探究水電站自動化控制相關技術

徐東

（廣西水利電業集團新疆克州水利發電有限公司 新疆克州 845350）

探究水電站自動化控制相關技術

徐東

（廣西水利電業集團新疆克州水利發電有限公司 新疆克州 845350）

水電站工程的快速發展，為我國各地區的經濟建設、工業發展、農業發展，及人們日常生活提供了安全、穩定的電力。自動化技術應用于水電站，能夠有效提高水電站的運營效率，保障水電站的運行穩定與安全。因此，在升級改造水電站運營管理中，合理運用自動化技術就顯得尤為重要。水電站中運用自動化技術，一般是通過預設程序，進行水電站的運行管理，及時檢測故障與預警，從而提高水電站運行效率。我國的水電站自動化控制技術仍處于初級階段，因此，需要加強技術的探究與實踐。

水電站；自動化；控制技術

1 前言

隨著我國電能需求量的增大，水電站的運行管理也被提出了更高的要求。水電站的運行管理中不僅要提高工作效率，滿足人們的發展用電，而且還要在運行過程中保障電力能源供應的穩定與安全。然而電機設備的陳舊與落后，已經不能滿足水電站企業的基本生產要求，因此，水電站必須要充分利用現代技術，將自動化控制技術應用于水電站運營管理中。隨著網絡技術、信息技術、通訊技術的發展，自動化控制技術逐漸成熟，并得到了廣泛的應用。水電站是我國的主要支柱產業之一，其電機設備裝置較復雜，人員操作難度較大，而自動化技術卻能夠有效提高電機設備的工作效率和工作質量，為水電站企業的穩定、持續發展奠定堅實的基礎。

2 水電站綜合自動化控制系統的結構

2.1 集中式控制系統

集中式控制系統主要是對整個水電站的運行加以集中監視、控制。集中式控制系統的所有操作及控制命令等都由計算機發出，并對水電站的相應信息進行集中處理。因此，這種控制系統在運行中，一旦計算機出現故障，就會使整個水電站運行系統陷入癱瘓[1]。一般，集中式控制系統在大型、中型水電站運用得比較多。在主接線簡單，機組容量、機組數量、送變電設備的小型水電站中，集中式控制系統不具備較強的可運用性，只能作為參考模式，減小運行投資。

2.2 功能分散式控制系統

功能分散式控制系統一項最主要特征便是各系統功能較分散，能夠結合地域、危險性、功能性、負載量等因素，按不同系統的使用功能，設立不同的使用設備，且這些設備具有獨立運行、獨立完成各項工作任務的功能。

2.3 分層分布式控制系統

分布式控制系統是以控制對象為基本單元，設置的多套相應裝置，對控制對象進行數據的采集、處理等。一般來說，分層分布式控制系統會與與電廠分層控制系統相結合，從而形成水電站分層分布式控制系統。分層分布式監控系統最突出的優勢就是能夠實現功能拓展及系統升級，具有較強的開發性和便捷性，能夠有效保護使用者的相關利益。分層分布結構如圖1所示。

圖1 分層分布式系統結構圖

分層分布式控制系統有多個特點，包括：①采用開放式、全分布結構，但各間隔層及站控級的計算機系統間相互獨立，當局部任何單元出現故障時，其獨立單元及控制設備都能正常工作。②分層分布式控制系統采用多CPU的處理方式，并嚴格遵循保護、監控相獨立配置的原則，以免站控級的計算機出現故障或異常，影響保護功能的正常工作和獨立作用。③分層分布式控制系統能夠保留獨立于監控系統的簡單強電式直接監控功能，以保證當監控系統出現故障或需要檢修時，水電站能夠安全運行。④分層分布式控制系統由標準化的計算機軟硬件構成，因此組合靈活，能夠適應計算機的兼容、互換、擴散等要求。⑤另外，該系統采用信號隔離技術，因此具有一定的軟件、硬件濾波，能夠屏蔽接地、防雷擊，具有較好的抗干擾能力。⑥該系統的控制軟件運用開放式的設計原則，能夠通過規約轉換，件調速器、勵磁系統等通信協議不相同的相應設備的信息接入系統內。⑦該系統具備人機接口，且界面友好，畫面清晰，所有保護軟件、硬件的壓板，能夠有效保護各參數，且間隔單元都配有電器參數的大屏幕，能夠供用戶進行相應操作。⑧分層分布式控制系統還具備自我診斷、防誤操作、自行恢復等功能，能夠有效保護跳閘出口，讓水電站運行更加穩定高效。

3 水電站自動化技術控制對象

水電站利用自動化控制技術，其控制的對象與內容一般與水電站自身的規模、運行方式、性質、主要電氣設備、各設備的主接線布置方式和形式、電力系統在水電站中的主要性等具有重要的關系。從水電站的自動化控制技術層面來說，水電站的控制內容一般包括：

（1）水電站自動化控制技術需要對于水輪發電機組運作方式加以控制，實現自動開機、關機，并形成調相轉發電、發電轉調相的互動轉換，使這些基本操作能夠依據預設程序進行自動化運行與控制。

（2）水電站自動化控制技術的控制對象還包括對水輪發電機組、各輔助設備等實際運行狀況進行控制、監測。包括對發電機轉子、定子回路的各電量全程監控；對發電機組的冷卻系統、調速系統、機組潤滑狀況的實時監控；對發動機定子繞組及鐵芯、各部軸承溫度的實時監控等，當發現上述電機組運行不正常，或出現故障，自動化控制系統應及時采取保護、控制機組的相關措施。

（3）水電站的自動化控制系統還應對各類水工建筑物工況或運行狀況進行控制監督。包括對水電站閘門狀況的控制監督、攔污柵淤塞情況的控制監督、上中下游水位測量的控制監督等。

4 自動化控制技術在水電站中的實際應用

4.1 水文信息的自動化控制技術

水電站的運行管理最重要的一項控制對象為水文信息，水文信息的自動化控制對整個水電站的運行管理都具有重要的作用。水文信息自動化控制一般由計算機、各傳感器、通訊設備等組成，能夠對水溫進行實施數據收集、傳輸、處理。水溫信息自動化控制通常劃分為三個部分，即遙測站、水文信息傳輸通道及中心控制站，每部分都對相應的水文信息具有控制監測的功能，能夠實現水電站的前期運行安全。相對來說，水電站運行水頭的變化范圍較大，因此，在水電站的運行前期的管理中，必須對各水文信息進行全面的掌握，利用自動化控制系統，可對水電站附近水源的水位情況、水量變化等進行監控，在利用水電站控制及時對其進行適當的調整。通常，水電站的起動開度、調速器等，一般是按水輪機設計的水頭，當水輪機處于低水頭運行狀態，且水電站的水頭有所降低時，電液調整器在這種狀態下難以使機組達到額定轉速，就會在開度指示儀中形成串接電阻，或更換芯片，以便調節器輸出值與開度指示形成差值開機組，實現水文信息自動化控制。

4.2 水電站機組的遙視監控系統

水電站機組的遙視監控系統，設計目的就是為了保護梯級水電站運行環境的相關信息，并對重要設備運行狀況進行實時監控。當發現異常現象，如：環境溫度過高、電源故障、空調停運、機房停電、盜竊、火災等情況時，水電站的遙視監控系統便能夠及時報警并作相關記錄，以免發生重大故障，影響水電站的運行效率和運行質量。水電站的遙視監控系統利用數據通信技術，對各級水電站的運行狀況進行遠程、實時監控，形成一個相對完整、全面的監控系統，提高水電站的運行效率，并減低水電站的維護成本，實現梯級水電站控制監督。水電站的遙視監控系統系統融合了現代先進的TCP/IP網絡技術，利用梯級水電站的紫銅哈系統，對各信息實現收集、處理，能夠對下級電站運行狀況及安防信息進行的遠程集中監控，并對主站資源、通道資源進行自動化控制與系統內資源共享。

4.3 水電站自動化控制技術中的繼電保護

水電站自動化控制技術中的繼電保護對整個水電站的正常運行也具有不容忽視的作用，繼電保護一般在水電站電機發生故障或出現安全隱患時使用[2]。水電站運行管理中，一般具有保護電力元件的成套設備被稱為繼電保護裝置，其作用主要是保證水電站運行管理中各電力設備、電力元件的運行安全。通常，所有的電力元件、電力設備都需要在繼電保護的狀態下進行運作，若電機、變壓器、輸電線路、母線等電設備出現故障時，須在最短的時間、最小的范圍內進行各電力元件、電力設備的自動切斷，有效減輕故障對電力設施及設備造成的損傷，影響周邊供電效果。

5 結束語

水電站利用自動化控制技術，能夠有效提高機電設備運行效率，改善用工環境，是水電站電機設備改革的必然趨勢。水電企業在運行管理中，可以利用現代化控制技術，提高企業的管理效果和運行效率，對機電設備進行綜合維護，實現水電站的智能管理，保證電能質量。

[1]加 措.水電站自動化運行系統的應用與設計[J].珠江水運，2015，09（18）：80～81.

[2]張祖垚，孫海波.小型水電站電氣自動化應用探討[J].中國水能及電氣化，2015，02（119）：29～31.

TV736

A

1004-7344（2016）04-0093-02

2016-1-5

徐東（1974-），男，助理工程師，中專，主要從事電站運行值長等工作。