郭悠揚

（遂川縣發(fā)電公司，江西 吉安 343900）

前言

自動化技術(shù)呈現(xiàn)實時性、節(jié)能性特征。為進一步推動水力發(fā)電項目的優(yōu)質(zhì)建設(shè)，理應(yīng)充分應(yīng)用自動化技術(shù)，繼而達到提質(zhì)增效目的。

1 水電站電氣工程自動化技術(shù)要點

1.1 PLC 技術(shù)

適用于水電站電氣工程應(yīng)用場景的自動化技術(shù)較為多樣，包含PLC 技術(shù)（可編程控制器）。此項技術(shù)涵蓋編程器、接口以及主機等多項部分，且PLC 技術(shù)應(yīng)用流程，見圖1。該技術(shù)在應(yīng)用期間，應(yīng)當(dāng)先行了解PLC 系統(tǒng)預(yù)留余量，通常在I/O 點數(shù)確定過程中，應(yīng)當(dāng)至少設(shè)置10%的預(yù)留點數(shù)余量，而后分析水電站電氣工程PLC 負(fù)載輸出電流類型以及輸出渠道，從晶閘管或晶體管等不同輸出渠道中進行選擇，每一項選擇都會影響PLC 系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。此外，PLC 技術(shù)的應(yīng)用還要選取適合的COM點，由于COM點帶有的輸出點數(shù)量不同，且適用范圍不一致，故此應(yīng)當(dāng)根據(jù)電流規(guī)模予以判定。若水電站電氣工程屬于大電流，應(yīng)以帶有1 個或2 個輸出點的COM點產(chǎn)品為主，若為小電流，則主張選用帶有4 個或8 個輸出點的COM點。同時，PLC 技術(shù)需要選用與之匹配的PLC 編程器。常用編程器多包含手持式、圖形編程以及兼容軟件式產(chǎn)品。第一種多在小容量PLC 系統(tǒng)中比較適合。第二種則具有易于操作的優(yōu)勢，對于水電站電氣人員而言，能在短時間內(nèi)快速熟練掌握編程器使用技巧，但對應(yīng)的成本偏高。最后一種屬于高效編程器。然而，也要在選用此種編程器時考慮消耗的成本是否符合水電站電氣工程建設(shè)條件。PLC 技術(shù)中的電源部分，多以DC24 V 或AC240 V 為主，要想強化電源的抗干擾性，需要提前裝設(shè)1：1 隔離變壓器。而且在大電流電氣設(shè)備上應(yīng)用PLC 技術(shù)時，務(wù)必注重晶體管的有效保護，并提前計算出模擬量范圍與脈沖量，以此提升PLC 技術(shù)的適應(yīng)性。

PLC 系統(tǒng)中模擬單元分辨率為1，且標(biāo)準(zhǔn)電量為0 V，分辨率為32 767，標(biāo)準(zhǔn)電量為10 V，且PLC 系統(tǒng)檢測溫度范圍為0 ℃到100 ℃。在計算模擬量階段，應(yīng)當(dāng)參照電壓或電流參數(shù)進行確定。比如在-10 V 到10 V 范圍內(nèi)，分辨率6 000 的PLC 系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換值在F448 到0BB8Hex 以內(nèi)，而0 V～10 V 電壓值對應(yīng)相同分辨率的轉(zhuǎn)換值為0Hex 到1770Hex，且電壓自動控制電路圖可見圖2。其中在觸發(fā)控制端指引下，能夠?qū)B接的管形氙燈進行連通，擺脫傳統(tǒng)人工閉合開關(guān)的束縛。0 mA～20 mA 電流參數(shù)下轉(zhuǎn)換值與0 V～10 V 電壓范圍內(nèi)相同，具體應(yīng)當(dāng)根據(jù)分辨率的差異性計算模擬物理量。關(guān)于脈沖量的計算，可以結(jié)合水電站步進電機予以分析。其中在控制電機角度時，可以利用下述公式求取角度動作脈沖數(shù)（a）。

式中：a一圈與b 分別表示的是一圈總脈沖數(shù)與設(shè)定電機轉(zhuǎn)動角度。

以距離作為PLC 控制主體，應(yīng)當(dāng)按照公式（2）求取設(shè)定距離脈沖數(shù)（c）。

式中：d 與d滾輪代表的是設(shè)定距離與滾輪直徑。

經(jīng)上述計算結(jié)果能夠知曉脈沖量范圍，而后展現(xiàn)PLC 技術(shù)的應(yīng)用價值。

1.2 計算機技術(shù)

水電站電氣工程還可以應(yīng)用計算機技術(shù)。以往在電氣控制過程中，多依靠人工力量。而計算機技術(shù)的運用，可以針對自動化程序進行簡化處理。無論是測控裝置還是機電保護裝置，都能依托計算機技術(shù)優(yōu)化性能[1]。

計算機系統(tǒng)具有遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與調(diào)試、數(shù)據(jù)分析等多項功能，在水電站自動化控制過程中可以根據(jù)對電氣模擬量的綜合分析，參照歷史數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前水電站電氣控制系統(tǒng)是否存在異常運作跡象, 繪制模擬曲線，如圖3 所示，借助專家分析結(jié)果確定水電站運行穩(wěn)定性。而且還要計算水電站出力，便于在自動化調(diào)節(jié)出力過程中，維持水電站運行安全。水電站出力（N）可以利用下列公式求值。

η、Q、H、A 分別指代水電站綜合機械效率、水輪機發(fā)電流量、凈水頭、出力系數(shù)。計算機技術(shù)能夠依靠水電站出力范圍設(shè)定出力調(diào)節(jié)頻率，保證水電站水能供應(yīng)量與發(fā)電量保持協(xié)調(diào)關(guān)系。在不考慮水電站裝機容量的前提下，可以將Q 看成是水電站水庫下泄流量，以此在計算機技術(shù)導(dǎo)向下，推動水電站的自動化發(fā)展。另外，計算機技術(shù)具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，還可以針對電氣設(shè)備實施無功補償，自動化給出無功補償能量計算值（U（t）），依據(jù)公式（4）自動化取值。若計算機技術(shù)干預(yù)下取值結(jié)果小于1，表明水電站無功補償能量消耗值不大，可以通過對無功補償能量的自動化下調(diào)，強化水電站電氣工程節(jié)能效果。

式中:Mp表示電氣量比例系數(shù);m(p)為電能輸入偏差;T表示調(diào)度時間。經(jīng)計算機技術(shù)即可自動化實施無功補償，減少對人工的依賴[2]。

1.3 實時監(jiān)控技術(shù)

經(jīng)由實時監(jiān)控技術(shù)建立的專家系統(tǒng)（見圖4），本身設(shè)有兩臺計算機，且建立備用關(guān)系，而且還涵蓋操作員工作站與語音報警裝置、GPS 時鐘系統(tǒng)，可以隨時記錄監(jiān)控時間，指引有關(guān)人員根據(jù)時間點預(yù)估設(shè)備運行穩(wěn)定性。而且還要定期自動打印實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，將其上傳至水情測報系統(tǒng)，便于水情測報員結(jié)合實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，分析當(dāng)前是否需要進行調(diào)度。在實時監(jiān)控系統(tǒng)運行期間，需在計算機、打印機以及電氣設(shè)備之間建立連接關(guān)系，經(jīng)過TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)完成實時通訊，繼而實現(xiàn)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的高效利用[3]。

2 水電站電氣工程自動化技術(shù)運用方向

2.1 應(yīng)用于渦輪螺旋槳調(diào)速

水電站電氣工程運用自動化技術(shù)，其中最為關(guān)鍵的方向即為渦輪螺旋槳調(diào)速中應(yīng)用PLC 技術(shù)。通過水位的自動化控制，提高水能利用率。關(guān)于PLC 技術(shù)的實際應(yīng)用，主要是在該技術(shù)輔助下，對水位與水輪機水頭展開協(xié)調(diào)設(shè)計，進而促使渦輪螺旋槳的轉(zhuǎn)動角度以及轉(zhuǎn)動頻率都能適合當(dāng)前發(fā)電機組運行需求。 此外，PLC 技術(shù)還能細(xì)致的展現(xiàn)水位變化規(guī)律，經(jīng)過調(diào)整渦輪螺旋槳，優(yōu)化水力發(fā)電狀態(tài)，避免渦輪螺旋槳因異常運行，干擾發(fā)電進度。PLC 技術(shù)可以直接參與到渦輪螺旋槳熱力循環(huán)中，其發(fā)動機對應(yīng)的單位推進功（Lp）能夠根據(jù)循環(huán)功傳遞效率（η ）與螺旋槳驅(qū)動功率輸出（Lne）t進行計算，即LP=ηLnet，從中知曉隨著有效功的增加，其單位推進功也會隨之增加，進而由PLC 技術(shù)控制螺旋槳發(fā)動機熱力循環(huán)效率。

2.2 應(yīng)用于橡膠壩監(jiān)控系統(tǒng)

自動化技術(shù)可應(yīng)用于橡膠壩監(jiān)控系統(tǒng)中，在水電站建設(shè)階段，常利用橡膠壩，強化攔水功能。雖然橡膠壩確實能夠更高效的利用水資源，但也會誘發(fā)共振后果，造成橡膠壩在壩體、壩袋反復(fù)摩擦中引起損壞情況，加劇溢流風(fēng)險。自動化技術(shù)可對橡膠壩壩袋高度以及壩袋壓力等參數(shù)實施有效監(jiān)控，從中自動化調(diào)整橡膠壩升降高度，改善水資源利用現(xiàn)狀。

2.3 應(yīng)用于水電站調(diào)速器

在水電站運行期間，需要利用調(diào)速器控制水輪機水頭升降空間。在傳統(tǒng)控制技術(shù)下，常采用芯片替換法控制水輪機水頭啟動開度，這樣反而會降低應(yīng)用效率。自動化技術(shù)能通過編程設(shè)計對調(diào)速器參數(shù)值進行微調(diào)。程序運行后，其啟動開度可以依靠調(diào)速器科學(xué)調(diào)整轉(zhuǎn)速進行自動化調(diào)節(jié)，不易出現(xiàn)快速啟動問題。為了更全面的保證自動化技術(shù)符合工況條件，還要準(zhǔn)確探明水電站水能變化特征，參照下述公式求取水電站在自動化運行中消耗能量

即

Z1、Z2代表的是不同斷面水面高程；v1、v2表示斷面流速平均值；γ、α 各自表示水的容重、不均勻系數(shù)；W為t 時間范圍內(nèi)過河段水體積；g 為重力加速度。通過對水能的綜合分析，判定研發(fā)的自動化機械是否在水電站場景中適用。

2.4 應(yīng)用于水輪機控制系統(tǒng)

水電站電氣工程自動化技術(shù)可應(yīng)用于水輪機控制系統(tǒng)中，切實節(jié)約人力資源，保證水資源實現(xiàn)高度利用。事實上，水輪機控制系統(tǒng)多指代油氣水的自動化控制。參照公式（3）可以推斷出T 時段內(nèi)水電站發(fā)電量（QT）計算公式如下

N平均是指平均出力。為了確保水電站持久性展現(xiàn)水力發(fā)電價值，還要根據(jù)水電站建設(shè)規(guī)律，聯(lián)合自動化技術(shù)，達到水利動能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。通常水電站水電容量占比率高于50%，要求水利功能設(shè)計值保證率至少為95%。低于25%水電容量的水電站，保證80%左右的水利功能設(shè)計保證率，達成油氣水資源自動化控制要求[4]。

2.5 應(yīng)用于電氣設(shè)備檢修

水電站在以水資源作為發(fā)電能源時，應(yīng)保證變壓器等電氣設(shè)備，在自動化技術(shù)輔助下減少故障率，憑借檢修數(shù)據(jù)評估故障風(fēng)險等級。電氣設(shè)備常見短路故障，首先應(yīng)結(jié)合短路電流計算網(wǎng)絡(luò)阻抗（ZQ），以PLC技術(shù)與實時監(jiān)控技術(shù)，對電流變化范圍進行統(tǒng)計，判斷是否存在短路跡象。

式中:c 為電壓系數(shù);Un為標(biāo)稱電壓;IKQn是指對稱短路電流初始值。計算后可以在計算機技術(shù)參與下整理短路電流變化規(guī)律，以此判定電氣設(shè)備的運行穩(wěn)定性，并且在電流超出標(biāo)準(zhǔn)值后啟動預(yù)警，而后以增加限流電抗方式消除短路電流[5]。

3 結(jié)論

綜上所述，水電站電氣工程自動化技術(shù)多包含PLC 技術(shù)、計算機技術(shù)、實時監(jiān)控技術(shù)。為取得顯著的自動化改造成果，應(yīng)在渦輪螺旋槳調(diào)速、橡膠壩監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器以及水輪機控制系統(tǒng)、電氣設(shè)備檢修等部分加強自動化技術(shù)的合理化應(yīng)用，從而為水電站電氣設(shè)備的安全運行創(chuàng)造有利條件，保證當(dāng)?shù)卦谒Πl(fā)電項目的支撐下享受到優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)，踐行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。