水電站電氣自動化應用問題的研究

林秀敏

(廣東省韶關市仁化縣錦電公司錦江電廠，廣東 韶關 512300)

1 前言

隨著電子信息技術和微電子技術的發展，水電站自動化程度越來越高，主要表現在通過計算對整個水電站生產全過程進行監控，通過自動化設備自動監測機組和輔助設備的狀態，發出擬定的報警信號、執行自動操作任務。與發達國家相比，我國水電站自動化水平還很低。因此，通過水電站自動化程度的提高，逐漸擴大自動化程度，利用好豐富的水能資源，對我國的現代化建設和可持續發展戰略，具有十分現實的意義。

2 水電站電氣自動化概述

2.1 水電站電氣自動化的定義

水電站電氣自動化，是指用機械、電氣及電子設備，按預定程序對水電站主要電氣設備進行自動操作和控制和監控，能夠在無人(或少人)直接參與的情況下，按預定的計劃或程序自動地進行[1]。

2.2 水電站電氣自動化的基本內容

水電站自動化的主要內容，與水電站的規模及其在電力系統中的地位和重要性、水電站的型式和運行方式、電氣主接線和主要機電設備的型式和布置方式等有關[1]。總的來說，水電站自動化包括對水電站水輪發電機組運行狀況的自動監測和控制、對水電站輔助設備運行狀況的自動檢測與監視以及對水電站主要電氣設備的監視、控制、保護等方面。

2.2.1 對水電站水輪發電機組運行狀況的自動監測和控制

一方面，通過對水輪發電機組開停機和并列、發電轉調相和調相轉發電等的自動化，使得發電機組各項操作按設定的程序自動完成;另一方面，自動維持水輪發電機組在較為經濟條件下運行，根據系統要求和電站的具體條件自動選擇最佳運行機組數，在機組間實現負荷的經濟分配，根據系統負荷變化自動調節機組的有功和無功功率等。此外，還可以在工作機組發生事故或電力系統頻率降低時，自動啟動備用機組并切換至備用機組;系統頻率過高時，則可自動切除部分機組以降低頻率[2]。

2.2.2 對水電站輔助設備運行狀況的自動檢測與監視

水輪發電機組輔助設備主要包括水電站油系統、壓縮空氣系統、技術供水系統、水系統、水輪機的進水閥及常用閥門、水電站廠房及設備布置等。完成對水輪發電機組及其輔助設備運行工況的監視如對發電機定子和轉子回路各電量的監視，對發動機定子繞組和鐵芯以及各部軸承溫度的監視，對機組潤滑和冷卻系統工作的監視，對機組調速系統工作的監視等[2]。當相應輔助設備發生不正常工作狀態或發生事故時，迅速而自動地采取相應的保護措施，如發出信號或緊急停機。

2.2.3 對水電站主要電氣設備的監視、控制、保護

水電站主要電氣設備包括電站主接線及其接入方式、短路電流計算、高低壓設備的工作原理及其選擇應用、配電裝置及布置、防雷保護等電氣一次設備，以及控制、信號、測量、同期等電站常規二次回路及部分計算機控制回路。通過水電站的電氣自動化設備，可以實現事故發生時對于各種水電站設備(如電氣設備、油泵、攔污柵等)的自動控制、監視和保護。以攔污柵為例，通過水電站電氣自動化設備可以實現攔污柵工作狀態、堵塞情況的實施監測，并且可以針對攔污柵上下游的水位進行即時測量和反饋等[3]。

2.3 水電站電氣自動化的主要目的

水電站自動化就是要使水電站生產過程的操作、控制和監視，能夠在無人(或少人)直接參與的情況下，按預定的計劃或程序自動地進行。水電站自動化程度是水電站現代化水平的重要標志，同時，自動化技術又是水電站安全經濟運行必不可少的技術手段。水電站自動化的作用主要表現在以下幾個方面：

2.3.1 提高員工工作效率

由于我國大部分的水電站都修建在相對偏僻的山區或地理環境相對較為惡劣的環境。實現自動化后的水電站工作可以在一定程度上依靠相關自動化設備來進行工作，可以通過計算機遠程來進行控制。這樣一方面對于員工工作環境有了較大的改善，另一方面計算機的應用也較大的降低了惡劣環境的工作強度、提升了員工工作積極性和效率。

2.3.2 有利于水電站運營成本控制

隨著電氣自動化在水電站的普遍應用，一方面提高了員工生產效率，降低所需的勞動力總量，這對于水電站運營成本的控制是大有裨益的。另一方面，隨著自動化的實現，相關智能配電系統可以根據計算機系統、水電站具體條件來進行合理的資源配置，機械設備的靈活使用，幫助水電站實現最優調度，充分利用資源，這對于水電站運營成本控制和最佳經濟效益實現起著十分重要的作用[4]。在沒有將電氣自動化應用到水電站實際生產實踐之前，大部分的調度工作都需要依靠相關人員的經驗來進行，這樣的經驗操作并不是很科學，尤其是對于本身運行條件和環境較為復雜的水電站而言，往往依靠經驗來實現時存在對對于資源利用不夠充分、甚至資源浪費情況嚴重等現象。自動化很好的實現了資源的整合利用、靈活調配等功能，極大程度上幫助水電站實現了運營成本的有效管控。

2.3.3 保障相關工作科學、有效執行

不同于早期以人工為主的水電站工作內容分配，在實現電氣自動化后，大部分的工作都可以通過計算機系統進行科學的自動配置，及時、快速、準確的進行相關設備、狀態、事故等預警、通報、記錄等。水電站電氣自動化對于水電站相關工作的科學、有效執行起著不可或缺的作用，比如通過電氣自動化設備可以進行各項系統控制，這可以減少由于人工操作不當引發的事故。如果出現緊急事故，也可以通過自動化系統來控制相關設備，保障整體水電站生產系統安全，從而確保最終用戶用電安全。此外，電氣自動化應用對于最終電能質量的保障也是有著十分重大的現實意義的。如果僅依靠人工操作，是無法較好實現電能質量穩定的，自動化的應用能較好的幫助水電站確保調度精度，保證電壓或頻率維持在規定所要求的范圍。

3 水電站電氣自動化的應用現狀及趨勢

隨著我國計算機技術的快速發展，電氣自動化也開始在水電站中得到廣泛應用，以水電站計算機監控系統為代表的模塊化自動化應用正在逐漸替代傳統的人工控制系統。以下我們將以水電站計算機監控系統為例，來進行電氣自動化在水電站應用現狀的介紹。

水電站計算機監控系統主要構成部分包括計算機主機、相關智能監控轉至、繼電保護設備等，主要是通過相關通信網絡將主控機、智能設備和各個監控點進行有機連接，根據不同模塊功能進行分工，從而實現整體環境的綜合實時監測、控制[5]。

首先，該系統主要是采用開放式的體系結構進行設計，具有十分優良的擴展性;其次，由于該系統是采用的分布式計算系統，因此在具體操作和使用時具備較高的靈活性，能夠根據監控對象的不同進行功能的自動配置;再次，該自動化系統的可靠性較高并且易操作;最后，由于其采用微軟windows系統進行界面開發，因此其使用界面十分友好，便于水電站相關使用人員工作過程中的操作和控制。通過該自動化系統，水電站主要能實現以下功能：水電站主要電氣設備使用數據、運行情況的自動收集、監控與故障反饋;智能調度和資源調配;核心生產設備(比如核心線路、發電機等)的實時監測與保護;水電站運營管理自動化，比如生產設備運行狀態報表、設備故障率、資源利用率等;即時信息共享，比如對于關鍵崗位操作記錄、水情監測情況、智能調度情況等信息的即時共享。隨著計算機技術、自動化技術等不斷發展和在水電站應用的深化，通過電氣自動化將會實現越來越多的功能。未來電氣自動化的發展方向會更加的智能、高效。

4 結論

總而言之，電氣自動化在水電站的廣泛應用對于水電站經營效率、生產效率和經濟效益都有較大的提升，并能極大的改善現有員工工作環境、工作條件，從而實現電能質量的保障、設備運轉可靠性的保證。隨著我國經濟轉型和工業升級改造工作拉開序幕，我國各類型水電站應當充分考慮到自身生產和經營實踐情況，有的放矢地將電氣自動化應用到生產經營中，幫助水電站提升水資源的開發使用程度和效率，避免資源浪費和造成污染。此外，由于自動化系統對于操作人員技術水平要求較高，因此水電站經營管理者需要重視電氣自動化設備操作人員的技術水平提升的需求，在有能力的條件下企業應當定期安排技能培訓課程，保證相關操作人員的綜合能力和素質，及時更新相關人員的知識結構和技術水平，尤其需要避免由于人工操作不當或技術水平不到位所造成的安全隱患或事故。

[1]張秀麗.關于水電站電氣自動化應用問題的探討[J]. 大家，2010(6)：190.

[2]苑清敏，張強.水電站電氣自動化應用問題的探討[J]. 黑龍江科技信息，2011(9)：33.

[3]賀佰圭.關于水電站電氣自動化應用問題的探討[J]. 廣東科技，2012(7)：113-114.

[4]劉穎.水電站電氣自動化應用實踐探究[J].水利科技，2012(7)：150.