谷 雷

(新疆維吾爾自治區(qū)烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000)

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水電站中電氣自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用分析

谷 雷

(新疆維吾爾自治區(qū)烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000)

水電站的開發(fā)建設(shè)不僅有利于水環(huán)境的保持，在以發(fā)電為主的基礎(chǔ)之上，還兼顧防洪、航運(yùn)和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重任。在水電站中，水能是能量源頭，電能是生產(chǎn)目標(biāo)，而電氣自動(dòng)化技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)能量合理轉(zhuǎn)換、傳輸、分配的主體技術(shù)。在水電站中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)以后，機(jī)組的發(fā)電效率由之前的70%上升到85%，發(fā)電量也由之前的1800萬度上升到2500萬度，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)下游的防洪、灌溉也起到了積極的作用。電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)水電站有著至關(guān)重要的作用，在確保水電站電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行以及人身、設(shè)備安全方面有著舉足輕重的地位。文章簡析了水電站中電氣自動(dòng)化的基本要素，探究了電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的具體技術(shù)性能，并結(jié)合實(shí)際案例指出了電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的具體運(yùn)用途徑。

水電站；電氣自動(dòng)化技術(shù)；基本要素；運(yùn)用途徑

中國的水電站工程建設(shè)可謂是星羅棋布，走過不同的發(fā)展時(shí)期，肩負(fù)著不同的歷史使命，既點(diǎn)亮了輻射區(qū)域百姓的生活，也為村民致富、地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了源源不斷的活力。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境的變化，很多水電站已經(jīng)退出歷史舞臺(tái)，留下來的也開始順勢(shì)而為，實(shí)行綠色發(fā)展。如今，在五大發(fā)展理念的驅(qū)動(dòng)下，水電站如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，已成為新時(shí)期擺在所有水電站面前的現(xiàn)實(shí)問題。為推動(dòng)中國水電站運(yùn)行管理水平，對(duì)促進(jìn)電力科技進(jìn)步做出新的貢獻(xiàn)，水電站要充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，多渠道、多領(lǐng)域、多層次、多形式地應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，牢固樹立超前意識(shí)，不斷提高水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

1 水電站中電氣自動(dòng)化的基本要素

1.1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)并調(diào)控水輪發(fā)電機(jī)組的工作過程

改革開放以后，中國社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)生了翻天覆地的變化，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也是突飛猛進(jìn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也以人們始料未及的速度，迅速走入并影響著人們的生活。在信息技術(shù)日新月異的同時(shí)，水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)以先天的優(yōu)勢(shì)和扎實(shí)的技術(shù)水準(zhǔn)為水電站運(yùn)行與發(fā)展注入了一劑強(qiáng)行針。水電站電氣自動(dòng)化可對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)并調(diào)控水輪發(fā)電機(jī)組的工作過程，這一過程的實(shí)現(xiàn)在很大程度上是憑借機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)來完成的，而監(jiān)控系統(tǒng)又是在移動(dòng)通訊技術(shù)的支撐下把機(jī)組的工作信息發(fā)送至電腦終端，同時(shí)根據(jù)已有的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)加以分析處理，最終結(jié)合具體的工作需要把一定的信號(hào)命令傳送至控制系統(tǒng)，使得水電站水輪發(fā)電機(jī)組工作過程中所暴露出來的弊端能夠在最短的時(shí)間內(nèi)得到修補(bǔ)，同時(shí)完成水電站的自動(dòng)化運(yùn)行。不僅如此，水輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)還可以直接發(fā)送至電腦終端，以便于其對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的工作指標(biāo)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)控，確保工作過程始終處于最佳狀態(tài)。

1.2 自動(dòng)監(jiān)測(cè)和監(jiān)控水電站輔助設(shè)備的工作狀況

水電站中電氣自動(dòng)化的基本要素，一方面表現(xiàn)在自動(dòng)監(jiān)測(cè)并調(diào)控水輪發(fā)電機(jī)組的工作過程，另一方面還在于自動(dòng)監(jiān)測(cè)和監(jiān)控水電站輔助設(shè)備的工作狀況，同時(shí)需要其在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)覺運(yùn)行過程的紕漏，并以非人工的形式對(duì)設(shè)備進(jìn)行提示，從而保障運(yùn)行的安全性與可靠性，也使得電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠在水電站中得以大顯身手。水輪發(fā)電機(jī)組不是水電站唯一需要監(jiān)控，發(fā)電站的公共器材和水電站輔助設(shè)備同樣需要“嚴(yán)加看護(hù)”。從某種程度上來說，切實(shí)可行的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?yàn)樗娬景踩?、可靠的打下第一道防線，憑借電氣自動(dòng)化技術(shù)充分發(fā)揮出的自動(dòng)監(jiān)測(cè)能力，加之對(duì)其工作過程的及時(shí)糾正與修補(bǔ)，保障水電站安全的重任便輕而易舉地完成了。憑借自動(dòng)監(jiān)控平臺(tái)看到的信息數(shù)據(jù)與水電站發(fā)電機(jī)組所傳回的指令和相應(yīng)輔助設(shè)備的工作過程是完全同步的，只要出現(xiàn)紕漏，便可以在第一時(shí)間發(fā)送警示信息，特殊情況下甚至可以立刻停止設(shè)備的運(yùn)行，同時(shí)無需人工發(fā)送指令便能針對(duì)紕漏進(jìn)行尋根問底，把水電站運(yùn)行中的安全隱患降到了最低點(diǎn)。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的具體技術(shù)性能

2.1 數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)

水電站中扎實(shí)開展精細(xì)化管理，積極應(yīng)用數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)重點(diǎn)區(qū)域全方位、全天候的監(jiān)測(cè)?？梢哉f，電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中應(yīng)用的主要目的就是引用數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用是基于水電站原有設(shè)備的基礎(chǔ)之上得以運(yùn)行的，可見電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站的應(yīng)用，一方面要達(dá)到提升所有設(shè)備運(yùn)行效果的目的，另一方面還要力爭實(shí)現(xiàn)國際先進(jìn)、國內(nèi)一流的安全性與可靠性。在電腦終端的支撐下，針對(duì)以太網(wǎng)和繼電保護(hù)器的PLC編程運(yùn)作才得以順利進(jìn)行，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能順暢發(fā)送與接收數(shù)據(jù)提供了便利條件，水電站數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)的效能也得以充分體現(xiàn)，如圖1。不僅如此，新形勢(shì)下電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用就是要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)操控，如果這一美好愿望得以成真，不僅能在很大程度上降低水電站的人力資源成本，還能縮小國內(nèi)水電站運(yùn)行水平同國際化標(biāo)準(zhǔn)的差距，同時(shí)也把水電系統(tǒng)運(yùn)行過程中的出現(xiàn)紕漏的可能降到了最低點(diǎn)。

2.2PLC自動(dòng)化技術(shù)

在水電站中引入PLC技術(shù)是達(dá)到其自動(dòng)化目的的基礎(chǔ)。PLC技術(shù)的基本運(yùn)作規(guī)律是：在可編程存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)設(shè)備遵循存儲(chǔ)器既定的計(jì)算模式、體系、操控流程、運(yùn)行頻率、監(jiān)測(cè)指數(shù)等數(shù)據(jù)，擬建并顯示出智能化的水電站運(yùn)行立體圖像，該圖像的構(gòu)建，一方面可以幫助水電站的工作人員進(jìn)行更加高效的對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)加以判斷，降低誤差與干擾，另一方面也保障了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性。PLC自動(dòng)化技術(shù)，如圖2。

圖1 水電站數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)

圖2 PLC自動(dòng)化技術(shù)

2.3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的具體運(yùn)用途徑

2.3.1 自動(dòng)檢測(cè)

自動(dòng)化檢測(cè)就水電站而言更多的時(shí)候體現(xiàn)在關(guān)于每種設(shè)備的運(yùn)行指征加以更為規(guī)范化和針對(duì)性的技術(shù)檢測(cè)。該檢測(cè)方式在實(shí)踐的過程當(dāng)中涉及到的設(shè)備有很多，例如：操作平臺(tái)、發(fā)電機(jī)組、輔助設(shè)備、主變壓器、水輪機(jī)組、建調(diào)速系統(tǒng)、風(fēng)油水系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、升壓站等。檢測(cè)參數(shù)既定的內(nèi)容有：大軸擺度、水輪機(jī)振動(dòng)、水輪機(jī)轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度、頂蓋水位、水導(dǎo)瓦溫、水導(dǎo)油溫、水導(dǎo)油位、鎖錠位置、空氣圍帶壓力等。通過檢測(cè)，各分節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)傳送至主操作平臺(tái)，同時(shí)以立體成像或數(shù)字的形式顯示出來，便于分析和記錄。

位于云南省普洱市翠云區(qū)和瀾滄縣交界處的瀾滄江下游干流上的糯扎渡水電站，是亞洲最高、世界第3高的心墻堆石壩電站，其安全檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)GNSS和測(cè)量機(jī)器人TM30對(duì)大壩表面變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過建立可靠的GNSS和測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)化變形檢測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全天候24小時(shí)不間斷檢測(cè)，其觀測(cè)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理分析和管理等工作，均在無人值守的情況下完成，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、分析、預(yù)警的一體化自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制功能。該系統(tǒng)的運(yùn)行，說明電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站自動(dòng)檢測(cè)中的運(yùn)用具有精度高、自動(dòng)化程度強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.3.2 自動(dòng)控制

脈沖是水電站電氣自動(dòng)化中全部系統(tǒng)設(shè)備的主要操控目標(biāo)，這也是實(shí)現(xiàn)水電站正常發(fā)電與運(yùn)行的基礎(chǔ)。水電設(shè)備的所有指征都明確之后，只要常規(guī)檢測(cè)無異常情況出現(xiàn)，便可執(zhí)行裝置的運(yùn)行命令。一旦發(fā)生事故，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備便能夠利用隨時(shí)待命的備用系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，并關(guān)閉之前運(yùn)行狀態(tài)下的系統(tǒng)，與此同時(shí)警示指令已傳送至相關(guān)的檢修人員。不僅如此，還能根據(jù)設(shè)備的具體運(yùn)行情況適時(shí)針對(duì)發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)開展問題的自查自檢工作。

位于云南省蘭坪縣境內(nèi)的黃登水電站通過運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，建立了數(shù)字黃登系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)水電站進(jìn)行全面、精細(xì)化的控制，若現(xiàn)場出現(xiàn)故障、溫度超標(biāo)等特殊情況，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警，通知質(zhì)檢人員，如此一來，不僅便于監(jiān)測(cè)人員適時(shí)掌控現(xiàn)場的綜合狀況，及時(shí)分析，快速反饋，形成了水電站標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程，減少了人工干擾及誤差，還有效降低了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，減少了自動(dòng)控制人員填寫資料的時(shí)間，使工作人員有更多時(shí)間和精力投入到電站系統(tǒng)的運(yùn)行之中，并提高了電站的運(yùn)行效益。

2.3.3 自動(dòng)保護(hù)

水電站中設(shè)備的自動(dòng)保護(hù)主要體現(xiàn)在電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用使整個(gè)運(yùn)行過程中所涉及到的設(shè)備都建立了自動(dòng)保護(hù)的機(jī)制，在多種可預(yù)見的情況下都可以在最大程度上降低對(duì)機(jī)組設(shè)備性能的損害。指征擬建之后，在水電站所有設(shè)備運(yùn)行的過程中，能夠完成自動(dòng)化的檢測(cè)與控制。一旦發(fā)生檢測(cè)到影響設(shè)備運(yùn)行的具體指征的情況，系統(tǒng)便能夠自動(dòng)發(fā)出并執(zhí)行對(duì)其開展檢測(cè)、跟蹤、監(jiān)控、記載等命令，同時(shí)傳送警示信號(hào)以及打開自動(dòng)保護(hù)設(shè)備。

浙江省 金華市浦江縣壺源江水電站是該縣最大的一座水利發(fā)電站，年均電力生產(chǎn)高達(dá)581.1萬°，這得益于壺源江水電站啟動(dòng)了增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目，應(yīng)用了電氣自動(dòng)化技術(shù)，包括新裝3臺(tái)980kW的水輪發(fā)電機(jī)組，更換主變、廠用變、高壓開關(guān)柜以及新裝自動(dòng)化操作控制設(shè)備等，改變了之前電站裝機(jī)容量小、臺(tái)數(shù)多、技術(shù)落后、效率低、制造質(zhì)量差、安全生產(chǎn)隱患多的弊端，以實(shí)現(xiàn)電站系統(tǒng)的自動(dòng)保護(hù)為著眼點(diǎn)，切實(shí)提高了電站生產(chǎn)的安全性，增強(qiáng)了電站人員的業(yè)務(wù)水平，對(duì)促進(jìn)電站安全生產(chǎn)管理工作的進(jìn)一步提高起到了積極作用。

總之，我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，為水電站運(yùn)行設(shè)備的更新奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，隨著人們觀念的改變，電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用已呈現(xiàn)出勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。水電站自動(dòng)化設(shè)備的升級(jí)是水電站現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢(shì)，而現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)管理又是水電站自動(dòng)化設(shè)備升級(jí)的先決條件，在建立現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)管理體系的過程中，一方面要實(shí)現(xiàn)每個(gè)系統(tǒng)對(duì)不同距離的操控要求，另一方面還要完成遠(yuǎn)距離操控過程中所涵蓋的電流、溫度、水位、電壓、波位、壓力、頻率、機(jī)械轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)加以分析記錄?，F(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)于水電站的運(yùn)行來說可謂是功不可沒，不僅能夠提升水電站自動(dòng)化的操控水平，還可以完成整個(gè)系統(tǒng)中高安全性、可靠性的設(shè)備運(yùn)行。所以說，水電站的電氣自動(dòng)化水平是衡量一座水電站安全運(yùn)行能力的有效指標(biāo)，在實(shí)踐中務(wù)必要重視電氣自動(dòng)化技術(shù)的作用，并積極探索出更加切實(shí)可行的應(yīng)用路徑，使水電站實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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1007-7596(2017)02-0140-03

2017-02-20

谷雷(1969-)，男，河南尉氏人，工程師，研究方向?yàn)樗娬疽淮卧O(shè)備、繼電保護(hù)、自動(dòng)化技術(shù)。

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