水電站電氣自動化應用研究

張惠蛟

摘 要：該文在水電站電氣自動化對現代水電站運營的重要作用進行論述的基礎上，分析了水電站自動化應用的主要范疇，并結合水電站的實際運行經驗，探討了水電站中電氣自動化的具體應用，為電氣自動化水電站的運行維護提供參考。

關鍵詞：水電站 電氣自動化 運行

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0095-01

隨著電力電子技術以及微電子技術的快速發展，電氣自動化技術在水電站的生產運用過程中得到了廣泛的應用，在水電站的節能生產過程中發揮著更加重要的作用。通過水電站的自動化，能夠將計算機系統應用與水電站的生產進行監控，從而實現對機組及其輔助設備狀態的監控，當發現故障問題時能夠在事前發出報警信號，并自動進行應急處理，提高水電站的運行可靠性、安全性。在實際的生產應用過程中，要根據電站的具體類型以及主要的機電設備，選擇合適的自動化系統。

1 水電站電氣自動化對現代水電站運營的重要作用

1.1 提高水電站運行可靠性

水電站運行的可靠性與穩定性是實現水電站發電功能的重要指標。在對水電站進行電氣自動化改造之后，以對水電站的各個主要設備及部分進行實時、精確的監控，并做好電站的運行記錄，形成完整的監控日志。當出現緊急情況時，可以及時的排除故障，避免出現安全事故。通過這種方式，能夠避免發電機組因為處于非工作狀態而長時間不能得到解除所釀成的安全事故，提高了水電站運行、發電的穩定性和可靠性。同時，利用自動化系統對水電站的相關設備進行自動控制和操作，有效的避免了人為失誤因素造成的事故。

1.2 保證水電站供電的穩定性

電能的電壓與工頻是對電能質量進行評價的重要指標，而工頻主要受電網系統中有功功率的平衡狀態影響；電壓則主要取決于電網系統中的無功功率。因為整個系統中電網的無功功率與有功功率是隨時變化的，利用自動化系統對兩者的實時數值進行監控，并做好對應的控制和調節工作，可使發電機組的工頻、電壓維持在相對穩定的范圍中，最終保證水電站供電的穩定性。

1.3 提高水電站的生產效率

通過水電站的電氣自動化，能夠對應減少生產員工的工作量，減輕了員工的勞動強度，甚至可以實現無人值守，從而最大程度的提高水電站的生產效率，達到節約資源的目的。

2 水電站自動化應用的主要范疇

2.1 運行電氣設備的自動化檢測

通過對水電站的自動化運行設備各主要參數進行檢測，完成水電站日常運行與維護工作。其中的主要內容包括水輪發電機組及其主要輔助設備、水電站公共生產設施、水工建筑及操縱設備、變電開關設備等。同時，還必須對部分非電參數進行檢測，例如水輪機的轉角轉速、機組溫度、水量、壓力和波位等參數。電信號則主要包括電壓、電流、頻率、功率和功率因數等。自動化系統采取連續與定時記錄的方式將檢測結果記錄下來，便于運行維護作為參考。

2.2 實現水電站的自動化操作

根據控制對象的不同，自動化系統能夠完成不同的操作，主要包括：（1）遠動操作系統、故障告警系統、開關站設備操作等；（2）水工建筑設備的自動化操作，主要是指機組取水口閘門、泄洪閘等；（3）電站公用生產設備的自動化操作，例如排水系統、壓縮空氣系統等；（4）使用脈沖自動操作按照預先設定的規定進行及其設備的操作，例如發電轉調相、停機、發電轉抽水等操作。

2.3 實現對設備的自動化控制

基于自動化控制的基本原理，2.2節中的相關自動化操作是采用開環控制的方式。而對于部分需要實時控制的精確設備，則需要采取閉環控制機制。例如，對水電站發電機組中的勵磁勵磁調節器、調速器等進行控制，通過閉環控制機制實現對應的電壓、轉速控制。同時，還可以通過修改勵磁調節器中的部分數值來實現發電機機組的無功輸出，并通過調整調速器的實際整定值完成有功出力的修改和調節。

2.4 水電站相關設備的自動化保護

水電站的自動化保護措施主要包括這樣三個基本層次：（1）發出警告，例如發電機組軸承的冷卻水源中斷、軸溫超限、潤滑油膜出現異常等，自動化系統通過其末端的傳感器獲得這些參數的實時變化情況，提示對應人員采取對應的措施，從而保證設備的正常運行；（2）自動關閉進水閘門，當水電站出現緊急情況時，自動化系統在跳開斷路器的同時，還會自動關閉發電機組的進水閘門，從而有效的避免事故升級；（3）聯鎖跳閘停機，當出現設備運行參數異常，例如軸溫超高、推力軸承及壓油裝置異常等，系統將驅動斷路器啟動，實現停機操作。

3 水電站中電氣自動化的具體應用

3.1 構建完善的數字化控制系統

隨著數字控制技術的日益成熟，水電站開始進行綜合自動化技術的改造和升級，逐步構建形成以計算機為主體的數字化控制系統。構建的數字化自動控制系統利用電站現場主線作為監控的基本切入點，利用計算機、可編程控制器、微型機與繼電保護設備相互配合，并在網絡化環境下進行水電站設備的智能監控。利用計算機網絡，將水電站的各個主要控制現場與控制中心連接起來，使得水電站的整體運行不需要人工干預，在嚴格的控制體系、開放的邏輯系統支持下實現水電站的穩定運行。同時，該套系統還能夠對水電站中運行的機械設備進行監控，其良好的功能擴展性能使得其能夠滿足水電站后續的建設發展需要。

3.2 PLC自動化技術的應用

功能強大的可編程控制器（PLC）成為了當前大部分自動化控制系統的首選。PLC因為能夠通過編制的專用程序完成對相關運行設備的支持和控制，根據存儲器中所設定的程序、運算邏輯、定時及控制技術等指令，對水電站的生產過程進行多維、直觀、動態的操作與模擬。同時，PLC技術還能夠用于生產人員的高精度控制，輔助生產人員進行電站的運營和維護。當前，PLC自動化技術主要應用于水電站的這樣兩個方面：

（1）對水電站調速器進行控制，利用PLC裝置對調速器進行控制，能夠借助PLC的功能屬性，基于水電站水頭的實際變化，采取過程控制的基本理論進行對應的調整和改變，從而保證水電站穩定運行。

（2）對軸流槳式水輪機進行調速控制，將PLC程序應用于機組調速器的控制中，能夠借助其可編程功能，實現對設備的實時調整，從而保證協聯動作曲線一直處于合理的范圍內，使得機組的運行與水電站水位變化處于同步變化狀態，保證發電機組的運行參數與水流變化一致。

參考文獻

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