柬埔寨達(dá)岱水電有限公司 趙林強(qiáng)

水電站電氣工程自動(dòng)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水電站高效、穩(wěn)定、安全運(yùn)行的重要手段。隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和環(huán)保要求的提高，水電站的建設(shè)和改造已成為能源領(lǐng)域的重點(diǎn)工作。而自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于提升水電站的運(yùn)行水平、降低能耗和減少人力成本等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。本文以某公司為例，對(duì)水電站電氣工程自動(dòng)化技術(shù)及運(yùn)用展開分析。

1 某水電站電氣工程自動(dòng)化技術(shù)

水電站電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)是指通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可以提高水電站的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性和安全性，降低運(yùn)營(yíng)成本和維護(hù)難度，某水電站電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用如下。

1.1 PLC自動(dòng)化技術(shù)

PLC（Programmable Logic Controller）自動(dòng)化技術(shù)是一種可編程的控制器技術(shù)，通過(guò)存儲(chǔ)器進(jìn)行程序存儲(chǔ)，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、控制順序、算術(shù)運(yùn)算、計(jì)數(shù)等操作指令，并利用開關(guān)量和模擬量輸入/輸出，對(duì)不同種類機(jī)械及其生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行有效控制。PLC自動(dòng)化技術(shù)基于微處理器，集成自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)，其核心是可編程的存儲(chǔ)器。通過(guò)編程，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站水輪發(fā)電機(jī)組和其他輔助設(shè)備的精確控制，減少人為操作過(guò)程中引起的重大失誤。

PLC順序控制。主要是通過(guò)合理控制系統(tǒng)開關(guān)量，以此控制繼電器控制件，提高整個(gè)控制過(guò)程的靈敏度。PLC技術(shù)不斷優(yōu)化和實(shí)踐應(yīng)用不斷完善的背景下，PLC順序控制也在不斷更新完善。這一技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)傳統(tǒng)繼電器設(shè)備實(shí)現(xiàn)了有效優(yōu)化和完善，進(jìn)而控制設(shè)備的穩(wěn)定性。在水電站中，應(yīng)用PLC控制技術(shù)，還可分別控制不同電氣設(shè)備的不同組件、不同部分等，提高控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，使其更加智能高效，一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制方法的不足，降低能耗，確?？刂朴行蜻M(jìn)行，提高控制工作效率，進(jìn)而提高了電氣設(shè)備自動(dòng)化控制的工作效率。

PLC開關(guān)量控制。PLC進(jìn)行開關(guān)量控制是其基本功能之一，其核心是根據(jù)輸入的開關(guān)量歷史組合和當(dāng)前順序，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的開關(guān)量輸出，以使系統(tǒng)按照給定的邏輯順序工作。在水電站自動(dòng)化控制過(guò)程中，PLC可以接收來(lái)自各種開關(guān)類元件的開關(guān)量信號(hào)，如溫度開關(guān)、行程開關(guān)、按鈕等用于反饋設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、位置信息等。通過(guò)PLC的編程，可根據(jù)輸入開關(guān)量的狀態(tài)（接通或斷開）來(lái)觸發(fā)相應(yīng)的輸出操作，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化控制。

1.2 數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)

水電站數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種先進(jìn)的水電站運(yùn)行管理技術(shù)，通過(guò)數(shù)字化手段對(duì)水電站設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化，提高設(shè)備運(yùn)行效率、保障設(shè)備安全、降低運(yùn)行成本。本文從數(shù)據(jù)采集與傳輸、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析與處理、預(yù)警與故障診斷等方面介紹水電站數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)。

數(shù)據(jù)采集與傳輸。數(shù)據(jù)采集與傳輸是水電站數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)的第一步，其主要目標(biāo)是實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括設(shè)備的溫度、壓力、流量、水位、電流、電壓等參數(shù)，通過(guò)專用傳感器或儀表將這些數(shù)據(jù)采集并傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。是水電站數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)的核心，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，預(yù)防設(shè)備故障的發(fā)生。如水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)擺度監(jiān)測(cè)、軸瓦溫度監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)油壓和冷卻油位等。這些監(jiān)測(cè)技術(shù)通過(guò)安裝相應(yīng)類型的傳感或監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)分析與處理。是水電站數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可提取出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能參數(shù)，為設(shè)備報(bào)警和故障診斷提供依據(jù)。數(shù)據(jù)處理的結(jié)果可以通過(guò)圖表、曲線等形式直觀呈現(xiàn)；預(yù)警與故障診斷。是水電站數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)的核心功能之一，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，并發(fā)出預(yù)警信息。同時(shí)，通過(guò)對(duì)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)的分析和故障模式的研究，可以對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行診斷和預(yù)測(cè)。預(yù)警和故障診斷的結(jié)果可以為設(shè)備的維修和更換提供依據(jù)[1]。

2 某水電站電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用路徑

2.1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)

針對(duì)水電站工作特征，自動(dòng)監(jiān)測(cè)可規(guī)范化運(yùn)行各種設(shè)備指標(biāo)，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行針對(duì)性檢測(cè)。在實(shí)際操作過(guò)程中，自動(dòng)監(jiān)測(cè)涉及多種設(shè)備，如水輪機(jī)組、發(fā)電機(jī)組、繼電保護(hù)系統(tǒng)和輸變電系統(tǒng)等。監(jiān)測(cè)的參數(shù)主要包括水輪機(jī)轉(zhuǎn)速、大軸擺度、頂蓋水位、導(dǎo)軸承油位及油溫、空氣圍帶壓力等。如使用電度表自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集電能；使用測(cè)控技術(shù)、通信技術(shù)，建立水輪機(jī)效率檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)；利用狀態(tài)維修系統(tǒng)，及時(shí)找出故障所在，采取有效檢修措施等。

通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺(tái)上進(jìn)行記錄和分析。利用測(cè)量機(jī)器人與衛(wèi)星定位系統(tǒng)智能化設(shè)備，構(gòu)建安全檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)大壩表面變形情況。通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，不間斷地、實(shí)時(shí)有效地檢測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)情況，集中采集觀測(cè)數(shù)據(jù)，做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、傳輸和管理等工作，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、分析處理和預(yù)警一體化控制，達(dá)到遠(yuǎn)程控制效果，實(shí)現(xiàn)無(wú)人或少人值守的管理成效。通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)監(jiān)測(cè)，可有效提升水電站運(yùn)行自動(dòng)化水平，提高其精度和穩(wěn)定性等。

2.2 自動(dòng)控制

水電站電氣自動(dòng)化中，主要操控目標(biāo)為輔助系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)等，以此確保水電站穩(wěn)定運(yùn)行和正常發(fā)電的關(guān)鍵。在明確水電站各設(shè)備指標(biāo)后，若在常規(guī)檢測(cè)下，無(wú)異常問(wèn)題，可執(zhí)行裝置運(yùn)行命令；若出現(xiàn)異常現(xiàn)象，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可隨時(shí)啟動(dòng)備用設(shè)備，使其代替系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，將先前的系統(tǒng)關(guān)閉處理，并發(fā)動(dòng)警示指令到管理和檢修人員處。同時(shí)，自動(dòng)控制還可定期根據(jù)發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)情況，對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行自檢自查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)有效控制。

利用電氣自動(dòng)化技術(shù)，建立數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)水電站進(jìn)行精細(xì)化、全方位控制。若水電站運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)指標(biāo)超標(biāo)、故障等問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警通知管理人員。在這種情況下，管理人員可實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況和綜合條件，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，反饋問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行有效處理，形成標(biāo)準(zhǔn)化、常態(tài)化管理控制流程，既能夠降低安全風(fēng)險(xiǎn)，又能減少工作誤差，減輕管理人員工作壓力，提高水電站運(yùn)行質(zhì)量，使其經(jīng)濟(jì)效益有所提升[2]。

2.3 自動(dòng)保護(hù)

水電站自動(dòng)保護(hù)，主要在于通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水電站設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)各設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化保護(hù)，健全保護(hù)機(jī)制，提前預(yù)見設(shè)備可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題，采取應(yīng)對(duì)措施，以此最大化地降低機(jī)組設(shè)備性能受損等問(wèn)題。水電站各設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)擬建指征，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)視，通過(guò)自動(dòng)監(jiān)視過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有影響設(shè)備穩(wěn)定安全運(yùn)行的指征，實(shí)時(shí)定位故障信息，由系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)出相關(guān)指令，對(duì)設(shè)備開啟監(jiān)測(cè)、跟蹤并記錄設(shè)備指征情況和受干擾情況，向管理人員發(fā)出警示，自動(dòng)開啟保護(hù)設(shè)備，以此對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化保護(hù)。

如監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子回路電氣參數(shù)，監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子繞組和軸承溫度，監(jiān)視機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行情況等，一旦發(fā)現(xiàn)事故或不正常工作狀態(tài)，迅速發(fā)出信號(hào)或緊急停機(jī)，采取保護(hù)措施，保證水電站的自動(dòng)保護(hù)效果，促進(jìn)水電站安全生產(chǎn)，進(jìn)一步提高水電站的安全生產(chǎn)和管理成效[3]。

3 某水電站電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的具體體現(xiàn)

水輪發(fā)電機(jī)組控制。水電站水輪機(jī)組自動(dòng)控制是水電站自動(dòng)化管理的重要組成部分，其主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)組的快速、安全、高效運(yùn)行。水電站水輪機(jī)組自動(dòng)化控制包括對(duì)機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)、停止控制、空載運(yùn)行監(jiān)測(cè)和負(fù)載運(yùn)行調(diào)整等。在機(jī)組啟停過(guò)程中，運(yùn)用PLC邏輯運(yùn)算能力和順序控制技術(shù)及獨(dú)立完善的異常情況處理機(jī)制可實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定自動(dòng)啟、停。同時(shí)，對(duì)某些異常情況包括：超速、振動(dòng)過(guò)大、溫度過(guò)高等及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。

調(diào)速器自動(dòng)控制。該系統(tǒng)是確保水輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、滿足電網(wǎng)需求的關(guān)鍵系統(tǒng)，是水輪發(fā)電機(jī)組的核心。調(diào)速器控制是對(duì)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，其目的是保持水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，以維持電力系統(tǒng)中的頻率穩(wěn)定。調(diào)速器通過(guò)多種方式感知水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率，根據(jù)這些信息來(lái)控制調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度和進(jìn)水量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。圖1詳細(xì)展示了調(diào)速器自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理。

圖1 調(diào)速器自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)控制。勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，主要用于產(chǎn)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。其主要由勵(lì)磁功率單元、勵(lì)磁控制單元和滅磁及過(guò)電壓保護(hù)功能及自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)功能構(gòu)成。發(fā)電機(jī)運(yùn)行所須勵(lì)磁電流，主要由勵(lì)磁功率單元所提供，確保發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行。滅磁及過(guò)電壓保護(hù)用于保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)。在發(fā)電機(jī)停機(jī)或故障時(shí)，滅磁系統(tǒng)能夠快速切斷勵(lì)磁電流，防止過(guò)電壓產(chǎn)生。同時(shí)，過(guò)電壓保護(hù)系統(tǒng)能夠限制電壓波動(dòng)，保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)不受過(guò)電壓影響。作為勵(lì)磁系統(tǒng)的基本功能之一的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)確保發(fā)電機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)電網(wǎng)電壓的變化自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁電流，從而保持輸出電壓的穩(wěn)定。

油、氣、水控制。水電站自動(dòng)化運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)自動(dòng)化管理，可減少管理人員工作負(fù)擔(dān)，但在此過(guò)程中，也必須注重油、氣、水系統(tǒng)的控制，以此確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，確保各設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。為保證設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，必須首先保證各參數(shù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，強(qiáng)化自動(dòng)化管理技術(shù)應(yīng)用，對(duì)油、氣、水進(jìn)行有效控制，尤其注意監(jiān)測(cè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)不正常狀態(tài)，通過(guò)自動(dòng)化管理措施，提高控制成效。

公用設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)。水電站中，設(shè)備是否穩(wěn)定運(yùn)行，直接關(guān)乎水電站整體運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。通過(guò)主控室，全方位監(jiān)測(cè)水電站中各設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，獲得相關(guān)參數(shù)，配合監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)出控制指令，對(duì)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理。包括多種不同類型的輔助設(shè)備如引水隧洞、進(jìn)水閘門、直流系統(tǒng)、消防監(jiān)測(cè)等。通過(guò)統(tǒng)一規(guī)劃和科學(xué)布置，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行合理布局，對(duì)各項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲取，做到智能化監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并反饋給管理人員，保證問(wèn)題盡快解決。在水電站中，輔助設(shè)備占據(jù)重要地位，必須嚴(yán)格監(jiān)控電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備，一旦發(fā)生突發(fā)事件，可快速發(fā)出警示，作出應(yīng)急處理措施。

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，電氣自動(dòng)化程度是水電站現(xiàn)代化的基本標(biāo)志，是水電站發(fā)展的必然趨勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可利用電氣自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組、輔助設(shè)備的自動(dòng)控制和監(jiān)視監(jiān)控運(yùn)行工況等，全方位促進(jìn)水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，提升系統(tǒng)可靠性、提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、提高電能質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低經(jīng)濟(jì)成本，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)收益，促進(jìn)企業(yè)優(yōu)化進(jìn)步，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。