呂廣鎖，李俊楠，李鵬飛

(1.遼寧省湯河水庫(kù)管理局，遼寧 遼陽(yáng) 111000；2.遼寧省蓡窩水庫(kù)管理局，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展以及人民生活水平的提高，水利水電工程在社會(huì)生產(chǎn)和人民的日常生活中都起著重要作用。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步更是將電氣自動(dòng)化技術(shù)廣泛應(yīng)用到水利水電工程工程當(dāng)中，運(yùn)用現(xiàn)代發(fā)達(dá)的科技從而慢慢形成了無(wú)人值班、智能監(jiān)控的新型自動(dòng)化模型，對(duì)于提高企業(yè)工作效率和經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。

1 電氣自動(dòng)化簡(jiǎn)述

當(dāng)前我國(guó)的水利水電工程自動(dòng)化系統(tǒng)大多是利用PLC(可編程序控制權(quán))和微機(jī)繼電保護(hù)裝置等設(shè)備共同組成，具體系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示。

圖1 水電站電氣自動(dòng)化示意圖

從上圖1中可以了解到，水利水電工程的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是借助現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)等來(lái)連接各個(gè)不相同的智能裝置以及控制站，同時(shí)根據(jù)一定分層順序來(lái)架構(gòu)出的一個(gè)綜合性分工監(jiān)控電氣自動(dòng)化系統(tǒng)。目前使用比較多的架構(gòu)方法是三層分布或是兩層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中第一層是現(xiàn)地測(cè)量控制層(即現(xiàn)地單元層)，第二層是集中監(jiān)控層(即主控單元層)，第三層是生產(chǎn)調(diào)度管理層(即管理單元層)。三個(gè)單元層之間的測(cè)控計(jì)算機(jī)都是經(jīng)TCP /IP 高速以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)連接的，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)則配合使用網(wǎng)線(xiàn)與光纜的形式?？刂茩?quán)具有設(shè)置與切換功能，其控制權(quán)的優(yōu)先順序依次是生產(chǎn)調(diào)度管理層、集中監(jiān)控權(quán)以及現(xiàn)地測(cè)量控制層。具體的分層分布結(jié)構(gòu)要根據(jù)工程的實(shí)際功能需求來(lái)決定，較為靈活與分散。此外，從圖1我們還可以清楚的了解到該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的人機(jī)接口能力，有利于掌控和操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試等也有很大優(yōu)勢(shì)。

2 水利水電工程中對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用

受水利水電工程的規(guī)模、實(shí)際功能需求等各因素的不同，目前水利水電工程當(dāng)中對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用并不是統(tǒng)一的，因此在相關(guān)設(shè)備以及發(fā)電站組的應(yīng)用以及自動(dòng)化運(yùn)行程度都各不相同。

2.1 實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的智能控制

1)能夠管理和控制發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相以及調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)，無(wú)人監(jiān)督管理的情況下也能獨(dú)立自動(dòng)完成相關(guān)工作，同時(shí)它還能夠完成關(guān)停機(jī)動(dòng)作。

2)水利水電工程中的電氣自動(dòng)化設(shè)備具有智能化特征，可自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組，從而確保發(fā)電站組能夠在最為可靠經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)系統(tǒng)指令以及實(shí)際情況來(lái)自行啟動(dòng)相應(yīng)的機(jī)組數(shù)量，確保經(jīng)濟(jì)合理的分配機(jī)組間的負(fù)荷運(yùn)行情況。此外，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠自行打開(kāi)或者關(guān)閉發(fā)電機(jī)組，所以工作人員在運(yùn)行過(guò)程中完全可以結(jié)合負(fù)荷的具體要求來(lái)對(duì)變換機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變換，最大限度的提高有用功，從而使得無(wú)用功能減少到最小程度[2]。

3)一旦發(fā)生洪澇災(zāi)害或是其他的工作事故導(dǎo)致機(jī)組頻率大大減少，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)也會(huì)利用智能化功能來(lái)確保機(jī)組能夠在最短時(shí)間內(nèi)將一些非常重要的機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)斷開(kāi)。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組和關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行情況

在水利水電工程當(dāng)中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)不僅能夠有效檢測(cè)到發(fā)電機(jī)組的電子與定子，及其電路是否安全。此外，對(duì)于發(fā)電機(jī)定子繞組以及鐵芯當(dāng)中的溫度也能夠進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，并與設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)比，一旦超出設(shè)定溫度則系統(tǒng)會(huì)自行做出相關(guān)保護(hù)動(dòng)作，并在最短時(shí)間內(nèi)發(fā)出警報(bào)。除此之外，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組的潤(rùn)滑度、機(jī)組變速系統(tǒng)等各方面，一旦這些設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與系統(tǒng)設(shè)定有所差入，出現(xiàn)故障則系統(tǒng)會(huì)利用其智能化手段來(lái)及時(shí)采取相關(guān)措施并發(fā)出緊急呼叫警報(bào)，確保工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，從而采取相應(yīng)措施來(lái)進(jìn)行維護(hù)養(yǎng)護(hù)，確保系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化控制

1)水利水電工程當(dāng)中，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)工程相關(guān)重要設(shè)施設(shè)備的智能化控制主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：空壓機(jī)、油泵及水泵等相關(guān)機(jī)械設(shè)備。系統(tǒng)在檢測(cè)到這些設(shè)備設(shè)施發(fā)生故障之后會(huì)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作來(lái)確保其他輔助或備用設(shè)施可以最快速度投入到運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中，以彌補(bǔ)缺陷，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2)系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器、輸電線(xiàn)路等工程當(dāng)中非常重要的各種電氣設(shè)備的檢測(cè)、控制以及保護(hù)。

3)監(jiān)督控制水工建筑物的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)攔污閘有沒(méi)有出現(xiàn)阻塞等問(wèn)題，同時(shí)還能科學(xué)合理的控制水位?？茖W(xué)合理的應(yīng)用該系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)飲水壓力管的保護(hù)。

2.4 設(shè)備選型和自動(dòng)化設(shè)計(jì)

現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，我們需要安裝更多的自動(dòng)化元件在水輪發(fā)電機(jī)組之中，只有這樣才能有效實(shí)現(xiàn)和提高水利水電工程的自動(dòng)化水平。然而，目前我國(guó)的主機(jī)配套自動(dòng)化元器件還缺乏穩(wěn)定的性能，并由精度低、靈敏度比較差等不足，致使自動(dòng)化控制在水利水電工程的應(yīng)用中很容易發(fā)生安全等各種問(wèn)題?；诖爽F(xiàn)象，我們必須重視兩個(gè)方面的工作：設(shè)備選型，合理設(shè)計(jì)自動(dòng)化。首先，在中低水頭電站當(dāng)中，軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)是非常常用的一種設(shè)備，該水輪機(jī)的渦輪葉片采用的是導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)行動(dòng)模式可為電廠(chǎng)帶來(lái)更為可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。不過(guò)，不少渦輪葉片生產(chǎn)商受生產(chǎn)水平等多方面因素影響，使得聯(lián)邦曲線(xiàn)機(jī)組運(yùn)行性能較為不穩(wěn)的，從而影響了整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。為此，我們?cè)谡{(diào)試機(jī)組的時(shí)候，可結(jié)合工程需要對(duì)原來(lái)的關(guān)聯(lián)曲線(xiàn)進(jìn)行修改，并輸入PLC，繼而讓工作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和保持最佳狀態(tài)[3]。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際工程當(dāng)中的應(yīng)用介紹

3.1 工程簡(jiǎn)介

某水閘建設(shè)工程為Ⅲ級(jí)建筑物，中型規(guī)模。水閘的鋼板閘門(mén)一共有8孔，每一個(gè)孔的凈寬是12m，總寬是96m，洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)如下：20a一遇，其相對(duì)應(yīng)的洪水水位是2.81m，洪水流量設(shè)計(jì)為393 m3/s；50a一遇，其相對(duì)應(yīng)的洪水水位是3.07m，洪水流量設(shè)計(jì)為556 m3/s。

3.2 水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)

水閘計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由大閘監(jiān)控和控制提示、中心數(shù)據(jù)處理以及配電房監(jiān)控等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，其主要負(fù)責(zé)對(duì)下列3個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控：1個(gè)配電房，8個(gè)水閘和上下游水文測(cè)量站。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在有效運(yùn)用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，不僅能夠?qū)?shí)時(shí)監(jiān)督上述水閘等系統(tǒng)，并能準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)及相關(guān)工作人員給出有效的決策信息。這些信息能夠經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和管理系統(tǒng)進(jìn)行連接，并發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程分析和查詢(xún)功能[4]。

1)閘體監(jiān)控和控制提示分析。 現(xiàn)場(chǎng)操作以及遠(yuǎn)程監(jiān)控這兩個(gè)部分共同構(gòu)成了閘體監(jiān)控及控制提示子系統(tǒng)。其中，現(xiàn)場(chǎng)操作部分的功能主要經(jīng)液壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其自帶的以太接口會(huì)將閘門(mén)的實(shí)時(shí)狀態(tài)輸送到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)再經(jīng)過(guò)中控DCS系統(tǒng)來(lái)接收相由液壓控制系統(tǒng)所發(fā)送過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使得中央控制室得以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閘體狀態(tài)。

水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式主要有兩種：現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制子系統(tǒng)，自動(dòng)化控制子系統(tǒng)，這兩種運(yùn)行方法都是將各個(gè)控制對(duì)象的現(xiàn)場(chǎng)PLC控制點(diǎn)作為起點(diǎn)，不過(guò)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制系統(tǒng)具有最高的優(yōu)先級(jí)，同時(shí)其還有互鎖功能。

2)水文和水情監(jiān)控和分析。水閘自動(dòng)化系統(tǒng)主要是借助以太網(wǎng)來(lái)連接水情數(shù)據(jù)服務(wù)器和JX-300XDCS 控制系統(tǒng)，中央控制室內(nèi)能夠?qū)崟r(shí)獲取到上下游水文測(cè)量站的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、計(jì)算，從而得出可靠性比較高的結(jié)論。

3)配電房的監(jiān)控。電量變送器可有效采集配電房的相關(guān)電量參數(shù)，并連接控制站 I/O 卡，使得中央控制室和應(yīng)變電站能夠?qū)﹄妷汉碗娏鲄?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督與控制。同時(shí)，配電房監(jiān)控系統(tǒng)還具備報(bào)警提示等多項(xiàng)功能。

4)中心數(shù)據(jù)處理。中心數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)主要是分析結(jié)合液壓控制系統(tǒng)所發(fā)過(guò)來(lái)的相關(guān)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上準(zhǔn)確判斷水閘的具體運(yùn)行情況，并對(duì)流量、水位以及氣壓等相關(guān)數(shù)據(jù)的日統(tǒng)計(jì)及月統(tǒng)計(jì)，同時(shí)將統(tǒng)計(jì)結(jié)果以報(bào)表形式顯示出來(lái)。此外，該子系統(tǒng)還能統(tǒng)計(jì)和分析配電房相電壓與相電流情況，從而判斷配電房的運(yùn)行情況。

5)Internet 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布子系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要概念是處理、存儲(chǔ)和分析、顯示自動(dòng)化系統(tǒng)在其工作過(guò)程中，如監(jiān)控、保護(hù)等運(yùn)行當(dāng)中所產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)相應(yīng)模型來(lái)輔助做出決策，繼而向網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的管理單位發(fā)送各種和管理相關(guān)的數(shù)據(jù)。我們結(jié)合閘站工程管理的工作要求，在該系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)置了歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)這一功能，這樣一來(lái)，指揮中心以及管理部門(mén)就能夠根據(jù)工作需要查詢(xún)與打印出某一時(shí)段內(nèi)工程設(shè)備設(shè)施的運(yùn)用情況。

3.3 閘體原型觀(guān)測(cè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

在綜合考慮水平位移、壓力等諸多因素的前提下，我們對(duì)大閘閘體的原型觀(guān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行了較為合理的設(shè)置。

1)該系統(tǒng)的構(gòu)成如下：64 只 GKD 型鋼弦式隙水壓力儀所組成，并將其分別安置在閘中心線(xiàn)以及中心線(xiàn)的左右兩側(cè)斷面等位置；10只 TS 周邊縫位移計(jì)，該設(shè)備主要安設(shè)在閘室里的閘墩分縫位置；全站儀使用的是萊卡 TCA-2003 型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)沉降及水平位移狀況的人工觀(guān)測(cè)。

2)構(gòu)建該系統(tǒng)的主要原因是實(shí)現(xiàn)一次巡查和觀(guān)測(cè)監(jiān)督全部測(cè)點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單個(gè)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)測(cè)。

3.4 系統(tǒng)軟件

該電氣自動(dòng)化系統(tǒng)所使用的軟件主要是Visval、Basic6.0 系統(tǒng)，學(xué)習(xí)起來(lái)較為簡(jiǎn)單，理解上不存在較大困難。此外，該系統(tǒng)維護(hù)與擴(kuò)展也較為方便容易，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù)選擇性能。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在水利水電工程當(dāng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從而為推動(dòng)我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)企業(yè)整體效益做出了貢獻(xiàn)。為此，我們應(yīng)該進(jìn)一步探索和研究電氣自動(dòng)化技術(shù)水平，將其更好的應(yīng)用到水利水電工程當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)其進(jìn)一步發(fā)展。

[1]梁羨軍.電氣自動(dòng)化技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016(14)：12-13.

[2]侯碧菲.電氣自動(dòng)化技術(shù)的潛在發(fā)展空間與應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(19)：67-68.

[3]金兵.水電廠(chǎng)電氣自動(dòng)化設(shè)備的可靠性探究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016(02)：91-92.

[4]蘇克輝.水利設(shè)施中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用[J].通訊世界，2015(23)：20-22.