水電站電氣自動化設計及其應用研究

葉婉婧

(上饒市水利電力勘測設計院,江西 上饒 334000)

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水電站電氣自動化設計及其應用研究

葉婉婧

(上饒市水利電力勘測設計院,江西 上饒 334000)

在科學技術的快速發展下，電氣自動化技術在水電站電氣系統中得到了廣泛的運用，不僅全面提升了水電站運行的經濟性和穩定性，同時也使水電站的生產效率得以提升，勞動條件也得到了顯著的改善。文章首先對水電站電氣系統的特點進行了介紹，然后對水電站電氣系統自動化設計和應用進行了探討。

水電站電氣系統；自動化設計；應用研究

水電站的電站類型、規模和設備性能會對水電站的自動化程度造成比較大的影響。在水電站運行的過程中，水電站的自動化程度不僅代表水電站的現代化水平，同時也是保證水電站運行效率的基礎，科學地進行水電站電氣系統自動化設計在保證水電站工作效率、供電穩定性、優化工作環境方面發揮著重要的作用。

1　水電站電氣自動化系統組成

電氣自動化是一門新興技術，其中包含著眾多的技術比如計算機技術、網絡技術等。電氣自動化的出現一方面給水電站電氣系統的安全運行提供了可靠的保障，另一方面也為人們的生活提供了一定的便捷。隨著科技發展步伐的不斷加快，新技術、新理念層出不窮，電氣自動化也出現在了人們生活的方方面面，不僅在地鐵、公交方面有所應用，在工廠自動化生產中也得到了廣泛的應用[1]。電氣自動化的出現也是科學技術發展的產物，它的出現大大增強了社會生產力，為我國經濟的發展起到了一定的促進作用。

在水電工程行業中，電氣自動化技術的有效應用使水電工程行業的發展步入了一個嶄新的階段，實現了自動化的系統運行模式，無須人工值班，系統可實現智能監控。電氣自動化系統所實現的這些應用主要是借助計算機技術加以完成的，但單靠計算機技術的全程實現還具有一定難度，可編程序控制器以及微機繼電保護裝置的有效配合也是非常關鍵的。電氣自動化系統如圖1所示。

通過對圖1的分析可知電氣自動化系統主要是借助以太網以及現場總線將各個單獨的控制站與智能設備進行有效銜接，實現各個階段的全程控制[2]。這種開放式的電氣自動化系統具有如下優點：一是層次分明，技術人員可根據工程需要對各部分進行適當地擴展；二是設備靈活性強；三是系統中使用的冗余配置裝備，可增強設備的穩定性；四是摒棄了傳統的維修技術，采取先進的技術理念，確保水電工程運行的安全性；五是人機接口能力強，可進行靈活組裝，方便技術人員操控。

2　水電站電氣自動化控制系統的設計思路

2.1遠程監控模式

遠程監控模式的主要優點：一是施工成本低，能夠節省一定的材料；二是安全簡便易行；三是穩定性高等。該模式也存在一定的不足之處，比如在水電廠電氣應用中由于需要的通訊量較大，而現場總線所供給的通訊速度卻是一定的，若采取此種模式則起不到應有的效果，因此遠程監控模式不能大范圍的應用，但在電氣自動化的小系統范圍內加以監控，效果較為顯著。

圖1　水電站電氣自動化示意圖

2.2現場總線監控模式

近些年來，以太網等計算機網絡技術已在水電站綜合自動化系統中發揮著重要的作用，經過多年的實踐檢驗，該技術也較之前更加成熟與有效，為網絡控制系統的有效應用提供了可靠的保障。現場總線監控模式不僅能提高系統設計的科學性，而且能夠根據不同間隔的作用為其進行有效設計[3]。現場總線監控模式可實現遠程監控而且安裝智能化程度高的優點，此外還可節省一定的成本，在維修上較為便捷。

2.3集中監控模式

集中監控方式的優點：首先，在運行維護中較為便捷；其次，系統設計的比較簡單，方便工作人員的使用；最后，控制站對防護要求不是很嚴格。但美中不足的是由于集中監控模式會將系統中每個功能都集中在一起，使用同一個處理器進行作用，這無疑加大了系統的處理量，而且處理效率也比較低下。此外所有的電氣設備都被進行全程監控，會導致電纜數據加大，不僅會影響系統的穩定性，也會加大資金的投入。

3　水電站電氣系統自動化設計

3.1計算機監控系統

在水電站電氣系統的眾多組成成分中計算機監控系統是其中最為核心的部分，通過對計算機在水電站監控系統中發揮的有效性并結合常規監控設備的作用，可根據不同的需求在適當的區域使用不同形式的監控系統。一般而言，計算機監控系統有兩種模式：一是計算機為核心，常規控制設備為輔助；二是常規控制設備為核心而計算機為輔助[4]。在水電站電氣系統中通過遠程控制模式的應用一方面降低了信息傳輸交流的難度，另一方面形成了網絡結構的辦公模式，給工作人員帶來了便捷，相信未來計算機監控系統會在現代水電站自動化建設中發揮著越來越重要的作用。

3.2電視監視系統

由于電氣系統控制模式對技術的要求層次比較高而且較為嚴格，這要求水電站的管理人員須制定出切實可行的調度控制方案才能滿足設備所需，從而保證水電站系統的安全、穩定運行。工業電視系統是集管理與監視的模式，它的有效應用能夠在第一時間將監控對象的運作情況以及基本信息呈現在計算機設備上，以供技術人員參考與比對，若發現設備存在異常，技術人員可在短時間內找出問題的出處并采取有效的措施加以改進。水電站的監控管理人員借助電視監視系統能夠清晰地看到設備的實際運行情況，根據設備的實際情況對其進行科學的操作與有效的控制，提高設備的可操作性，為自動化生產提供可靠的保障。水電站電視監控系統結構如圖2所示。

圖2　水電站電視監控系統

3.3消防監控系統

隨著科技發展浪潮的不斷推進，水電站內的設備系統也發生了翻天覆地的變化，很多大型水電站內都安裝了一些先進的電氣設備，為水電站系統的安全運行提供了一定的幫助。當前，在水電站主、副廠房以及重要機電設備上都安裝了探測器，目的在于可實時對這些區域的設備運行狀況進行全程監控，尤其是做好消防安全監控。當探測器檢測到有異常情況發生時，會經過系統總線將信號傳遞到報警控制器部位，并發出報警信號，集中報警控制器在接收到報警信號后會在第一時間對所收集的信號進行全面的整合與分析，處理完成后以數碼的形式顯示出火災發生的具體方位，以便于消防人員在短時間趕到火災現象，盡可能地降低事故所帶來的損失。

3.4自動裝置系統

水電站中具備先進的技術設備，這些設備有助于電氣系統實現多樣化的功能轉換，促使機組內控系統處于穩定、安全的運行狀態中。所以在進行水電站建設中應重視自動化應用水平的引入，提高系統的運行效率。自動裝置系統是單獨發揮作用的，它并不在計算機監控系統的范疇內，在水電站系統的實際運行中須將自動控制設備與計算機監控系統進行有機結合，才能使其有效性得以最大限度的發揮。

4　結　論

將電氣自動化系統應用于水電站全面提升了水電站運行的經濟性和可靠性，水電站的工作效率和運行穩定性顯著提升。通過利用消防監控系統和電視監控系統可以及時處理遇到的安全隱患和事故，防止事故惡化，具有良好的社會經濟效益。此外，在水電站中引入電氣自動化系統可以降低人力方面的投入，降低了生活辦公和工資方面的支出，節省企業運營車本，取得了良好的經濟效益。

[1]肖冬梅. NC2000計算機監控系統在水電站的實際應用及探討[C]// 江西省電機工程學會年會. 2012:1-3.

[2]耿長興,孫云峰,冀振亞,等.自動化控制在小型水電站中的應用[J].電子技術與軟件工程 ,2015(17):151.

[3]陳德新，殷豪.小水電站監控系統的形式與系統設備的配置[J].中國農村水利水電，2005(1):103-104.

[4]韓婷婷.水電工程中電氣自動化技術探討[J]. 建筑工程技術與設計(電子版)，2014(20).

葉婉婧(1981-)，女，助理工程師，主要從事水電站電氣設計方面的工作。

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2096-0506(2016)09-0051-03