水利設施中電氣自動化的應用

鮮凡凡，韓 斐，薛萍萍

(江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100)

水利設施中電氣自動化的應用

鮮凡凡，韓 斐，薛萍萍

(江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100)

電氣設備是水利工程的核心部分，對水利發電生產效率具有決定性作用，進一步優化了水電站內生產調度質量水平。社會發展促使國內電能資源需求量持續上升，傳統水力發電生產方式已無法適應市場需求，建立自動化水利設施調度方案是行業科技的必然決策。文章分析了水利電氣設備運行存在的問題，以信息科技為基礎設計了自動化控制平臺，從電氣設備事故處理及安全控制等方面提出自動化方案。

水利工程；電氣設備；自動化；設計應用；事故處理

1 水利電氣設備運行問題

水利工程是一項復雜的結構體系，由水工建筑物及電氣設備共同構成，建立了現代化水電調度系統模式。水利電氣設備主要包括：發電機、變壓器、電力線路、斷路器等，為水力發電生產控制創造了有力的條件。當前，國內電能需求量持續上升，電氣設備運行也面臨著多方面的問題，尤其是滿載、超載運行等增加了設備的耗損率。

1)電氣故障。電氣設備負責執行工作命令，按照地區用電需求完成對應的運行動作，決定著電網在區域用電調配中的作用。電氣設備布局與安裝時，依舊存在“高壓低用、低壓高用”的設備狀態，電網正式啟用之后，很容易引發一系列的運行故障問題，破壞了電氣設備的安全性能。

2)設備控制。電氣設備屬于水利工程控制型設備，整個電能分配過程都存在著調度方面的困境，尤其是電氣系統層次劃分不明確而影響整體效率。比如，變壓器由于內控裝置不完整，限制了電網安全控制系統運行，區域用電調度中心對電網控制的穩定性不足，降低了電能資源的分配率。

3)信號傳輸。現有水利工程采用信息傳輸平臺，對電氣設備應用實施信號式傳遞方案，擴大了設備信號傳輸的工作范圍。但是，電氣信號傳輸易受到外界條件干擾，導致電氣設備信號中斷，影響了電氣設備執行信號指令的便捷性。例如，信號傳輸安全不足，水電站在傳遞電信號過程中，易受到外界因素干擾而縮短了通信接入的運行速率。

2 水利設施中自動化系統設計

電氣自動化是水利水電工程改造方案之一，利用自動化控制平臺實現水電設備的一體化調控，減小了傳統手工操控方式的難度，提升了水電站內設備運行的安全系數。信息科技是自動化系統設計的根本依據，能為電氣設備自動化操控創造便捷條件。

1)通信網絡。基于信息科技水平不斷提升，國內通信行業開始走信息化改革道路，將計算機網絡技術應用于通信系統改造，構建現代化信息傳遞服務區空間，滿足了廣大用戶傳遞信號的操作需求。通信網絡改變了過去單一信號傳輸模式缺陷，為電氣自動化提供了多種信道的傳輸方案，如圖1。表面上，通信網絡構建了多種渠道的信息傳遞方式，電信網、移動網、聯通網等主要運營商的結構層次實現了優化改進。

2)數據處理。自動化系統是搭建信息交流平臺的主要方式，為人們社會活動創造了良好的信息服務。近年來，傳統電氣系統功能弊端日趨顯現，利用自動化平臺改造通信區域調度方案，實現了信號傳遞模式的最優化配置。水利部門需借助良好的網絡傳輸平臺，對電氣設備調度模塊進行優化改造，設計出更加多功能的電氣自動化控制區域[1]。

圖1 水電站通信網模式

3)設備調度。考慮到互聯網技術是信息科技改革的主流趨勢，必須堅持電氣設備信息化這一改造趨勢，研發出更高端的調度系統才能提升設備工作效率。電氣自動化選用高性能計算機設備，或者組建計算機集群調度模式，擴大設備信號數據的處理范圍，減小了單一計算機系統應用的功能缺陷。計算機調度中心根據水利設施指令要求操作，時時刻刻都能提供最快捷的設備自動化通信服務。

3 基于自動化平臺的電氣事故處理

隨著社會用戶群體的持續增多，水力發電生產在運行階段也面臨著一系列的作業問題，全面提升電氣設備自動化水平是工程改造重點。基于自動化平臺下，電氣設備事故處理有了新的方案，值班人員或檢修人員可根據自動化平臺，擬定一套相對完整的事故處理策略。結合水利設施常見的幾種事故，其解決方式包括：

1)觸電事故。由于電流流過人體而造成的人身傷害事故，觸電又可分為單相觸電、兩相觸電和跨步電壓觸電3種。電氣自動化平臺對觸電事故具有監測功能，實時收集設備運行中的工作數據，為事故分析及處理提供了參考依據。例如，可根據觸電設備、觸電位置等情況，建立自動化事故診斷與應急策略。

2)雷電事故。雷擊常可摧毀建筑物，傷及人、畜，還可能引起火災；靜電放電的最大威脅是引起火災或爆炸事故。設計自動化系統實現24h的輸電線路監控，對自然界雷電襲擊、雨水侵蝕、風力沖撞等問題，均可利用遠程網絡展開監控。電氣自動化對雷電事故監控具有針對性，一旦發生雷擊則可快速定位處理。

3)電路事故。線路和設備故障不但威脅人身安全，而且也會嚴重損壞電氣設備。輸電線路是維持電氣設備運行的基本條件，利用線路將電能傳輸給變壓器、發電機等主要控制設備。安裝自動化電子感應儀器，對水電站內射頻信號自動感應，超出人體承受范圍則顯示告警狀態。在自動化控制平臺引導下，電氣事故發生率大大降低，這是利用了電路自診斷、自處理等功能。

4 電氣系統安全控制模式

安全發電是行業經營的基本理念，尤其在水力發電生產模式中更應重視安全問題，這樣才能持續利用水資源生產電能。水利設施設計電氣自動化系統，為站內安全作業調度提供了可靠的平臺，設備絕緣、安全距離、載流控制等，均可以通過自動化平臺實現操作。

1)電氣絕緣。保持配電線路和電氣設備的絕緣良好，是保證人身安全和電氣設備正常運行的最基本要素。電氣絕緣的性能是否良好，可通過測量其絕緣電阻、耐壓強度、泄漏電流和介質損耗等參數來衡量。

2)安全距離。電氣安全距離，是指人體、物體等接近帶電體而不發生危險的安全可靠距離。如帶電體與地面之間、帶電體與帶電體之間、帶電體與人體之間、帶電體與其他設施和設備之間，均應保持一定距離。通常，在配電線路和變、配電裝置附近工作時，應考慮線路安全距離，變、配電裝置安全距離。

3)安全流量。導體的安全載流量，是指允許持續通過導體內部的電流量。持續通過導體的電流如果超過安全載流量，導體的發熱將超過允許值，導致絕緣損壞，甚至引起漏電和發生火災。因此，根據導體的安全載流量確定導體截面和選擇設備是十分重要的。

5 結 論

水利工程促進了社會基礎設施改造發展進程，將現代電氣設備應用于水力發電生產體系中，全面提升了傳統發電機模式的作業效率。電氣自動化是水利設施的主要趨勢，采用信息科技為支撐建立新型操控方案，進而優化了電氣設備日常工作流程。基于通信網絡、數據處理、信號傳輸等3大模塊，可以對電氣設備執行全面的安全控制方式，廣泛執行電氣設備故障處理措施。

[1]楊建軍，馮江虹，常振華.關于中小型水電站技術改造的幾點建議[J].山西水利，2004(02)：65-66.

1007-7596(2014)11-0217-02

2014-06-07

鮮凡凡(1986-)，女，江蘇淮安人，助理工程師，從事水利工程管理、防汛防旱工作；韓斐(1987-)，男，江蘇金湖，人，助理工程師；薛萍萍(1987-)，女，江蘇南京人，助理工程師。

TV736

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