李海亮

摘 要：隨著科技的高速發(fā)展，我國的水利設施電力自動化得到進一步發(fā)展。許多水電站都相繼引進了電氣自動化設備或開始進行了前期的準備工作，水利設施中電氣自動化是一種包含了多門學科和前沿技術(shù)的綜合技術(shù)，水利設施中電氣自動化應用是我國電力工業(yè)自動化建設的重要進步。

關鍵詞：水利設施；電氣自動化；應用

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A

與火電廠進行對比水電站不需要消耗煤礦一類的資源，也不像火電廠那樣燃燒煤礦之后產(chǎn)生各種污染。由于沒有資源的消耗發(fā)電成本只有火力發(fā)電的幾分之一。水電站發(fā)電量一般取決于水庫水位決定，水庫水量充足則發(fā)電量增多，反之則減少，其中水電站的調(diào)度水平也決定了發(fā)電量的多少，通過合理調(diào)度可以用更少的水發(fā)更多的電。水電站的發(fā)電方式由水庫近期水資源庫存情況決定，對于具有調(diào)節(jié)水庫的水電站根據(jù)水庫水的進出量來決定，根據(jù)水庫“收入”決定“支出”。對于梯級水電站其每日發(fā)電計劃是由每日水量供給決定的。所以水電站與火電廠、核電廠具有完全不同的發(fā)電方式。

1.我國當前電氣自動化的特點

電氣自動化在我國出現(xiàn)時間較早，于20世紀50年代便已出現(xiàn)并開始發(fā)展，經(jīng)過國家對技術(shù)的不斷發(fā)展和投入，電氣自動化已經(jīng)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。在當前形勢下具有兩大優(yōu)點：第一，便捷性。通過推動電氣自動化技術(shù)可以有效地降低工作成本，節(jié)約人力支出，其便于管理的特點能有效提高工作效率，使電氣自動化擁有廣大的發(fā)展前景。第二，廣泛性。由于電氣自動化的便捷性特點，在生產(chǎn)過程中簡化生產(chǎn)步驟，操作簡單方便，生產(chǎn)質(zhì)量能夠得到保證，因此擁有廣泛的發(fā)展前景，在各行各業(yè)中均能得到應用。

2.水電站自動化的內(nèi)容

水電站自動化提供的功能和內(nèi)容根據(jù)水電站具體情況，需要的功能各有不同，但是以下幾點內(nèi)容是水電站自動化必然擁有的：

2.1 自動檢測

水電站自動化的前提是對水電站中設備進行實時參數(shù)檢測。水電站的運行機組及輔助設備、公用設備、變電稠開關、水工建筑物及其附屬操作設備，最好還包括水持測報系統(tǒng)。對這些設備檢測獲得的參數(shù)主要分為電和非電兩類，其中電流、電壓、功率、電能等參數(shù)是電，非電則有溫度、流量等。檢測手段也多種多樣有檢查、檢測、記錄等方式。其中記錄的檢測方式連續(xù)，間斷皆可、自動檢測功能是電氣自動化其他功能運行的前提和基礎，通過自動檢測可以實時對水電站的整體情況有一個全面的了解，是水電站能夠安全運行的保障。

2.2 自動操作

在自動檢測的基礎上，水電站可以進行自動操作，能夠自動操作的設備有以下幾種：

（1）機組的自動操作（也叫作順序控制）。機組的自動操作是指機組及其附屬設備通過脈沖命令進行機組的自動操作。脈沖命令的發(fā)出受兩種方式控制：一是通過中央控制室發(fā)出命令稱作集中控制，二是通過機旁盤發(fā)出稱作就地控制。脈沖命令通過以下順序完成自動操作：開機進入系統(tǒng)、關機、發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相、發(fā)電轉(zhuǎn)抽水等一系列順序，最終完成對機組的自動操作。

（2）電廠公用設備的自動操作。電廠的公用設備通常有空氣壓縮系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等。

（3）水工建筑物設備的自動操作。這包括溢洪閘門的操作、引水式水電站首部機組取水口閘門的操作：一陣閥門的操作等。

（4）全廠性操作。如報警信號系統(tǒng)、遠動通信系統(tǒng)、開關站設備的操作等。

2.3 自動控制

自動控制從性質(zhì)劃分為兩種，分別是開環(huán)控制和閉環(huán)控制，上文水電站的自動操作在性質(zhì)上屬于開環(huán)控制。電站的閉環(huán)控制有以下兩種：用于控制機組轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)設備，用于控制機組電壓的勵磁調(diào)節(jié)器都屬于閉環(huán)控制。變換機組調(diào)速器整定值能控制機組有功出力，與之相似的是變換勵磁調(diào)節(jié)器的整定值可以控制機組無功出力。這兩項調(diào)節(jié)器是基礎的自動控制裝置。為了方便操作可以將調(diào)節(jié)設備成組設置，將全站機組聯(lián)動在一起作為一臺機組調(diào)整，這就使機組能夠同時收到值班人員和上級自動裝置雙方的命令。通過以上方式能劃分出3種自動控制裝置分別為有功功率成組調(diào)節(jié)裝置和自動調(diào)頻裝置，以及無功功率成組調(diào)節(jié)裝置。

2.4 自動保護

這里涉及的自動保護動作一般有如下3個等級：

（1）警報動作。對于機組的一些異常運行又不會立刻產(chǎn)生危害的情況，例如：加發(fā)電機定于溫度超限、推力軸承或?qū)лS承溫度升高、油槽油面過高或過低、機組冷卻水源中斷等，自動保護系統(tǒng)會對工作人員發(fā)出警報并投入備用運行機組。使工作人員發(fā)現(xiàn)情況后，有足夠的時間采取應對措施，解決異常問題或?qū)⒐收蠙C組退出運行系統(tǒng)。

（2）停機跳閘動作。當發(fā)生較為嚴重且繼續(xù)運行會發(fā)生危險的情況時，例如機組中壓油裝置油壓異常，軸承異常高溫等情況發(fā)生后，自我保護系統(tǒng)會跳閘停機。

（3）快速關閉進水閥門動作。當出現(xiàn)嚴重事故例如機組速度異常且調(diào)速器無效，壓力銅管發(fā)生爆破，停機時遙上導水葉剪斷銷剪斷等狀況一旦發(fā)生，在自動保護系統(tǒng)跳閘停機后，還要關閉進水閥門。

3.設備選型及自動化設計

隨著科技的發(fā)展，自動化元件在機組中的作用更加重要，數(shù)量更加龐大，但是由于設計上，生產(chǎn)上的一些原因主機自帶的自動化元件精度差，靈敏度低，容易出現(xiàn)故障使電氣自動化系統(tǒng)中出現(xiàn)安全漏洞，不利于水電站設施安全，因此需要對設備進行調(diào)整，根據(jù)實際情況選擇更加合適的元件和設計方案。

3.1 PLC在軸流槳式水輪機調(diào)速器中的應用

軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機能夠適應不同水頭和流量的變化，并與導葉的轉(zhuǎn)動保持協(xié)聯(lián)關系，水電站在這套設備運營使用中發(fā)現(xiàn)廠家提供的參數(shù)與實際工作中設備水頭和上下游水位的數(shù)據(jù)相距甚遠，因此廠家提供的參數(shù)起不到參考作用，設備實際運行中的效果差強人意，對于此類問題，解決方法可以使用PLC可編程控制器的調(diào)速器。將機組中的調(diào)速器替換為PLC可編程控制器的調(diào)速器，替換之后在設備運行中再出現(xiàn)此類問題可根據(jù)不同的水文數(shù)據(jù)，手動調(diào)節(jié)協(xié)聯(lián)導葉、漿葉，取得實際運行中的最佳協(xié)聯(lián)曲線參數(shù)，修改原本錯誤數(shù)據(jù)，將正確數(shù)據(jù)輸入PLC使設備發(fā)揮出最佳工作效率。

3.2 PLC在調(diào)節(jié)水庫式電站調(diào)速器中的應用

水庫式水電站具有運行水頭波動范圍大的特點，其調(diào)速器和起動開度設置是按照水輪機水頭設計進行設置的。這就導致當電站水頭低于設置標準水頭時，自動運行模式下機組轉(zhuǎn)速不足，想要增加調(diào)整器起動開度需要進行更換芯片或在開度指示儀中串聯(lián)電阻等一系列復雜操作，當設計水頭又高于電站水頭時又要撤銷之前的操作，增加了操作步驟，提高了工作成本，降低了工作效率，但PLC可編程控制器能夠根據(jù)水頭高低，實時修改起動開度。提高了工作效率，降低了工作難度。

結(jié)語

當前我國水電站電氣自動化普及程度較低，尤其是規(guī)模較小的水電站，規(guī)模小，產(chǎn)能低，自動化程度低制約了水電站的進一步發(fā)展，由于水電站獨有的特點決定水電站自動化不單要實現(xiàn)機組自動化，還要將全站設備兩級自動化即水電站綜合自動化。因此要推動我國水電站自動化技術(shù)進一步發(fā)展既要加大對自動化技術(shù)的推廣也要依靠企業(yè)自主要發(fā)能力實現(xiàn)“產(chǎn)學研一體”提高企業(yè)的市場競爭力。

參考文獻

[1]何勇軍，劉成棟，向衍，等.大壩安全監(jiān)測與自動化[M].北京：中國水利水電出版社，2015：79.

[2]周亞峰.淺談電氣自動化控制系統(tǒng)的應用及發(fā)展趨勢[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2016（6）：69-70.

[3]侯碧菲.電氣自動化技術(shù)的潛在發(fā)展空間與應用分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（19）：204.