水電站自動化技術及其應用的研究

鄧 飛

(遵義水利水電勘測設計院，貴州遵義 563000)

水電站自動化技術及其應用的研究

鄧 飛

(遵義水利水電勘測設計院，貴州遵義 563000)

隨著我國經濟的發展和社會的進步，我國的水利事業也在快速發展，近年來，由于受到能源危機的影響，國家對能源結構進行了調整，水電開始成為了我國電能的重要來源之一，因而，水電站建設也越來越多，其自動化技術開始發揮越來越大的作用。水電站的自動化擔負自動監測機組和輔助設備的狀態。文章結合實例探討了水電站自動化技術的內容及其應用，希望對于類似的工程起到一定的幫助作用。

水電站;自動化技術;應用

0 引言

隨著國民經濟的高速發展，對于水電站自動化技術的要求也越來越高。電能的生產、傳輸、分配、消費是一個連續的過程，具有發、供、用同時完成的特點。

電力系統內有功率不足或剩余時，將引起系統頻率的降低或升高;電力系統內無功功率盈缺，將造成系統電壓升高或降低［1］。

單個發電機組孤立供電，電力系統電能的質量及電力生產的安全性和經濟性主要有機組或電站本身的保護和自動裝置及遠方控制，手動操作保證。

1 水電站自動化的內容

水電站自動化包括完成對水輪發電機組運行方式的自動控制、完成對水工建筑物運行工況的控制和監視幾個方面。

1)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，對機組調速系統工作的監視等［2］。

2)完成對水輪發電機組運行方式的自動控制一方面，使得上述各項操作按設定的程序自動完成。通過對水電站的實際情況進行考察分析，找到水電站運行的最合適的機組數量，在不同的位置使用不同型號的機組，使各個機組都能夠實現合理負荷。這樣以來，在某個機組發生故障時不會影響到其他機組的正常使用，而且其他機組還能夠分擔故障機組的負荷。

3)完成對水工建筑物運行工況的控制和監視，如攔污柵是否堵塞的監視，引水壓力管的保護等。

4)完成對主要電氣設備的控制、監視和保護。

2 水電站自動化應用案例

2.1 工程概況

魏家洲電站建于1978年，1980年投產，共3臺機組，容量為800 kW×3臺。隨著時代的發展和對水電能源需求量的增加，目前的電站已經無法適應需求，而且由于設備年代較為久遠，老化嚴重，自動化程度低，在相關部門的領導下，開始對魏家洲電站進行改造。

2.2 主設備改造

主設備改造包括水輪機的改造和其他設備的改造。

2.2.1 水輪機的改造

水輪機是水電站主要設備之一，對其改造包括以下3步:

1)要根據工程的實際情況，結合電站之前的水輪機設計型號設計出新的轉輪，只有這樣才能夠最大程度的提高過流能力，才能夠提高整個電站的發電效率。

經過改造后轉輪的出力能力大大提升，相對于之前增加了200 kW，與水電站的其他設備配合更加緊密，而且還能夠在不影響工作效率的同時減少水利腐蝕和其他副作用，但是投入改造的資金也不少。

2)要對發電機組的主軸進行更換，更換時需要考慮到轉輪的性能，與之相匹配。

3)對其他部件的更換，由于使用年限比較久，很多過流部件都已經開始損壞，損壞程度已經開始影響到水輪機轉動效率。因此，必須對這些部件進行重新檢查和更換，以便提高水輪機的工作效率［3］。

2.2.2 其他設備的改造

2.2.2.1 改造前的基本情況

1)調速器系統:調速器是水電站自動化的重要環節，水電原有的調速器可以實現自動開關機，但是由于水電站運行情況的復雜性，這個功能一直是出于休眠狀態［4］。

2)調速油壓單元:原有的水電站具有基本的顯示功能，但是并沒有實現油壓調速自動化。

3)勵磁系統:原有的水電站由于受到技術和條件的限制，采用的是受到調節的方式對勵磁系統進行調節，這種方法比較麻煩，需要操作人員用手轉動電阻，無形之中增加了事故發生的概率，容易造成安全事故的發生。

4)高壓開關柜單元:原有的水電站高壓開關柜比較多，是其他設備的幾倍，主要用來控制斷路器。原有水電站高壓開關柜上都配有電表，但是這些數據需要工作人員自己去讀取，無法實現通信，在工作人員比較粗心的情況下容易導致數據失真，而且，這種方式也不安全，效率也比較低。

5)動力屏單元:原有的水電站動力屏分布較為分散，這也增加了這個單元的自動化難度。

6)保護系統:保護系統包括4面，主要為各發電機服務，但是保護屏使用時間較長，效果并不理想。

7)碟閥控制單元:原有水電站的蝶閥控制無法準確定位全開或者全關這兩種狀態下的位置，它只能定位部分行程位置。

8)集水井控制單元:原有的水電站集水井無法進行自動控制，也不能夠現實水位，只具有提示設置的水位臨界點的功能。

9)中控室屏柜設置:原有的水電站中控室屏有八面，主要分為控制屏和保護屏，這些屏柜為中控室的功能的發揮起著重要的作用。

10)水位監測:原有水電站無法進行實時監測，只能通過人工定時檢查，既浪費了人力也浪費了物力。

11)技術供水單元:原有的水電站無法實現自動控制和檢測水利，工作人員只能夠手動的控制進水流量。

12)測溫單元:原有的水電站配置了溫度測量表，但是由于年久失修，已經無法進行溫度測量了。

13)同期單元:手動同期，機械表頭指示。

2.2.2.2 改造后的基本情況

1)調速器系統:經過改造后的調速器系統實現了自動化，通過對導葉進行改造實現了導葉的自動控制。

調速器也能夠自動開關機，實現了遠程控制機組，提高了工作效率。

2)調速油壓單元:通過對調速油壓單元進行升級改造，使油壓控制關鍵環節能夠自動顯示或者提供信號，實現調速油壓單元的自動控制。調速油壓單元在整個水電站自動化中起著非常重要的作用，實現對這個單元的自動化對于實現整個水電站自動化來說是非常重要的環節。

3)勵磁系統:由于原有的勵磁系統在很大程度上制約了自動化實現的步伐。因此，改造工程中重點對勵磁系統進行了升級改造。

通過對最大和最小勵磁的改造，目前的勵磁系統已經能夠實現遠程調控的功能，大大方便了水利工程的建設。

4)高壓開關柜單元:在原有水電站的高壓開關柜上升級顯示表，這樣既能發揮之前自動控制的功能，工作人員也能夠及時了解短路器的相關數據。

5)動力屏單元:通過對監控系統的改造實現動力屏的自動化，這樣才能夠為水電站實現自動化提供保障。

6)保護系統:對原有的保護系統進行升級改造，使用更加精確的保護系統來替代原來的。

7)碟閥控制單元:對碟閥的電動回路和反饋行程進行改造，使其具有對啟動和停止電動控制回路遠方接口，并能以空節點形式提供啟動電機和停止電機的信號。

增設對碟坑的實際水位進行監測的變送器，并根據現場條件，專門就地設計了碟閥控制箱，解決了原碟閥操作回路外置現象。在美觀性、整體性、維修方面都提高了設備管理水平。

8)集水井控制單元:對集水井的電動回路和信號回路進行改造，實現對集水井的自動控制功能及增設對集水井的實際水位監測變送器，完成實際水位的實時測量。并具有對控制電機的啟動和停止遠方接口，以空節點形式提供遠方啟動電機和停止電機的信號。

9)中控室屏柜設置:替換原所有8面屏柜，更換為“機組自動控制保護屏3面，微機線路主變保護屏1面，同期監控屏1面”共5面屏柜。并對中控室的布局進行的重新設計和裝修。

10)水位監測:增設前池水位、尾水水位變送器，并輸出4～20mA的電流信號提供計算機監控系統完成實時測量功能。

11)技術供水單元:加裝進水控制電磁閥，提供電磁閥的遠方控制接口，并配置管道示流信號，傳送至計算機監控系統，實現了技術供水回路的自動控制。

12)同期單元:同期單元的改造是通過自動和手動同時作用的方法進行改造的。

通過長時間的改造工程，該水電站基本上實現了自動化，實現了各個系統單元的自動化，這些對于水電站的長久發展都起著關鍵的作用，目前，改造后的水電站結構圖見圖1。

3 結語

如今，我國水電站的發展已取得了很大的進步，水電站綜合自動化的技術也為水電站的經濟運行和安全運行起到了非常重要的作用。

同時，人們的知識需要大量的補充和更新，才能跟上新技術發展的潮流，更好的負擔起提高我國中小型水電站自動化水平的任務。

鑒于水電站自動化技術對于我國水利事業發展的重要性，因此，本文研究這個課題具有非常重要的現實意義。

［1］夏書軍，程志武，周曉東.自動化技術在電力系統配電網中的應用［J］.中國新技術新產品.2010(02):188-189.

［2］謝勇.水電站自動化技術及其應用［J］.科技創業家，2013(16):63.

［3］鄭曲全.淺談水電站自動化技術及其應用［J］.大眾科技，2008(05):131-132.

［4］杜承云.淺談水電站自動化技術及其應用［J］.信息通信，2012(01):152-153.

TV736

B

1007-7596(2014)05-0166-03

2013-08-20

鄧飛(1986-)，男，貴州習水人，助理工程師。