù)據(jù)觀察機(jī)組運(yùn)行趨勢(shì)，預(yù)判各種不安全狀態(tài)。

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的檢測(cè)精度高、檢測(cè)結(jié)果可靠性強(qiáng)。檢測(cè)得出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以通過(guò)PLC 傳送到水電站的主要操作系統(tǒng)平臺(tái)上，數(shù)據(jù)信息傳輸根據(jù)其編程設(shè)置情況以圖像或者數(shù)字形式展現(xiàn)出來(lái)，工作人員即可根據(jù)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出運(yùn)行設(shè)備的情況。

3 水電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用存在的問(wèn)題

3.1 電氣自動(dòng)化程度不足

目前電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到水電站運(yùn)行過(guò)程中，但是總體自動(dòng)化程度不高，沒(méi)有充分發(fā)揮出電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)有作用。很多水電站建設(shè)時(shí)間比較早，內(nèi)部自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)不健全，設(shè)備配備不足，后續(xù)的更新與調(diào)整工作也沒(méi)有做到位，自動(dòng)化程度偏低，難以滿(mǎn)足需求。還存在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮不全面的問(wèn)題。在更換水電站電氣設(shè)備時(shí)沒(méi)有考慮到新舊設(shè)備的兼容性問(wèn)題，導(dǎo)致自動(dòng)化水平下降，新的水電站控制系統(tǒng)功能發(fā)揮不出來(lái)，甚至還會(huì)引起系統(tǒng)運(yùn)行故障。

3.2 自動(dòng)化管理水平不足

在水電站運(yùn)行過(guò)程中，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值高，大多數(shù)水電站都會(huì)利用它監(jiān)測(cè)和處理運(yùn)行設(shè)備。但水電站管理人員的素質(zhì)能力不高，缺乏管理意識(shí)，沒(méi)有系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握電氣自動(dòng)化技術(shù)的操作應(yīng)用技能，自身認(rèn)知力不足，難以掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，不能開(kāi)展有效的水電站運(yùn)行設(shè)備數(shù)據(jù)處理工作。設(shè)備維修人員不能根據(jù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的數(shù)據(jù)分析故障原因，及時(shí)地采取搶救措施，影響水電站電氣系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。水電站的整體的自動(dòng)化管理水平低，大大降低了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

3.3 自動(dòng)化元件可靠性不足

實(shí)現(xiàn)水電站控制運(yùn)行自動(dòng)化，都是通過(guò)現(xiàn)地自動(dòng)化元件采集信號(hào)傳輸至集中控制系統(tǒng)，但是很多關(guān)鍵信號(hào)可靠性不足，直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行，如水電站中主軸密封水流量中斷信號(hào)直接參與停機(jī)流程。5 個(gè)水電站都出現(xiàn)過(guò)受密封水壓力、流態(tài)等影響，瞬間出現(xiàn)中斷信號(hào)，致使機(jī)組非正常停機(jī)，造成損失。此外燈泡貫流式機(jī)組中軸承油系統(tǒng)高低位油箱油位過(guò)低信號(hào)，也直接參與事故停機(jī)流程，3 個(gè)燈泡貫流式項(xiàng)目（多布水電站30 MW、沙坪二級(jí)水電站58 MW、犍為航電樞紐55.6 MW）都曾出現(xiàn)過(guò)誤動(dòng)造成事故停機(jī)。信號(hào)是通過(guò)采集磁翻板液位開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)，在施工期間受開(kāi)關(guān)磁性影響，很容易受外圍金屬意外靠近等出現(xiàn)誤動(dòng)，造成事故停機(jī)。

4 提高水電站電氣自動(dòng)化水平的建議

4.1 優(yōu)化水電站電氣自動(dòng)化運(yùn)行

為提高水電站電氣自動(dòng)化水平，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從水電站的各項(xiàng)系統(tǒng)和運(yùn)行設(shè)備出發(fā)，綜合考慮，優(yōu)化水電站電氣自動(dòng)化運(yùn)行。

（1）提高發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化水平。發(fā)電機(jī)組是水電站的動(dòng)力系統(tǒng)，根據(jù)水電站的實(shí)際情況，優(yōu)化發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)，配置符合水電站運(yùn)行的電氣自動(dòng)化設(shè)備，保證發(fā)電機(jī)組具備良好的運(yùn)行性能。

（2）完善水電站電氣自動(dòng)化控制體系。綜合分析水電站的控制系統(tǒng)布局，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)的收集，形成完善的水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地對(duì)水電站運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

（3）提高水電站電氣自動(dòng)化設(shè)備的配置水平。水電站可以根據(jù)自身的資金預(yù)算情況，注意考慮所選設(shè)備的兼容性問(wèn)題，盡量采用成熟可靠的自動(dòng)化元件，提高自動(dòng)化可靠性。

4.2 增強(qiáng)人員自動(dòng)化管理水平

為提高水電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行效果，水電站建設(shè)單位應(yīng)注重電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的管理工作，提高管理和維修人員的專(zhuān)業(yè)能力，加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的管理。

（1）提高工作人員的技能水平。水電站應(yīng)加大資金投入力度，組織管理人員和維修人員進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的業(yè)務(wù)和技能的培訓(xùn)，提高對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行操作原理和具體實(shí)踐操作的認(rèn)知水平，豐富電氣自動(dòng)化系統(tǒng)知識(shí)，提高實(shí)際操作能力，為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行奠定人才基礎(chǔ)。

（2）完善電氣自動(dòng)化系統(tǒng)管理制度。通過(guò)分析研究水電站內(nèi)的自動(dòng)化系統(tǒng)的分布和構(gòu)成情況，明確管理人員的崗位職責(zé)，科學(xué)合理地劃分管理人員的任務(wù)，形成規(guī)范化的電氣系統(tǒng)管理程序，提高水電站的管理質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)水電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)在不斷地改進(jìn)，自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大。電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展大大提高了設(shè)備的工作效率，推動(dòng)運(yùn)行設(shè)備的高質(zhì)量運(yùn)行。水電站建設(shè)單位應(yīng)充分重視電氣自動(dòng)化技術(shù)的作用，加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，為水電站系統(tǒng)運(yùn)行提供配備合適的自動(dòng)化設(shè)備，提高水電站的電氣自動(dòng)化管理水平，推動(dòng)水電站的運(yùn)行穩(wěn)定健康發(fā)展。