水電站自動化監控系統的運行及維護研究

豆文娟

甘肅電投炳靈水電開發有限責任公司

水電站自動化監控系統的運行及維護研究

豆文娟

甘肅電投炳靈水電開發有限責任公司

近年來，水力發電作為一種清潔環保的電能生產方式日益受到重視，這就對水電站的運行提出了更高的要求。但當前我國部分水電站存在運行效率低、運行不穩定等問題。而加強水電站自動化技術的應用，可有效解決這些問題，提高水電站的自動化生產和管理水平，提高水電站電能的生產效率，從而為我國的現代化建設和可持續發展戰略實施提供基礎，基于此，本文將著重分析探討水電站自動化監控系統的運行及維護，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

水電站；自動化監控；運行；維護

1、水利發電技術的基本含義

水利發電是研究如何將水資源能量轉換為人們所需要的電能，是利用水往低處流的特質，通過水源高低落差所產生的能量來進行發電。水力發電所需要的是隱藏于水體中的位能，因而，為獲取水能來發電，就必須建立各種類型的發電站。水利發電站是將水能轉換為電能的工程設施，其是由一系列的建筑物和發電設備組成的。其中，建筑物的作用是將天然水源所產生的落差集中起來，通過水庫來匯聚和調節自然界中水流的流量，而基本設備則是指一系列的水輪發電機組。利用流經水輪發電機組的水流推動其轉動，實現水能到機械能的轉換，最終由機械能轉換為電能。

水利發電技術是一種利用水資源而進行發電的技術，對環境不會造成破壞或影響，能節約我國的煤炭資源，有利于促進我國節約型社會和循環經濟的形成，能為改善環境起到非常重要的作用。除此之外，水利發電技術不需要龐大的資金投入，節約成本，而且其符合節能減排的要求，能促進我國社會主義經濟的可持續發展。通常水力發電技術一般應用于抽水蓄能電站、引水式水電站、壩式水電站和混合式水電站中。

2、水電站自動化監控系統設計運行

水電站大壩實時監測系統一般可分為兩部分硬件系統和軟件系統。硬件系統是由其傳感器即采集儀器和數據采集裝置如或組成，傳感器將物理量轉化為電量，數據采集裝置則是對傳感器的輸出信號進行正確采集，并轉換為數字量進行存儲和傳輸，是整個系統的基礎和核心部分軟件系統則是對監測網絡系統進行管理和對采集來的數據進行分析處理的管理系統。

2.1 水電站水電站大壩監控硬件設計

(1)按工程或試驗研究需要、地質條件、結構特點和觀測項目，選擇有代表性的部位布置儀器。(2)為了校核設計計算方法，在典型區段選擇巖體或結構性態變化最大的部位布置觀測斷面；施工和運行期的觀測，應選擇條件最不利的部位，斷面數量和儀器數量取決于被測工程的特性，并與控制的目的相吻合。(3)在觀測斷面上，應該考慮巖體和結構的性態變化規律、結構物的尺寸與形狀預計的變形、應力及其他參量的分布特征布置測點。測點的數量，在考慮結構特征和地址代表性之后，依據上述變化情況和預計參量變化梯度來確定。梯度大的部位測點間距小；梯度小的部位，測點間距大。(4)觀測布置要考慮便于計算和參照模型比較和驗證。(5)儀器布置力求以“合理的最少量”即能達到所要觀測的目的。在滿足精度要求的前提下，觀測方便，側值能互相對比校核，同時盡量排除影響精度的因素(如溫度影響等)。(6)儀器設備要耐久、可靠、實用、有效。(7)儀器監測應與巡視檢查相結合。

2.2 水電站水電站大壩監控軟件設計

為達到大壩實時監測系統的目標，該系統軟件應包括以下幾個基本功能：(1)數據采集控制功能作為自動化監測系統，必須具有能夠接收和控制智能測控單元(MCU)的功能。此功能應對MCU進行狀態查詢，對測量起始時間、測量周期，采集方式進行設置，為用戶提供一個與前端監測儀器進行對話的界面環境。(2)測值換算功能如前所述，水庫大壩監測項目有多種，安全監測自動化系統接入的儀器有振弦式儀器、水位傳感器和差動電阻式應力應變儀。水位傳感器傳遞的是數字信號，在傳回上位機后不需要進行測值換算。而振弦式和差動電阻式儀器則不同，前者傳回的是頻率和溫度信號，后者傳回的是電阻和溫度信號，尚需進行測值換算，以期獲得反映水工結構性態的直觀測值。(3)在線異常值診斷處理功能 在線實時提示預警是大壩安全監測自動化系統一個很重要的功能。根據監控模型提供的監控信息，對一些變化異常的數值做出判別，是外界干擾引起的，還是大壩安全出現了異常?進行相應的處理后。(4)數據預處理經過在線異常值的診斷處理入庫后的監測數據，仍有可能含有粗差，必須經過可靠性檢驗和統計學處理，使其成為反映水工結構性狀的可靠信息。只有根據可靠的觀測數據和資料，才能正確地對大壩性狀做出解釋和進行安全評價。也可能出現缺值或為了數據分析需要進行修勻處理操作。這些數據處理工作統稱為數據預處理。(5)圖形生成本系統軟件應提供繪圖分析和制表功能，以輔助水庫管理人員進行監測數據的直觀分析。(6)數據錄入和管理功能除了能進行自動化采集入庫的觀測量，還有人工觀測量，為實現對所有觀測項目進行統一的資料管理，系統軟件應具有人工錄入的接口，即數據輸入功能。數據管理還包括數據瀏覽，數據查詢等。(7)數據導出功能大壩安全監測信息，不論是原始資料還是計算分析成果，均可按規范格式輸出到不同的外部設備上，即圖形和表格信息既可輸出到屏幕，也可由打印獲得，以滿足資料整編以及上級主管部門的各種要求。

總而言之，水力發電作為一種低能耗的發電方式較之火力發電更受人們的歡迎。水力發電也成為了我國電力發展的核心。但還是有一些不足，因此為了提高水電站的工作效率我們必須對水電站的發展做出一系列研究，通過自動化技術的應用來滿足日漸上漲的電力需求，提高工作效率。

[1]王明亮.關于對水電站自動化監控系統的運行及維護研究[J].電子技術與軟件工程，2015，23：159.

[2]張燕霞.龍羊峽水電站大壩安全自動化監測系統的運行與維護[J].大壩與安全，2011，01：35-37+47.

[3]張珊珊.農村小型水電站監控系統總體設計及關鍵控制技術的研究[D].東北農業大學，2013.

[4]徐凱.中小型水電站計算機監控系統軟件的設計與實現[D].電子科技大學，2013.