肖鵬

摘要：電氣設(shè)備自動化制造程度提高是我國水力發(fā)電廠現(xiàn)代化的重要歷史標(biāo)志之一，同時電氣自動化制造技術(shù)也也是保證水力發(fā)電廠安全生產(chǎn)經(jīng)濟運行不可或缺的重要技術(shù)手段。本文主要重點介紹了水電站工程自動化的主要目的和具體內(nèi)容以及水利電氣工程自動化相關(guān)技術(shù)的未來發(fā)展，闡述了水利電氣工程自動化相關(guān)技術(shù)在我國水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用重要性。

關(guān)鍵詞：電氣自動化;水電站;應(yīng)用

引言

近年來，隨著我國電子技術(shù)的不斷發(fā)展，水力發(fā)電廠自動化技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種新型自動化裝置不斷推出，水力發(fā)電廠的自動化水平有了很大的提高。水電站系統(tǒng)運行設(shè)備自動化的最大一個優(yōu)點是它大大提高了水電站設(shè)備運行的安全性和可靠性、運行過程中的成本經(jīng)濟性、電能綜合利用后的質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率的大大提高和農(nóng)村居民日常勞動生活條件的大大明顯改善。

一、水電站概述

水力能源發(fā)電電能是廣泛指水力利用不同水流的運動勢能強度差異所產(chǎn)生的大量電能。其工作原理主要是將大量水能將其轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌麢C械性電能，然后再將其轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌娔?。畸變使發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將機械能轉(zhuǎn)換回電能，電流可通過升壓變壓器和配電輸電線路輸送到負載中間接受電能。水量和水頭是構(gòu)成水力發(fā)電的條件因素。

二、分析水電站自動化的內(nèi)容

1.完成對水輪發(fā)電機組運行方式的自動控制

一方面基本實現(xiàn)了電機起動運停自動并聯(lián)、發(fā)電自動調(diào)相和火力調(diào)相并聯(lián)輸電的全程自動化，使上述各項操作按用戶設(shè)定的操作程序自動運行完成，另一方面又使水車發(fā)電廠各機組按自動程序維護可使系統(tǒng)合理經(jīng)濟運行根據(jù)水車發(fā)電廠的實際要求和用戶具體情況，自動選擇最佳運行臺數(shù)，實現(xiàn)機組間的經(jīng)濟負荷分配，并根據(jù)機組的無功功率自動調(diào)整活動系統(tǒng)負載的變化。另外，當(dāng)工作部分發(fā)生事故或電網(wǎng)頻率降低時，可自動啟動并切換到備用部分，如果電網(wǎng)頻率過高，可能會自動切斷部分機組離開。

2.完成對水輪發(fā)電機組及其輔助設(shè)備運行工況的監(jiān)視

發(fā)電機定子及轉(zhuǎn)子鐵芯回路負載電量變化監(jiān)測，定子鐵芯繞組傳動軸承及定子鐵芯及配套發(fā)動機各種零部件回路溫度變化監(jiān)測，機組內(nèi)部潤滑油及冷卻系統(tǒng)溫度監(jiān)測，機組調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)測。在異常工作環(huán)境或事故的情況下?？焖僮詣拥匕l(fā)送信號或采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施，例如緊急停止。

3.完成對輔助設(shè)備的自動控制

包括控制各種油泵、水泵、空氣壓縮機等，一旦發(fā)生事故，輔助設(shè)備自動切換到待機狀態(tài)。

三、水電站自動化系統(tǒng)設(shè)計的特點

結(jié)構(gòu)簡單、功能強大：一臺機組配置一面控制保護屏，即可完成機組數(shù)據(jù)（交流量、開關(guān)量、溫度）監(jiān)視、機組順控、低壓斷路器、自動準(zhǔn)同期、微機保護、微機勵磁及計量等功能。

高集成性、穩(wěn)定可靠：將一次和二次設(shè)備集成在一面屏內(nèi)，簡化了一二次設(shè)備的設(shè)計工作，減少了設(shè)備的接口環(huán)節(jié)，提高了可靠性;

操作簡單、使用方便：產(chǎn)品按照“無人值班”運行要求設(shè)計，自動化程度高，日常機組控制可實現(xiàn)現(xiàn)地“一按開停機”完成機組并網(wǎng)，也支持遠程的“一鍵開停機”完成并網(wǎng)。

施工簡單、維護方便：減少了電纜進出線，節(jié)約了電纜和電纜敷設(shè)工作，現(xiàn)場維護方便。

該產(chǎn)品與低壓機組調(diào)速裝置配合使用，使低壓機組水電站真正實現(xiàn)無人值班。

四、設(shè)備選型及自動化設(shè)計

1.PLC在軸流槳式水輪機調(diào)速器中的應(yīng)用

軸流式槳葉渦輪機廣泛用于中低水頭發(fā)電廠。由于渦輪葉片可以根據(jù)水量與導(dǎo)葉配合，可以通過增加增壓渦輪的雙啟動頭適用范圍，為大型電廠建設(shè)創(chuàng)造更多的社會經(jīng)濟效益。水輪發(fā)電機組德國制造商為其設(shè)計制造的新型渦輪機機組提供了衡量一組不同葉片揚程的每個導(dǎo)葉葉片開度和不同葉片縱向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動角度的橫向關(guān)聯(lián)系數(shù)曲線。調(diào)壓器制造商根據(jù)此曲線在調(diào)速器中設(shè)置導(dǎo)葉和葉片。關(guān)聯(lián)關(guān)系。但由于電廠實際運行時汽輪機揚程變化，上下游水位變化與廠家提供的參數(shù)相差很大，設(shè)備運行性能不佳，無法達到最佳狀態(tài)。到相關(guān)曲線。因此，該類設(shè)備的調(diào)速器必須采用PLC的調(diào)速器，可以改變程序。在裝置調(diào)試和后續(xù)運行過程中，可以獲得不同揚程、上下游水位、手動耦合導(dǎo)葉和葉片的最佳接合曲線，然后修改并輸入原始耦合曲線。

2.PLC在調(diào)節(jié)水庫式電站調(diào)速器中的應(yīng)用

蓄水電廠的運行水頭變化很大。這類電廠的調(diào)速器和起動機開度通常是按汽輪機的設(shè)計揚程設(shè)計的，但當(dāng)汽輪機揚程降低時，汽輪機低揚程運行時，電液調(diào)節(jié)器往往不能使裝置起作用。當(dāng)達到額定轉(zhuǎn)速（自動狀態(tài)）時，往往需要更換芯片來增加調(diào)節(jié)器的啟動開度。或者，將電阻與開路指示器串聯(lián)，以便穩(wěn)壓器輸出值和開路指示器在啟動組之間產(chǎn)生差異。當(dāng)發(fā)電廠的水頭小于設(shè)計水頭時，應(yīng)更換芯片或去掉串聯(lián)電阻，防止設(shè)備啟動過快，開放性好。

五、水電站電氣自動化技術(shù)的發(fā)展

1.系統(tǒng)構(gòu)成

主控控制單元主要采用智能計算機、可編輯的程序控制器（plc）或其他智能i/o、微機作為繼電保護和開關(guān)專用化的智能自動測控控制單元，通過國際標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)與各本地檢測控制站、智能單元等連接。它們通過現(xiàn)場總線有機連接，形成一個基于功能分工的分層分布式綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)的主要特點

（1）開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，層次清晰，可擴展性好。（2）分層分布式系統(tǒng)，可根據(jù)監(jiān)控目標(biāo)和功能進行配置，優(yōu)秀的分布性、開放性和靈活性。（3）可靠性高。（4）靈活的配置界面，強大的人機界面功能和友好的界面，易于掌握，設(shè)計、調(diào)試和現(xiàn)場運行方便。

3.系統(tǒng)主要功能

（1）電站設(shè)備自動監(jiān)測記錄：包括開關(guān)信息監(jiān)測、模擬量信息監(jiān)測、故障/事故等鬧鐘。記錄顯示、記錄顯示SOE點數(shù)。（2）實現(xiàn)電廠自動化控制：根據(jù)電廠自身的具體情況，包括上級調(diào)度要求和自動化，對電廠設(shè)備進行操作或調(diào)整;裝置啟停及并機運行及工況自動轉(zhuǎn)換、裝置有功和無功負載自動調(diào)節(jié)、發(fā)電自動控制AGC、電壓自動控制AVC、斷路器動作等（3）市電保護及監(jiān)控發(fā)電機、主變壓器、線路設(shè)備及輔助設(shè)備等或設(shè)定值，所有報表可自動打印或調(diào)用，對操作人員進行模擬培訓(xùn)等。（5）系統(tǒng)通訊：高層調(diào)度、水基計量報告系統(tǒng)、辦公自動化網(wǎng)絡(luò)和其他計算機系統(tǒng)與實現(xiàn)信息資源共享，充分發(fā)揮整個系統(tǒng)的綜合效益。

結(jié)束語

水電站全部采用電力自動化發(fā)電系統(tǒng)后，不僅不但可以有效提高水電站運行的社會經(jīng)濟效益和運行可靠性，保證全站電能利用質(zhì)量。由于系統(tǒng)“五遙”的實現(xiàn)，電站運行能及時掌握前池水位變化，避免了因水頭高，運行人員觀察不便而造成水位過高浪費水資源;避免了因維護的疏忽而造成常規(guī)保護系統(tǒng)故障不能及時發(fā)現(xiàn)釀成設(shè)備事故;避免了系統(tǒng)事故跳閘運行人員操作延誤造成機組飛車事故等，從而大大提高了電站運行的安全性和可靠性。此外，由于自動化程度的提高，電站能及時響應(yīng)電網(wǎng)的要求，快速并網(wǎng)升荷，滿足電網(wǎng)需要和電力用戶的需求，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展作出了更大貢獻。水電站建設(shè)電氣工程綜合施工自動化管理系統(tǒng)與一個水電站的質(zhì)量生產(chǎn)和經(jīng)濟效益密切息息相關(guān)，隨著現(xiàn)代國家推進能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和促進水資源合理開發(fā)綜合利用的不斷增加，水電站施工綜合電氣自動化管理系統(tǒng)已應(yīng)用成為廣泛。在越來越多的大型節(jié)水建筑工程中廣泛使用，發(fā)揮更大的節(jié)水作用。

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