馬振強

摘 要：水電站的有效運轉(zhuǎn)離不開電氣自動化技術(shù)的支撐。該文首先概括了電氣自動化對水電站日常生產(chǎn)的作用，接著詳述電氣自動化在水電站中的各種應(yīng)用場合，特別是PLC技術(shù)的應(yīng)用情況，最后對電氣自動化的發(fā)展瓶頸作了適當(dāng)前瞻，以期為提升水電站自動化水平而拋磚引玉。

關(guān)鍵詞：電氣自動化 水電站 應(yīng)用

中圖分類號：TP29 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0039-01

水電站運營水平和現(xiàn)代化水平的高低主要取決于其內(nèi)部電氣自動化的實現(xiàn)程度。而電氣自動化是指生產(chǎn)過程中的控制、操作及監(jiān)視等重要步驟可以在無人（或少人）情況下按預(yù)設(shè)程序完成?？梢?，電氣自動化能在不降低安全保證的情況下提升水電站運行的工作效率及經(jīng)濟性，是水電領(lǐng)域的研究重點。

1 水電站采用電氣自動化的目的

電氣自動化以計算機為基礎(chǔ)，綜合了數(shù)字控制、可編程邏輯控制等先進技術(shù)，是水力發(fā)電智能化發(fā)展的必由模式。在現(xiàn)階段，廣泛推行電氣自動化，能達到以下目的。

⑴確保電能質(zhì)量。隨著時代的發(fā)展，公眾對電力的需求不僅表現(xiàn)在數(shù)量上，更體現(xiàn)在質(zhì)量上。表示電能質(zhì)量好壞的指標(biāo)主要是頻率和電壓，前者由系統(tǒng)的有功功率平衡決定，后者由系統(tǒng)的無功功率平衡決定。顯然，僅僅依靠人工的手動操作很難使隨時變化的發(fā)電電荷滿足人們對電能質(zhì)量的要求，而采用自動裝置則可以及時又準確地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功及無功出力，達到保持頻率和電壓穩(wěn)定的目的。

⑵提升水電工作的安全性。采用電氣自動化后，所有的生產(chǎn)設(shè)備能夠準確、快速啟動，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和事故判斷的實時輔助，這樣一方面能防止事故出現(xiàn)時故障面擴大（通過自動裝置控制相關(guān)開關(guān)并報警），另一方面也使水電生產(chǎn)不中斷（通過自動啟用備用設(shè)備等）。另外，將自控裝置引入各關(guān)鍵流程，可顯著降低因人工誤操做風(fēng)險。

⑶實現(xiàn)發(fā)電機組運行經(jīng)濟性。眾所周知，水輪機組滿負荷工作是一種理想狀態(tài)，而實際由于水流量、機組故障等各方面因素使得這一狀態(tài)較難實現(xiàn)。在利用自控裝置后，系統(tǒng)能在結(jié)合當(dāng)前水利條件的情況下，計算出最佳運行組數(shù)，即使最少的水產(chǎn)生出最多的電能。

⑷提高水電站運行效率。采用電氣自動化，無疑可大大減少運行人員數(shù)量，并降低實際操作人員的勞動強度和工作量。

2 水電站中電氣自動化的應(yīng)用場合

水電站的類型、級別、電氣主接線、機組規(guī)格及安置方式等因素會影響到電氣自動化的具體應(yīng)用。但總體來說，以下幾個層面是共有的。

2.1 水輪發(fā)電機組的自動控制

應(yīng)用過程：機組監(jiān)控設(shè)備將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至控制室計算機，計算機啟動預(yù)先設(shè)定的運行程序并判斷機組運行狀況，然后再依照相關(guān)邏輯規(guī)則發(fā)出控制（或調(diào)整）指令。

應(yīng)用內(nèi)容：⑴實現(xiàn)機組開、關(guān)，調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電，發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相等項目的智能化控制。⑵實時計算最佳運行機組數(shù)并自動控制，在機組間智能分配負荷（包括自主調(diào)節(jié)有功和無功），從而維系水輪發(fā)電機的低成本運行。⑶當(dāng)機組出現(xiàn)意外或者外部系統(tǒng)發(fā)生事故而導(dǎo)致頻率降低，預(yù)設(shè)程序通過啟動備用機組來維持系統(tǒng)穩(wěn)定；反之，汛期來臨頻率過高時，預(yù)設(shè)程序會關(guān)閉一些機組。

2.2 主要輔助設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控

在水電站中，圍繞發(fā)電機組有一些主要的輔助設(shè)備，這些設(shè)備的運行工況同樣影響著電站的穩(wěn)定生產(chǎn)。電氣自動化在這里有了廣泛的應(yīng)用。

應(yīng)用過程：通過“監(jiān)測設(shè)備——控制設(shè)備——控制節(jié)點”的方式，將輔助設(shè)備運行數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機，計算機通過數(shù)據(jù)庫和預(yù)設(shè)規(guī)則比對，判斷輔助設(shè)備的健康狀態(tài)并相應(yīng)控制設(shè)備的電氣參數(shù)。

應(yīng)用內(nèi)容：⑴檢測定子和轉(zhuǎn)子回路是否正常；⑵檢測定子繞組的鐵芯溫度是否正常；⑶檢查機組潤滑度及變速系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等是否正常；⑷以上無論哪部分出現(xiàn)問題，電氣自動化系統(tǒng)都會迅速啟動應(yīng)急程序和保護措施，同時將故障信息上傳警報。

2.3 主要電氣設(shè)備的監(jiān)控和保護

水力發(fā)電的輸出離不開變壓器、母線、開關(guān)柜、輸電線路等主要電氣設(shè)備。對這些設(shè)備的監(jiān)控和保護成了水電站電氣自動化應(yīng)用的必然內(nèi)容。

應(yīng)用過程：通過PT、CT等設(shè)備采集到的電氣量，判斷設(shè)備是否有故障，并視故障情況作出反應(yīng)。

應(yīng)用表現(xiàn)：⑴對不立即危害發(fā)電機組的異常情況（如機組冷卻水源中斷、機組溫度超限、油槽油面異常、推力軸承或者導(dǎo)軸承溫度升高等），只發(fā)警告以引起運行人員的注意；⑵對于超過保護整定限值的故障情況（如機組過速且調(diào)速器失靈、導(dǎo)水葉剪斷、銅管爆破等），電氣自動化系統(tǒng)不但跳開斷路器和，還同時關(guān)閉機組進水閘門。

2.4 機組外輔助設(shè)備的監(jiān)控

完整的水電站擁有數(shù)量眾多的水泵、空壓機、油泵等機組外電氣設(shè)備，以及浩大的水工建筑物。電氣自動化在這一塊的應(yīng)用為：⑴控制水泵等設(shè)備的運行狀態(tài)，故障時及時投入備用設(shè)備；⑵檢測大壩閘門是否可正常啟動，檢測攔污柵是否堵塞，當(dāng)水位過高過低時引發(fā)自動報警。

3 PLC技術(shù)應(yīng)用展開

PLC即可編程控制器。在水電站電氣自動化中，可應(yīng)用PLC來控制幾乎所有設(shè)備的生產(chǎn)過程。

⑴在軸流槳式水輪機調(diào)速器中的應(yīng)用。

軸流漿式水輪機廠家一般會提供所謂“協(xié)聯(lián)曲線”（即描述不同水頭下漿葉轉(zhuǎn)角與導(dǎo)葉開度的關(guān)系的曲線），以指導(dǎo)電站生產(chǎn)。但實際運行時，上下游水位及水輪機水頭處于不斷變化之中，某些情況下會遠離廠家參數(shù)，因此按協(xié)聯(lián)曲線運行不一定能達到最佳狀態(tài)。采用PLC技術(shù)后，可先針對不同上、下游水位及水頭情況，手動協(xié)聯(lián)漿葉和導(dǎo)葉，在獲得最佳協(xié)聯(lián)曲線后修改原廠家曲線并輸人至PLC控制器，從而使機組能時時處在最佳狀態(tài)。

⑵在水庫式電站調(diào)速器中的應(yīng)用。

水庫式電站的運行水頭波動范圍較大，其調(diào)速器與啟動開度一般按水輪機設(shè)計水頭確定。但當(dāng)水頭降低或水頭遠高于設(shè)計標(biāo)準時，為保證機組額定轉(zhuǎn)速，往往需要更換調(diào)速器控制芯片，改變開度指示儀電阻（串接或移除），工作量較大。在采用PLC技術(shù)后，則可依據(jù)水頭高低設(shè)計出相應(yīng)程序，依照程序來自動改變啟動開度。

4 電氣自動化瓶頸

雖然電氣自動化給水電站自動運行帶來了方便，但其自身發(fā)展存在一定瓶頸，主要體現(xiàn)在：因電氣自動化的基礎(chǔ)是實現(xiàn)對設(shè)備的全面監(jiān)測，因此整個自動化系統(tǒng)的監(jiān)控模塊非常之多，這樣就導(dǎo)致通信網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜且通信速度、通信質(zhì)量面臨挑戰(zhàn)。隨著新技術(shù)（如光纖通信技術(shù)）的推進，相信電氣自動化瓶頸能夠得到解決。

5 結(jié)語

水電站實施電氣自動化，一方面可提高工作效率、減少人力投入，另一方面也能保證上網(wǎng)電能的質(zhì)量，是新時期水電發(fā)展的必然趨勢。雖然電氣自動化在應(yīng)用中存在一定的技術(shù)瓶頸，但隨著智能電網(wǎng)技術(shù)、信息化技術(shù)的日新月異，所有問題將得到有效解決。

參考文獻

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