電氣自動化在水利水電工程中的運用

摘要：水利水電工程是我國基礎設施建設中的重要組成部分，能夠為國民經濟健康發(fā)展提供保障?，F階段，世界各國均認識到了發(fā)展水利水電事業(yè)的重要性，尤其信息化時代背景下，各種科學技術相繼涌現，為水利水電工程建設創(chuàng)造了更加廣闊的空間。其中，電氣化自動技術因其本身具備環(huán)保性、高效性、安全性等優(yōu)勢，被廣泛應用到水利水電工程中，并取得了顯著的應用效果，受到行業(yè)人士高度青睞。不僅能夠保證水利水電系統(tǒng)穩(wěn)定運營，還能夠有效提高運行效率。促進我國水利水電工程逐漸向科技化趨勢發(fā)展。然而，由于我國電氣自動化技術在研究和應用方面起步較晚，所以與發(fā)達國家相比依然存在一定差距。如何能夠將其更加合理、有效的應用到水利水電工程中，成為相關專家和學者需要深入研究和探索的關鍵課題。

關鍵詞：電氣自動化技術 水利水電功能成 自動化控制 智能化

中圖分類號：TM76? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Water conservancy and hydropower engineering is an important part of China's infrastructure construction， which can provide guarantee for the healthy development of the national economy. At this stage， all countries in the world have recognized the importance of developing water conservancy and hydropower， and especially in the context of the information age， various science and technology have emerged one after another， creating a broader space for the construction of water conservancy and hydropower projects. Among them， because of its environmental protection， high efficiency， safety and other advantages， electric automation technology has been widely used in water conservancy and hydropower projects， has achieved remarkable application results， and been highly favored by industry people. It can not only ensure the stable operation of the water conservancy and hydropower system， but also effectively improve the operation efficiency and promote the gradual development of water conservancy and hydropower projects in China towards the trend of science and technology. However， due to the late start of research and application of electrical automation technology in China， so there is still a certain gap compared with developed countries， and how to apply it more reasonably and effectively to water conservancy and hydropower projects has become a key topic that relevant experts and scholars need to study and explore in depth.

Key Words： Electrical automation technology; Water conservancy and hydropower function; Automatic control; Intellectualization

新時期科技發(fā)展日新月異，越來越多先進技術和設施設備應運而生，并廣泛應用到水利水電工程中，不僅提高了水利水電工程利潤空間，還能夠減輕工作人員勞動強度。其中，電氣自動化技術作為一項新興系統(tǒng)化技術，在水利水電工程中得到廣泛應用。結合大量實踐來看，引入電氣工程自動化技術，能夠有效提高水利水電工程監(jiān)控水平，通過對不同系統(tǒng)運行狀況進行合理分析，可以及時發(fā)現其中存在的問題，并找到薄弱環(huán)節(jié)，在此基礎上針對性采取措施處理，能夠從根源上減少或規(guī)避質量問題和安全隱患的產生，從而為水利水電工程安全運營奠定基礎。

1電氣自動化技術概述

1.1電氣自動化技術發(fā)展情況

電氣自動化技術是建立在電子技術、計算機技術等先進技術基礎上發(fā)展而來的一門新興學科，雖然發(fā)展時間較短，但當前已經廣泛融入社會群眾工作生活中。近年來，科技發(fā)展日新月異，該技術也得到一定優(yōu)化和完善，并深入滲透到國防、農業(yè)、工業(yè)等領域，小到開關設計，大到航空航天，都能夠看到電氣自動化技術的存在。在實際應用中，想要充分發(fā)揮電氣自動化技術的作用和功能，離不開電力網理論和控制理論的支撐[1]。將其引入水利水電工程中，能夠完成系統(tǒng)分析、設計、開發(fā)、管理等一系列操作。

1.2電氣自動化技術特征

正是因為電氣自動化技術是先進科學技術發(fā)展到一定程度演變而來的，所以在實際應用中匯集了網絡技術、信息技術、電子技術等諸多技術優(yōu)勢，相對于其他技術而言，該技術自動化水平更高，能夠有效節(jié)約人力、物力、財力的不必要浪費?，F如今，電氣自動化技術已經廣泛深入到人們生活、工作中，例如：在公交、地鐵等自動化生產項目發(fā)揮關鍵作用。而水利水電工程作為一項利國利民的基礎建設工程，引入電氣自動化技術，能夠有效提高生產水平，為國民經濟建設奠定基礎，促進水利事業(yè)向科技化趨勢不斷進步[2]。

1.3水利水電工程電氣自動化系統(tǒng)構成

現階段，計算機網絡技術被廣泛應用到各行業(yè)、各領域的工程建設中，其中包括水利水電工程。結合實踐來看，在技術支撐下，水利水電工程能夠形成全新自動化模式，基本實現了工程智能監(jiān)控、無人值班等目標，可以確保電氣工程自動化系統(tǒng)安全運營。而系統(tǒng)的構成則需要依賴于計算機技術完成，具體來說，引入智能監(jiān)控、繼電保護、PLC控制器等裝置，通過以太網和線纜將各個控制站合理鏈接，嚴格按照分層順序構建電氣自動化系統(tǒng)，可以對水利水電工程運行狀況進行實時監(jiān)控。新時期，水利水電工程中應用的電氣自動化系統(tǒng)大多具有開放式特點，能夠在一定程度上豐富功能，并且基于功能差異，能夠使分層分布結構對監(jiān)控對象進行優(yōu)化配置，突出了靈活性、分散性特征[3]。除此之外，為了保證水利水電工程電氣自動化系統(tǒng)安全運營，還引入了大量冗余配置裝備，在此基礎上應加強系統(tǒng)維護管理，確保系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。

2電氣自動化技術應用到水利水電工程中的意義

2.1提高自動化操作水平

科技的迅速發(fā)展，為電氣自動化技術優(yōu)化完善奠定了良好基礎，使該技術呈現出廣闊的發(fā)展前景?，F如今，越來越多的水利水電工程在建設中引入電氣自動化技術，通過該技術可以對整個項目進行優(yōu)化、完善，同時，可以實時監(jiān)控水利水電設備運行狀況，一旦發(fā)現質量問題或安全隱患，系統(tǒng)能夠及時發(fā)出報警信號，督促員工第一時間解決。由此可以看出，自動化工作模式能夠充分保證水利水電工程安全運行，同時創(chuàng)造最大化經濟效益[4]。

2.2提高工作效率和質量

在水利水電工程中引入電氣自動化技術，能夠構建切實可行的監(jiān)督機制和運行機制，充分保障了工程運行的可靠性和穩(wěn)定性。在此基礎上，還能夠減輕系統(tǒng)操作人員的工作強度和工作難度，有利于提高工作效率和質量，能夠為水利水電管理企業(yè)創(chuàng)造最大化利益。另外，新時期我國水利水電工程建設規(guī)模逐漸擴大，運營環(huán)境也日益復雜，采用電氣自動化技術可以有效提高工程抗風險能力，使其在復雜環(huán)境下安全運行。尤其近年來，電氣自動化技術不斷完善，基本實現了故障隱患自動化處理目標，如此，既可以減少各種事故的發(fā)生，又能夠降低勞動力的投入量，有利于擴大企業(yè)利潤空間，為水利水電工程長期穩(wěn)定運營提供保障。

2.3節(jié)能環(huán)保

在傳統(tǒng)水利水電工程建設、管理過程中，主要通過人工方式獲取數據信息。由于工作量較大，加上人為主觀因素影響，容易導致獲取的信息和實際情況存在差異，不利于為工程建設提供保障，這也使得很多工程存在水資源浪費現象，無法滿足可持續(xù)發(fā)展要求[5]。而引入電氣自動化技術可以有效規(guī)避以上問題。具體來說，電氣自動化技術能夠通過精準計算對工程用水量進行合理控制，工作人員在實際操作過程中只需發(fā)揮監(jiān)管職能即可。如此，既能夠提高工作效率和質量，還能夠對監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化完善，從而及時準確地識別水利水電工程運行中存在的問題。眾所周知，收集數據信息的主要目標就是對工程運行狀況進行合理分析，便于及時發(fā)現工程運行中水資源過度浪費、不必要消耗等情況，并第一時間處理，從而使工程運營達到節(jié)能環(huán)保目標。

2.4規(guī)避各種事故發(fā)生

由上文分析可以看出，將電氣自動化技術應用到水利水電工程中，既能夠保證工程安全運營，又能夠創(chuàng)造最大化利潤空間，同時可以節(jié)約勞動力，改善勞動條件，降低人力成本。在此基礎上，通過電氣自動化技術，還能夠對水利水電工程水庫徑流進行實時監(jiān)測并合理預報，有利于優(yōu)化和控制運行曲線。結合水利水電工程運行情況來看，用電高峰期發(fā)電量會不斷增加，一旦控制不當容易引發(fā)安全事故，而通過電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測電廠參數，可以及時消除安全隱患。即便發(fā)生事故，也能夠第一時間處理，不僅能夠保證電力系統(tǒng)快速恢復正常，有效節(jié)約故障處理時間，還能夠盡可能減少事故造成的損失。

3水利水電工程中電氣自動化技術的具體應用

3.1安裝PLC系統(tǒng)

將PLC系統(tǒng)引入水利水電工程中，能夠對水利水電工程運行狀況進行全過程監(jiān)督和控制，也是新形勢下保障水利工程質量的有效舉措。當前，我國水利水電工程在電氣自動化技術支撐下大規(guī)模安裝了PLC系統(tǒng)，并且系統(tǒng)功能性越來越豐富，能夠為使用者安全使用提供保障，一旦發(fā)現潛在的危險事故，系統(tǒng)會及時發(fā)出報警信號，并采取強制措施處理，最大程度地維護使用者安全，同時降低危險事故造成的不良影響。在水利工程實際施工中。施工人員可以將PLC系統(tǒng)和電氣自動化技術有機融合，促進系統(tǒng)向智能化、信息化趨勢不斷進步，以此來提高水利水電工程施工安全性和穩(wěn)定性。

3.2安裝變頻器

變頻器的主要作用，是通過改變電機的頻率和電壓，合理調節(jié)電機的運行速度，使電機在發(fā)揮作用的同時達到啟動節(jié)能、補償節(jié)能的效果，這也充分滿足了新時期可持續(xù)發(fā)展要求。在此基礎上，還可以設置完成各種保護指令，充分保證電氣設備運行安全性和穩(wěn)定性。

3.3實現繼電保護自動化

繼電保護在水利水電工程中發(fā)揮的作用不容小覷，能夠對電氣控制系統(tǒng)中的二次設備進行安全保護，當前被廣泛應用到電力系統(tǒng)中。主要對線路接地、變壓器、母線等設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)督和保護，其運行狀況與水利水電工程功能性、安全性息息相關。繼電保護技術應用到水利水電工程的電氣控制系統(tǒng)中，既能夠對二次設備的動力設備進行保護，也能夠根據不同設計要求和運行環(huán)境進行保護，并且保護方式具有針對性特點，在繼電保護連鎖回路中添加電氣控制二次回路，一旦二次設備出現潛在問題和隱患，繼電保護裝置就能夠及時啟動并進行限制，從而保證動力設備安全。另外，在控制系統(tǒng)中出現錯誤操作時，可迅速的切斷供電電源避免二次設備和動力設備的損壞。由此可見，繼電保護自動化裝置能夠為水利水電工程安全運行奠定良好基礎，需要給予其相應重視。

4加強電氣自動化技術的有效措施

4.1控制發(fā)電機組運行狀況

將電氣自動化技術應用到水利水電工程中，能夠對各類設備進行智能管控。與傳統(tǒng)人工管控方式而言，不僅能夠提高管理水平，還能夠減輕人工勞動強度。具體來說，由于近年來我國水利水電工程建設規(guī)模逐漸擴大，運營環(huán)境日益復雜，所以管理難度也隨之增加，并且工作量不斷加大，如果仍然采用人工監(jiān)控方式，則容易受人為主觀因素影響，降低管理質量和效率[6]。而電氣自動化技術可以有效規(guī)避以上問題，能夠保證控制管理的精確度，可以根據工作命令自行處理問題和隱患，全面提高工程運營效率。并且，電氣自動化系統(tǒng)還能夠根據水利水電工程發(fā)電情況，合理選擇發(fā)電機組，能夠在保證發(fā)電機組穩(wěn)定運行的情況下，盡可能減少消耗。與此同時，在發(fā)電機組運行過程中一旦發(fā)生故障，可以通過電氣自動化系統(tǒng)自動切換備用設備，保證機組穩(wěn)定運營。

4.2監(jiān)督機組和設備的運行狀況

在水利水電工程中引入電氣自動化技術，還能夠構建完善的自動化監(jiān)控系統(tǒng)。通過安裝各種傳感器裝置，可以實時收集水利水電設備和系統(tǒng)運行參數，并傳遞給計算機系統(tǒng)進行科學分析，有效處理。相關人員根據運行參數變化情況，可以對設備運行狀況進行全面掌握，及時發(fā)現其中存在的異常和隱患。并且，電氣自動化系統(tǒng)在運行過程中，一旦發(fā)現設備參數超過規(guī)定數值，則會及時發(fā)出報警信號，督促工作人員維修檢測，有利于盡快恢復設備運行狀況，減少維修檢測時間，降低故障造成的不必要損失。

4.3水利水電設備智能化控制

電氣自動化技術不僅能夠對水利水電工程的關鍵設備和發(fā)電機組進行控制管理，還能夠對周圍其他設備設施進行智能化控制，包括空壓機、泵等。具體來說，通過電氣自動化技術，能夠完成智能檢測、智能控制、智能巡檢等一系列工作，確保周圍設施設備穩(wěn)定運行，全面提高水利水電工程智能化管控水平。

4.4自動化設計及設備選型

隨著我國水利水電工程質量標準的不斷提升，以及功能不斷豐富，在建設過程中引入的自動化元件和電氣設備也逐漸增多。在提高工程運行效率和風險抵抗能力的同時，也產生了設備元件靈敏性差、協調性不足、準確性較低等一系列問題。這就需要及時引入電氣自動化技術，對設備和元件進行優(yōu)化改進，在此基礎上完成自動化設計工作，并對設備進行合理選型，確保設備、元件有效協調、安全運營，從而充分發(fā)揮水利水電工程的作用和功能。具體可以從以下兩個方面分析。

4.4.1電氣自動化技術在軸流漿式水輪機調速器中的實際應用

軸流漿式水輪機是水利水電工程中的重要組成部分，主要安裝在中低水頭電站中。其組成結構復雜，包括渦輪葉片、導葉等，只有各組件有效協調，充分發(fā)揮聯動作用，才能夠使軸流轉漿式水輪機安全運營，從而為電廠創(chuàng)造更大化利潤空間。但結合汽輪機發(fā)電組制造商產品研發(fā)情況來看，由于不同制造商的導葉開度、葉片角度不盡相同，所以產品性能和質量也存在較大差異。這就需要在產品制造過程中引入電氣自動化技術，將其應用到軸流將式水輪機調速器中，確保葉片和導液能夠有效協調。但結合工廠實際操作情況來看，由于渦輪頭河下游水位始終處于動態(tài)變化情況，加上不同廠家所提供的產品參數不盡相同，所以機組運行狀況也無法得到保障，稍有不慎就會引發(fā)各種質量問題和安全隱患。對此，相關單位可以利用PLC可編程器對程序進行改變，在機組調試或機組運行過程中，可以通過不同渦輪頭和手動合作相關的葉片、倒也，導葉來優(yōu)化曲線，在此基礎上，通過輸入PLC對原有曲線進行修改，使其在實際運營中處于最佳狀態(tài)。

4.4.2電氣自動化技術在水庫式電站調速器中的實際運用

水利水電工程的水庫電站具有水頭范圍較大的特征。這類電站中引用的調速器和啟動開度，在設計過程中需要按照渦輪機水頭進行分析。結合大量實踐來看，在渦輪發(fā)電站水頭較低的情況下運行時，電液調整通常無法達到額定轉速，并且此時會有效增大穩(wěn)壓器啟動開度，這就需要相關部門及時更換芯片。另外，電阻串聯調節(jié)值的開放程度會直接決定單位之間的差異。如果電站頭低于設計水頭，那么單位啟動速度則相對較慢，而交換芯片或將串聯電阻去除，并利用電氣自動化技術，結合電站投水平優(yōu)化程序，則能夠保證開度指標達到額定值。

5結語

綜上所述，水利水電工程是一項利國利民的工程，新時期背景下，隨著科學技術不斷進步，電氣自動化技術被廣泛應用到水利水電工程建設中，并呈現出了顯著的應用優(yōu)勢。為了加深水利水電工程與電氣自動化技術的融合，需要各部門提高重視程度，在充分了解電氣自動化技術作用和功能的基礎上，嚴格按照水利水電工程建設標準，合理應用該技術，以此來創(chuàng)造最大化經濟效益，達到節(jié)能環(huán)保目標，減少人力資源投入力度。由于我國在電氣自動化技術研究和應用方面起步較晚，與發(fā)達國家相比仍然存在一定差距，所以需要積極借鑒發(fā)達國家成功經驗，對該技術進行優(yōu)化完善，使其更好地應用到水利水電工程中。

參考文獻

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作者簡介：劉瑩瑩（1990—），女，本科，助理講師，研究方向為農業(yè)水利工程。