分析水電站中電氣自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用

張 毅

（湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

和火力發(fā)電相比較，水力發(fā)電的能耗比較低，對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境污染比較小，故水力發(fā)電已成為現(xiàn)階段電力行業(yè)的主要發(fā)展方向。當(dāng)前的水力發(fā)電之中，仍然存在較多的不足之處，例如，水電站運(yùn)行效率低、可利用小時(shí)受來水影響較大等問題。現(xiàn)代水電站，隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的廣泛運(yùn)用，電站運(yùn)行效率得到顯著提升。鑒于此，本文重點(diǎn)研究電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站之中的具體應(yīng)用。

1 水電站推行電氣自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義

在20世紀(jì)50年代初期，電氣自動(dòng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用，伴隨此項(xiàng)技術(shù)研究的逐漸深入，使得我國(guó)的電氣自動(dòng)化技術(shù)水平得到了顯著提高，已經(jīng)成為新型技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的主要組成部分。由于各個(gè)水電站的具體需求不同，其自動(dòng)化水平存在一定差異，在水電站運(yùn)行過程中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，具有以下優(yōu)勢(shì)。

第一，能夠有效提高水電站的可靠性與安全性能。將電氣自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用到水電站之中，能夠保證水電站網(wǎng)絡(luò)體系更加完整，進(jìn)一步提高水電站的總體運(yùn)行水平。

第二，提升電能輸出的可靠性。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速、穩(wěn)步發(fā)展的今天，我國(guó)用電量逐年的增加，若水電站供電的穩(wěn)定性較差，會(huì)影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。將先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用到水電站之中，能夠提升發(fā)電量，保證我國(guó)現(xiàn)有水資源得到科學(xué)配置。

第三，提升資源配置的合理性。我國(guó)水資源匱乏，人均占有量特別低，在水電站發(fā)電過程中應(yīng)用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，能夠保證水資源與電力資源得到更為科學(xué)的配置，而且能夠?qū)χ車纳鷳B(tài)環(huán)境起到有效保護(hù)[1]。

2 水電站電氣自動(dòng)化主要核心要素分析

電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的有效應(yīng)用，主要體現(xiàn)在兩方面，分別是水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與調(diào)控中的應(yīng)用及水電站輔助設(shè)備自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與監(jiān)控中的應(yīng)用。

2.1 對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)施自動(dòng)調(diào)控與監(jiān)測(cè)

隨著科學(xué)技術(shù)越來越先進(jìn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)迅猛發(fā)展，我國(guó)的各行各業(yè)發(fā)生顛覆性變化，對(duì)人們的日常生活產(chǎn)生不可忽視的影響。在水電站之中，電氣自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與調(diào)控，保證水輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將機(jī)組當(dāng)中的各項(xiàng)工作信息，有序地發(fā)送到電腦終端，并按照人為設(shè)定的控制要求，經(jīng)過合理的數(shù)據(jù)分析對(duì)比之后，將具體的信號(hào)命令直接傳輸?shù)较到y(tǒng)當(dāng)中，保證水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行全過程監(jiān)控中暴露的問題，能夠及時(shí)得到處理，真正實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化運(yùn)行的目標(biāo)。電站發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，通過機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠直接被發(fā)送到人機(jī)界面終端，幫助運(yùn)行值班人員迅速掌握水輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，包括一系列工作指標(biāo)，如果出現(xiàn)狀態(tài)異常，將立即提示運(yùn)行人員進(jìn)行調(diào)整，保證水電站中的水輪發(fā)電機(jī)組處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)[2]。

2.2 對(duì)水電站中的各項(xiàng)輔助設(shè)備實(shí)施調(diào)控與監(jiān)測(cè)

水電站輔助設(shè)備是指為水輪發(fā)電機(jī)組提供操作能源、潤(rùn)滑和散熱等功能，保證機(jī)組安全運(yùn)行的相關(guān)設(shè)備，包括水電站油水氣系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備，由油壓裝置設(shè)備、技術(shù)供水及排水設(shè)備、壓縮空氣系統(tǒng)等組成；水電站輔助設(shè)備調(diào)控原多采用繼電器組合回路進(jìn)行功能控制，隨著電氣自動(dòng)技術(shù)不斷發(fā)展，智能控制器與可編程控制器PLC等控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，大大提高水電站的自動(dòng)化控制和安全運(yùn)行水平，便于電站集中監(jiān)控管理，簡(jiǎn)化電站控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低運(yùn)行管理人員工作強(qiáng)度和電站管理成本，提高電站整體經(jīng)濟(jì)效益。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站之中的主要運(yùn)用

3.1 PLC技術(shù)的具體應(yīng)用

PLC自動(dòng)化技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，使得水電站自動(dòng)化水平得到顯著提高，PLC自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用原理比較簡(jiǎn)單，在可編程存儲(chǔ)器當(dāng)中，各項(xiàng)系統(tǒng)設(shè)備按照指定的計(jì)算模式和相關(guān)操作流程，構(gòu)建水電站運(yùn)行參數(shù)，包括運(yùn)行圖像，并將此參數(shù)與圖像完整地顯示出來。

對(duì)于水電站專業(yè)技術(shù)人員來講，PLC技術(shù)的良好應(yīng)用，能夠更為精確地判斷出系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，減少外界環(huán)境對(duì)水電站穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生的不利的影響，不但強(qiáng)化了水電站系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，同時(shí)減少了工作強(qiáng)度。

3.2 數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用

數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)是將多媒體、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)控制技術(shù)集為一體。在水電站當(dāng)中，采用先進(jìn)的數(shù)字監(jiān)測(cè)技術(shù)，針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域，實(shí)施全天候監(jiān)管，將所有的信息共享給所有工作人員，充分發(fā)揮出它的精確化和智能化，使得操作過程簡(jiǎn)便直接，操作人員更容易地掌握、更便捷地了解全部信息，操作上的簡(jiǎn)便提高了對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度，就意味著更省時(shí)省力，提高了工作效率和質(zhì)量。

在新形勢(shì)背景下，通過電氣自動(dòng)化技術(shù)的合理運(yùn)用，可以保證水電站當(dāng)中的各個(gè)主要系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管控，使得水電站人力資源成本不斷下降，減少水電體系運(yùn)行環(huán)節(jié)出現(xiàn)的漏洞[3]。通過運(yùn)用數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)，電站各項(xiàng)設(shè)備的安全性得到明顯提升，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 運(yùn)用數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)前后水電站各項(xiàng)設(shè)備安全性對(duì)比/%

3.3 電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用途徑

3.3.1 加強(qiáng)自動(dòng)檢測(cè)

水電站自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)，主要指的是通過監(jiān)控軟件對(duì)各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)是否滿足運(yùn)行有關(guān)要求規(guī)定，所覆蓋的設(shè)備范圍包括：水電站中的發(fā)電機(jī)組、各類輔助設(shè)備、配電設(shè)備與水情監(jiān)測(cè)設(shè)備等。系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)主要有電流參數(shù)、電壓參數(shù)、有功及無功功率、水位參數(shù)與溫度參數(shù)等。檢測(cè)結(jié)束后，通過不同功能系統(tǒng)，直接將信號(hào)傳送到主控系統(tǒng)當(dāng)中，并將這些信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像，為有關(guān)技術(shù)人員提供更多的參考依據(jù)[4]。

3.3.2 提升自動(dòng)控制水平

在水電站中，電氣自動(dòng)裝置對(duì)核心控制對(duì)象多采用脈沖方式輸出，來控制各設(shè)備的啟動(dòng)與暫停。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及自動(dòng)裝置通過系統(tǒng)設(shè)置好的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)如果滿足相應(yīng)觸發(fā)條件，系統(tǒng)能夠立即根據(jù)相應(yīng)控制流程，自動(dòng)啟動(dòng)或停止相關(guān)設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出提示信號(hào)，提醒運(yùn)行管理人員關(guān)注。

3.3.3 加強(qiáng)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)

水電站中的自動(dòng)保護(hù)體系，通常通過設(shè)定多項(xiàng)運(yùn)行及保護(hù)參數(shù)，對(duì)機(jī)組各個(gè)設(shè)備在運(yùn)行的過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控。系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地記錄下各項(xiàng)數(shù)據(jù)并自動(dòng)檢測(cè)，如電站中的運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)異?；虺捱\(yùn)行，發(fā)出警告信號(hào)同時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠立即根據(jù)相應(yīng)控制流程啟動(dòng)流程，進(jìn)行調(diào)整或切除故障設(shè)備，啟用備用設(shè)備及防護(hù)裝置，提醒有關(guān)人員進(jìn)行處置，避免水電站機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)損壞和事故擴(kuò)大。通過合理設(shè)置將不斷加強(qiáng)電站自動(dòng)保護(hù)功能的針對(duì)性，增強(qiáng)水電站自動(dòng)保護(hù)裝置的實(shí)用性和可靠性[5]。

3.4 提高水電站電氣自動(dòng)化水平的措施

3.4.1 不斷完善電站電氣控制體系

水電站中的電氣自動(dòng)化控制體系主要由計(jì)算機(jī)控制，采用了計(jì)算機(jī)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接各項(xiàng)終端設(shè)備，此系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合監(jiān)控對(duì)象的具體情況，更加靈活地配置各項(xiàng)設(shè)備，提升水電站機(jī)組運(yùn)行的安全性。水電站通過不斷完善電氣控制體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效收集，而且能夠監(jiān)控各項(xiàng)設(shè)備的具體運(yùn)行情況，提升水電站管理水平，真正達(dá)到信息資源共享目標(biāo)。

3.4.2 強(qiáng)化電站機(jī)組自動(dòng)化控制水平

要提升水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性與安全性，就必須不斷強(qiáng)化機(jī)組的自動(dòng)化控制水平，對(duì)電站電氣自動(dòng)化控制的發(fā)展進(jìn)行研究，引入成熟的自動(dòng)化新技術(shù)和設(shè)備，提升和完善電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)[6]。按照水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與電站運(yùn)行條件設(shè)定水輪發(fā)電機(jī)組最優(yōu)的、運(yùn)行效果最佳的運(yùn)行參數(shù)，確保機(jī)組運(yùn)行在最佳工況，利用AGC、AVC等高級(jí)應(yīng)用，按照系統(tǒng)需求實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的有功功率與無功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)，提升機(jī)組控制水平。

3.4.3 提升電站自動(dòng)化管理人員技能水平

由于電站自動(dòng)化水平不斷提高，電站測(cè)量、控制、保護(hù)、信號(hào)、通信等主要控制系統(tǒng)中自動(dòng)化設(shè)備的正常運(yùn)行及功能實(shí)現(xiàn)均依賴于電站維護(hù)專業(yè)人員的技能水平。電站應(yīng)加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化專業(yè)人員的管理和技能培訓(xùn)，提高從業(yè)人員素質(zhì)和技能水平，同時(shí)建立完善工作制度，科學(xué)地運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，規(guī)范日常工作程序，通過精細(xì)化管理，防止出現(xiàn)因工作不到位導(dǎo)致自動(dòng)化設(shè)備故障率偏高，確保電站安全運(yùn)行。

4 結(jié)語

綜上，通過對(duì)水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行科學(xué)化地分析，例如PLC技術(shù)的具體應(yīng)用、電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用途徑等，保證電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站當(dāng)中得到良好的運(yùn)用，提高水電站的安全性能。