葉婉婧

(上饒市水利電力勘測設(shè)計院,江西 上饒 334000)

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水電站電氣自動化設(shè)計及其應(yīng)用研究

葉婉婧

(上饒市水利電力勘測設(shè)計院,江西 上饒 334000)

在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，電氣自動化技術(shù)在水電站電氣系統(tǒng)中得到了廣泛的運用，不僅全面提升了水電站運行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，同時也使水電站的生產(chǎn)效率得以提升，勞動條件也得到了顯著的改善。文章首先對水電站電氣系統(tǒng)的特點進(jìn)行了介紹，然后對水電站電氣系統(tǒng)自動化設(shè)計和應(yīng)用進(jìn)行了探討。

水電站電氣系統(tǒng)；自動化設(shè)計；應(yīng)用研究

水電站的電站類型、規(guī)模和設(shè)備性能會對水電站的自動化程度造成比較大的影響。在水電站運行的過程中，水電站的自動化程度不僅代表水電站的現(xiàn)代化水平，同時也是保證水電站運行效率的基礎(chǔ)，科學(xué)地進(jìn)行水電站電氣系統(tǒng)自動化設(shè)計在保證水電站工作效率、供電穩(wěn)定性、優(yōu)化工作環(huán)境方面發(fā)揮著重要的作用。

1　水電站電氣自動化系統(tǒng)組成

電氣自動化是一門新興技術(shù)，其中包含著眾多的技術(shù)比如計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。電氣自動化的出現(xiàn)一方面給水電站電氣系統(tǒng)的安全運行提供了可靠的保障，另一方面也為人們的生活提供了一定的便捷。隨著科技發(fā)展步伐的不斷加快，新技術(shù)、新理念層出不窮，電氣自動化也出現(xiàn)在了人們生活的方方面面，不僅在地鐵、公交方面有所應(yīng)用，在工廠自動化生產(chǎn)中也得到了廣泛的應(yīng)用[1]。電氣自動化的出現(xiàn)也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)大大增強了社會生產(chǎn)力，為我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了一定的促進(jìn)作用。

在水電工程行業(yè)中，電氣自動化技術(shù)的有效應(yīng)用使水電工程行業(yè)的發(fā)展步入了一個嶄新的階段，實現(xiàn)了自動化的系統(tǒng)運行模式，無須人工值班，系統(tǒng)可實現(xiàn)智能監(jiān)控。電氣自動化系統(tǒng)所實現(xiàn)的這些應(yīng)用主要是借助計算機技術(shù)加以完成的，但單靠計算機技術(shù)的全程實現(xiàn)還具有一定難度，可編程序控制器以及微機繼電保護(hù)裝置的有效配合也是非常關(guān)鍵的。電氣自動化系統(tǒng)如圖1所示。

通過對圖1的分析可知電氣自動化系統(tǒng)主要是借助以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線將各個單獨的控制站與智能設(shè)備進(jìn)行有效銜接，實現(xiàn)各個階段的全程控制[2]。這種開放式的電氣自動化系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：一是層次分明，技術(shù)人員可根據(jù)工程需要對各部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)財U展；二是設(shè)備靈活性強；三是系統(tǒng)中使用的冗余配置裝備，可增強設(shè)備的穩(wěn)定性；四是摒棄了傳統(tǒng)的維修技術(shù)，采取先進(jìn)的技術(shù)理念，確保水電工程運行的安全性；五是人機接口能力強，可進(jìn)行靈活組裝，方便技術(shù)人員操控。

2　水電站電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計思路

2.1遠(yuǎn)程監(jiān)控模式

遠(yuǎn)程監(jiān)控模式的主要優(yōu)點：一是施工成本低，能夠節(jié)省一定的材料；二是安全簡便易行；三是穩(wěn)定性高等。該模式也存在一定的不足之處，比如在水電廠電氣應(yīng)用中由于需要的通訊量較大，而現(xiàn)場總線所供給的通訊速度卻是一定的，若采取此種模式則起不到應(yīng)有的效果，因此遠(yuǎn)程監(jiān)控模式不能大范圍的應(yīng)用，但在電氣自動化的小系統(tǒng)范圍內(nèi)加以監(jiān)控，效果較為顯著。

圖1　水電站電氣自動化示意圖

2.2現(xiàn)場總線監(jiān)控模式

近些年來，以太網(wǎng)等計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已在水電站綜合自動化系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，經(jīng)過多年的實踐檢驗，該技術(shù)也較之前更加成熟與有效，為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用提供了可靠的保障?，F(xiàn)場總線監(jiān)控模式不僅能提高系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性，而且能夠根據(jù)不同間隔的作用為其進(jìn)行有效設(shè)計[3]?，F(xiàn)場總線監(jiān)控模式可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控而且安裝智能化程度高的優(yōu)點，此外還可節(jié)省一定的成本，在維修上較為便捷。

2.3集中監(jiān)控模式

集中監(jiān)控方式的優(yōu)點：首先，在運行維護(hù)中較為便捷；其次，系統(tǒng)設(shè)計的比較簡單，方便工作人員的使用；最后，控制站對防護(hù)要求不是很嚴(yán)格。但美中不足的是由于集中監(jiān)控模式會將系統(tǒng)中每個功能都集中在一起，使用同一個處理器進(jìn)行作用，這無疑加大了系統(tǒng)的處理量，而且處理效率也比較低下。此外所有的電氣設(shè)備都被進(jìn)行全程監(jiān)控，會導(dǎo)致電纜數(shù)據(jù)加大，不僅會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也會加大資金的投入。

3　水電站電氣系統(tǒng)自動化設(shè)計

3.1計算機監(jiān)控系統(tǒng)

在水電站電氣系統(tǒng)的眾多組成成分中計算機監(jiān)控系統(tǒng)是其中最為核心的部分，通過對計算機在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮的有效性并結(jié)合常規(guī)監(jiān)控設(shè)備的作用，可根據(jù)不同的需求在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域使用不同形式的監(jiān)控系統(tǒng)。一般而言，計算機監(jiān)控系統(tǒng)有兩種模式：一是計算機為核心，常規(guī)控制設(shè)備為輔助；二是常規(guī)控制設(shè)備為核心而計算機為輔助[4]。在水電站電氣系統(tǒng)中通過遠(yuǎn)程控制模式的應(yīng)用一方面降低了信息傳輸交流的難度，另一方面形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的辦公模式，給工作人員帶來了便捷，相信未來計算機監(jiān)控系統(tǒng)會在現(xiàn)代水電站自動化建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

3.2電視監(jiān)視系統(tǒng)

由于電氣系統(tǒng)控制模式對技術(shù)的要求層次比較高而且較為嚴(yán)格，這要求水電站的管理人員須制定出切實可行的調(diào)度控制方案才能滿足設(shè)備所需，從而保證水電站系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。工業(yè)電視系統(tǒng)是集管理與監(jiān)視的模式，它的有效應(yīng)用能夠在第一時間將監(jiān)控對象的運作情況以及基本信息呈現(xiàn)在計算機設(shè)備上，以供技術(shù)人員參考與比對，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在異常，技術(shù)人員可在短時間內(nèi)找出問題的出處并采取有效的措施加以改進(jìn)。水電站的監(jiān)控管理人員借助電視監(jiān)視系統(tǒng)能夠清晰地看到設(shè)備的實際運行情況，根據(jù)設(shè)備的實際情況對其進(jìn)行科學(xué)的操作與有效的控制，提高設(shè)備的可操作性，為自動化生產(chǎn)提供可靠的保障。水電站電視監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　水電站電視監(jiān)控系統(tǒng)

3.3消防監(jiān)控系統(tǒng)

隨著科技發(fā)展浪潮的不斷推進(jìn)，水電站內(nèi)的設(shè)備系統(tǒng)也發(fā)生了翻天覆地的變化，很多大型水電站內(nèi)都安裝了一些先進(jìn)的電氣設(shè)備，為水電站系統(tǒng)的安全運行提供了一定的幫助。當(dāng)前，在水電站主、副廠房以及重要機電設(shè)備上都安裝了探測器，目的在于可實時對這些區(qū)域的設(shè)備運行狀況進(jìn)行全程監(jiān)控，尤其是做好消防安全監(jiān)控。當(dāng)探測器檢測到有異常情況發(fā)生時，會經(jīng)過系統(tǒng)總線將信號傳遞到報警控制器部位，并發(fā)出報警信號，集中報警控制器在接收到報警信號后會在第一時間對所收集的信號進(jìn)行全面的整合與分析，處理完成后以數(shù)碼的形式顯示出火災(zāi)發(fā)生的具體方位，以便于消防人員在短時間趕到火災(zāi)現(xiàn)象，盡可能地降低事故所帶來的損失。

3.4自動裝置系統(tǒng)

水電站中具備先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，這些設(shè)備有助于電氣系統(tǒng)實現(xiàn)多樣化的功能轉(zhuǎn)換，促使機組內(nèi)控系統(tǒng)處于穩(wěn)定、安全的運行狀態(tài)中。所以在進(jìn)行水電站建設(shè)中應(yīng)重視自動化應(yīng)用水平的引入，提高系統(tǒng)的運行效率。自動裝置系統(tǒng)是單獨發(fā)揮作用的，它并不在計算機監(jiān)控系統(tǒng)的范疇內(nèi)，在水電站系統(tǒng)的實際運行中須將自動控制設(shè)備與計算機監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行有機結(jié)合，才能使其有效性得以最大限度的發(fā)揮。

4　結(jié)　論

將電氣自動化系統(tǒng)應(yīng)用于水電站全面提升了水電站運行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，水電站的工作效率和運行穩(wěn)定性顯著提升。通過利用消防監(jiān)控系統(tǒng)和電視監(jiān)控系統(tǒng)可以及時處理遇到的安全隱患和事故，防止事故惡化，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。此外，在水電站中引入電氣自動化系統(tǒng)可以降低人力方面的投入，降低了生活辦公和工資方面的支出，節(jié)省企業(yè)運營車本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]肖冬梅. NC2000計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的實際應(yīng)用及探討[C]// 江西省電機工程學(xué)會年會. 2012:1-3.

[2]耿長興,孫云峰,冀振亞,等.自動化控制在小型水電站中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程 ,2015(17):151.

[3]陳德新，殷豪.小水電站監(jiān)控系統(tǒng)的形式與系統(tǒng)設(shè)備的配置[J].中國農(nóng)村水利水電，2005(1):103-104.

[4]韓婷婷.水電工程中電氣自動化技術(shù)探討[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(電子版)，2014(20).

葉婉婧(1981-)，女，助理工程師，主要從事水電站電氣設(shè)計方面的工作。

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