淺析自動化設(shè)備在水電站中的應(yīng)用

□崔領(lǐng)謙(河北省保定市西大洋供水有限公司)

自動化設(shè)備的實施，不僅可以改善人們的工作的環(huán)境，而且還可以降低勞動量，在水電站中不僅可以實現(xiàn)水電站生產(chǎn)過程的操作、監(jiān)視以及控制，能夠在無人的情況下直接按照預(yù)先設(shè)定的計劃或者程序自動運行，并且其技術(shù)可以提高工作的可靠性、運行的安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性，提高水電站的工作效率和勞動生產(chǎn)率。

1.自動化設(shè)備在水電站中的作用

水電站自動化技術(shù)主要是建立在計算機監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對整個水電站從水文測量報告、機組的啟停控制、公用設(shè)備的啟停控制、工礦的監(jiān)控以及負荷的分配，直到輸電線路的運行的整個過程都能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制。具體來說，自動化設(shè)備在水電站的作用主要有以下幾點：

1.1 自動化設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)水輪發(fā)電機組運行的自動控制

自動化設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)水輪發(fā)電機組運行的自動控制，具體體現(xiàn)在以下幾點：第一，能夠自動實現(xiàn)水輪發(fā)電機組的啟停和并列、調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電和發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相等自動化系統(tǒng)，并且可以使機組的啟停、并列、調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電和發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相能夠按照預(yù)計的程序自行完成。第二，自動化設(shè)備能夠根據(jù)水電站的環(huán)境和系統(tǒng)的要求，進行自動計算出最佳的運行機組數(shù)，自動化技術(shù)還可以實現(xiàn)機組之間負荷的經(jīng)濟分配，并按照系統(tǒng)負荷的變化進行自動調(diào)節(jié)機組的有功功率和無功功率。第三，如果電力系統(tǒng)的頻率降低或者機組發(fā)生以外的情況下，水電站自動化設(shè)備能夠自動啟動備用的機組進行工作，如果電力系統(tǒng)的頻率過高時，它還可以自動停止機組的運行，從而可以實現(xiàn)自動保護的功能。

1.2 自動設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對水輪發(fā)電機組以及輔助設(shè)備的監(jiān)控

傳統(tǒng)水電站工作和管理的過程中，需要大量的人力物力進行檢測水輪發(fā)電機以及相關(guān)的電氣設(shè)備的運行狀況，并且往往由于檢測不全面造成事故的發(fā)生，而自動化設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和定子的回路各個電量的監(jiān)控、鐵心和定子繞組以及各部分軸承的溫度的監(jiān)控、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)以及調(diào)速系統(tǒng)的監(jiān)視等，都可以通過自動設(shè)備進行監(jiān)控，如果這些系統(tǒng)出現(xiàn)異常現(xiàn)象時，自動控制系統(tǒng)能夠迅速的實施自動保護措施。

自動設(shè)備對輔助設(shè)備的控制主要是對水泵、空壓機以及油泵等輔助設(shè)備進行控制，從而可以使這些設(shè)備能夠協(xié)調(diào)一致的生產(chǎn)并且當(dāng)輔助設(shè)備出現(xiàn)異常現(xiàn)象時，自動化設(shè)備能夠?qū)嵤┍Ｗo措施，從而使損失降到最低。

1.3 自動設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)水工建筑物運行的監(jiān)控

水工建筑物主要包括閘門工作運行狀態(tài)的監(jiān)視和控制、攔污柵的監(jiān)視、引水壓力管的保護以及上下游水位的檢測等。并且自動化設(shè)備還可以實現(xiàn)對水庫的水量的調(diào)度以及大壩的管理等。大壩監(jiān)控管理的設(shè)備主要是計算機自動監(jiān)控設(shè)備，這種設(shè)備可以完成計算分析、數(shù)據(jù)采集以及提供維護方案和報警等工作，從而保證對大壩的運行的安全和日常維護。而水文以及水庫的自動設(shè)備主要包括水文信息的收集、制定水庫調(diào)度的計劃以及蓄洪控制和攔洪控制方案的設(shè)計和選擇等。

1.4 自動設(shè)備能夠完成對變壓器、輸電線路以及母線等主要的電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制以及保護等。總之自動化電氣設(shè)備在整個水電站具有重要的作用和價值。

2.自動化設(shè)備的設(shè)計以及選型

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化水平的不斷提高，水電站自動化技術(shù)也隨著不斷提高，并且水輪發(fā)電機組所需的自動化設(shè)備和元件也越來越多，但是由于目前水電站自動化元件性能不夠穩(wěn)定、精度低以及靈敏度差以及由于水電站自動系統(tǒng)的設(shè)計不足導(dǎo)致水電站自動控制的穩(wěn)定性和安全性受到影響。因此，為了能夠提高水電站自動化設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，應(yīng)該對水電站自動化進行設(shè)計和設(shè)備上進行選型，保證水電站自動化系統(tǒng)的安全運行。

2.1 PLC在調(diào)節(jié)水庫電站調(diào)速器的應(yīng)用

由于水庫式電站的運行水頭變化比較大，并且水庫式電站的啟動開度和調(diào)速器一般按照水輪機的水頭進行設(shè)計的，當(dāng)水輪處于低水頭的運行狀態(tài)下時，電液的調(diào)速器不能使水輪機組達到自動狀態(tài)或者額定的轉(zhuǎn)速，因此為了能夠使調(diào)速器的啟動開度再增大，需要進行更換芯片或者在開度指示儀中進行串接電阻，從而增大調(diào)節(jié)器的輸出值和開度指示產(chǎn)生的差值。如果電站的水頭小于設(shè)計的水頭時，為了保證機組的開機正常，則可以采用PLC技術(shù)根據(jù)水頭的高低進行修改程序的實現(xiàn)啟動開度的變化，從而保護水電站能夠正常的運行。

2.2 PLC在軸流漿式水輪機的調(diào)速器的設(shè)計應(yīng)用

軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機在中低水頭電站中廣泛使用，并且它的水輪機葉會隨著水流的不同可以與導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)動作而使用水輪機的動行的水頭范圍增大，這種措施能夠為水電站以及電廠創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。并且水輪發(fā)電機廠在制造的水輪機的過程中，提供一些不同的水頭下的漿葉轉(zhuǎn)角和導(dǎo)葉的開度的協(xié)聯(lián)曲線，并且調(diào)制器制造廠按照水輪級的協(xié)聯(lián)曲線設(shè)置了調(diào)速器的漿葉轉(zhuǎn)角和導(dǎo)葉的開度的協(xié)聯(lián)關(guān)系。但是在實際的運行過程中，水輪機水頭的變化以及水位的變化，與制造廠家提供參數(shù)相差比較大，所以導(dǎo)致協(xié)聯(lián)曲線在運行的過程中機組的運行性能不好，所以這種機組的調(diào)速器應(yīng)該重新進行設(shè)計，采用可以進行改變的PLC技術(shù)的調(diào)速器。這種技術(shù)可以在機組運轉(zhuǎn)的過程中，可以對不同的水頭和水位以及協(xié)聯(lián)講野和導(dǎo)葉隨時進行調(diào)整，等達到最佳的協(xié)聯(lián)曲線之后，可以進行修改協(xié)聯(lián)曲線輸入到PLC系統(tǒng)內(nèi)，從而使水輪機組達到最佳的運行狀態(tài)。

3.自動化設(shè)備在水電站的應(yīng)用價值

3.1 提高工作的可靠性

在水電站使用自動化設(shè)備，自動化設(shè)備可以進行自動、精確、迅速的進行分析、檢測以及預(yù)報設(shè)備的運行的狀態(tài)，這樣就可以保證一些不正常狀態(tài)不至于惡化成事故，同時也阻止了出現(xiàn)故障的設(shè)備進一步惡化的趨勢，因此，供電的可靠性得到了很大的提高。另一方面，自動裝置可以完成水電站的各項操作和控制，減少了操作失誤而發(fā)生事故的機會。從而可以降低水電站中事故的發(fā)生，提高水電站運行的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2 提高水電站運行的經(jīng)濟性

在水電站中采用自動化設(shè)備可以合理的進行選擇開機的臺數(shù)、保持高水頭運行狀態(tài)以及保證機組能夠高效率的正常運行等工作，并且可以提高水電站運行的經(jīng)濟效益，而且采用自動化設(shè)備可以充分利用水力資源，盡量減少不必要的棄水，是實現(xiàn)水電站合理最優(yōu)調(diào)度的關(guān)鍵所在，對于梯級電站來說至關(guān)重要。并且水電站是水利資源的綜合利用的重要的部分，運行條件復(fù)雜，如果單靠人力工作是不能完成的這些工作的，所以在水電站采用自動化設(shè)備是提高水電站運行經(jīng)濟性的重要措施。

3.3 保證電能的質(zhì)量

控制電能質(zhì)量好壞的指標(biāo)主要有電壓和頻率，電壓的正常偏移應(yīng)該在額定值的±5%內(nèi)，頻率正常偏移不超過額定值的±0.2～0.5H z。電力系統(tǒng)中有功功率和無功功率的平衡性直接關(guān)系到頻率和電壓的穩(wěn)定性，因此在水電站采用自動化設(shè)備對保證頻率和電壓的運行是非常重要的。并且如果出現(xiàn)故障或者不穩(wěn)定的現(xiàn)象，單純的手動操作在速度和精度方面都是難于實現(xiàn)的。只能借助于自動裝置來完成。可見，自動設(shè)備的應(yīng)用是保證電能質(zhì)量的重要措施之一。

3.4 提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動條件

由于水電站工作環(huán)境比較惡劣，往往處于山區(qū)，條件差，工作難度比較大，因此自動化設(shè)備的使用之后，可以代替以往的手工難以操作或者環(huán)境惡劣的工作。所以在水電站自動化設(shè)備不僅可以提高運行的安全性和穩(wěn)定性，而且還可以大大降低人們的勞動強度，改善工作環(huán)境，提高勞動生產(chǎn)率，提高經(jīng)濟效益。

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