電氣自動化在水利水電工程中的應用分析

呂廣鎖，李俊楠，李鵬飛

(1.遼寧省湯河水庫管理局，遼寧 遼陽 111000；2.遼寧省蓡窩水庫管理局，遼寧 遼陽 111000)

伴隨著我國社會經濟的迅猛發展以及人民生活水平的提高，水利水電工程在社會生產和人民的日常生活中都起著重要作用。科學技術的進步更是將電氣自動化技術廣泛應用到水利水電工程工程當中，運用現代發達的科技從而慢慢形成了無人值班、智能監控的新型自動化模型，對于提高企業工作效率和經濟效益具有重要作用。

1 電氣自動化簡述

當前我國的水利水電工程自動化系統大多是利用PLC(可編程序控制權)和微機繼電保護裝置等設備共同組成，具體系統構成如圖1 所示。

圖1 水電站電氣自動化示意圖

從上圖1中可以了解到，水利水電工程的電氣自動化系統是借助現場總線等來連接各個不相同的智能裝置以及控制站，同時根據一定分層順序來架構出的一個綜合性分工監控電氣自動化系統。目前使用比較多的架構方法是三層分布或是兩層分布式系統結構。其中第一層是現地測量控制層(即現地單元層)，第二層是集中監控層(即主控單元層)，第三層是生產調度管理層(即管理單元層)。三個單元層之間的測控計算機都是經TCP /IP 高速以太網來實現連接的，網絡介質則配合使用網線與光纜的形式。控制權具有設置與切換功能，其控制權的優先順序依次是生產調度管理層、集中監控權以及現地測量控制層。具體的分層分布結構要根據工程的實際功能需求來決定，較為靈活與分散。此外，從圖1我們還可以清楚的了解到該系統具有較強的人機接口能力，有利于掌控和操作系統，設計和調試等也有很大優勢。

2 水利水電工程中對電氣自動化技術的具體應用

受水利水電工程的規模、實際功能需求等各因素的不同，目前水利水電工程當中對自動化技術的應用并不是統一的，因此在相關設備以及發電站組的應用以及自動化運行程度都各不相同。

2.1 實現對水輪發電機組運行的智能控制

1)能夠管理和控制發電轉調相以及調相轉發點，無人監督管理的情況下也能獨立自動完成相關工作，同時它還能夠完成關停機動作。

2)水利水電工程中的電氣自動化設備具有智能化特征，可自動調節發電機組，從而確保發電站組能夠在最為可靠經濟的狀態下穩定運行。系統還會根據系統指令以及實際情況來自行啟動相應的機組數量，確保經濟合理的分配機組間的負荷運行情況。此外，電氣自動化系統能夠自行打開或者關閉發電機組，所以工作人員在運行過程中完全可以結合負荷的具體要求來對變換機組實現自動變換，最大限度的提高有用功，從而使得無用功能減少到最小程度[2]。

3)一旦發生洪澇災害或是其他的工作事故導致機組頻率大大減少，這個時候系統也會利用智能化功能來確保機組能夠在最短時間內將一些非常重要的機組進行自動斷開。

2.2 實時監測發電機組和關鍵設備的運行情況

在水利水電工程當中應用電氣自動化技術不僅能夠有效檢測到發電機組的電子與定子，及其電路是否安全。此外，對于發電機定子繞組以及鐵芯當中的溫度也能夠進行實施監測，并與設定溫度進行對比，一旦超出設定溫度則系統會自行做出相關保護動作，并在最短時間內發出警報。除此之外，電氣自動化系統還能夠實時監測發電機組的潤滑度、機組變速系統等各方面，一旦這些設備運行狀態與系統設定有所差入，出現故障則系統會利用其智能化手段來及時采取相關措施并發出緊急呼叫警報，確保工作人員能夠及時發現系統故障，從而采取相應措施來進行維護養護，確保系統的正常、穩定運行。

2.3 實現對設備的智能化控制

1)水利水電工程當中，電氣自動化系統對工程相關重要設施設備的智能化控制主要表現在幾個方面：空壓機、油泵及水泵等相關機械設備。系統在檢測到這些設備設施發生故障之后會執行相應動作來確保其他輔助或備用設施可以最快速度投入到運行狀態當中，以彌補缺陷，維持系統的正常運行。

2)系統還能夠實現變壓器、輸電線路等工程當中非常重要的各種電氣設備的檢測、控制以及保護。

3)監督控制水工建筑物的實際運行狀態，實時監測發電機組的運行狀態，檢測攔污閘有沒有出現阻塞等問題，同時還能科學合理的控制水位。科學合理的應用該系統還可實現對飲水壓力管的保護。

2.4 設備選型和自動化設計

現如今，科學技術發展越來越快，我們需要安裝更多的自動化元件在水輪發電機組之中，只有這樣才能有效實現和提高水利水電工程的自動化水平。然而，目前我國的主機配套自動化元器件還缺乏穩定的性能，并由精度低、靈敏度比較差等不足，致使自動化控制在水利水電工程的應用中很容易發生安全等各種問題。基于此現象，我們必須重視兩個方面的工作：設備選型，合理設計自動化。首先，在中低水頭電站當中，軸流轉漿式水輪機是非常常用的一種設備，該水輪機的渦輪葉片采用的是導葉協聯行動模式可為電廠帶來更為可觀的經濟效益。不過，不少渦輪葉片生產商受生產水平等多方面因素影響，使得聯邦曲線機組運行性能較為不穩的，從而影響了整個系統的工作性能。為此，我們在調試機組的時候，可結合工程需要對原來的關聯曲線進行修改，并輸入PLC，繼而讓工作系統實現和保持最佳狀態[3]。

3 電氣自動化技術在實際工程當中的應用介紹

3.1 工程簡介

某水閘建設工程為Ⅲ級建筑物，中型規模。水閘的鋼板閘門一共有8孔，每一個孔的凈寬是12m，總寬是96m，洪水標準設計如下：20a一遇，其相對應的洪水水位是2.81m，洪水流量設計為393 m3/s；50a一遇，其相對應的洪水水位是3.07m，洪水流量設計為556 m3/s。

3.2 水閘自動化控制系統

水閘計算機自動化控制系統主要由大閘監控和控制提示、中心數據處理以及配電房監控等多個子系統構成，其主要負責對下列3個方面進行監控：1個配電房，8個水閘和上下游水文測量站。該監測系統在有效運用計算機互聯網技術與自動化技術的基礎上，不僅能夠對實時監督上述水閘等系統，并能準確分析數據，為系統及相關工作人員給出有效的決策信息。這些信息能夠經互聯網技術和管理系統進行連接，并發布到網絡上。同時，監控系統還具有遠程分析和查詢功能[4]。

1)閘體監控和控制提示分析。 現場操作以及遠程監控這兩個部分共同構成了閘體監控及控制提示子系統。其中，現場操作部分的功能主要經液壓控制系統來實現，其自帶的以太接口會將閘門的實時狀態輸送到遠程監控系統，遠程監控系統再經過中控DCS系統來接收相由液壓控制系統所發送過來的實時數據，使得中央控制室得以實時監測閘體狀態。

水閘自動化監控系統的控制方式主要有兩種：現場手動控制子系統，自動化控制子系統，這兩種運行方法都是將各個控制對象的現場PLC控制點作為起點，不過現場手動控制系統具有最高的優先級，同時其還有互鎖功能。

2)水文和水情監控和分析。水閘自動化系統主要是借助以太網來連接水情數據服務器和JX-300XDCS 控制系統，中央控制室內能夠實時獲取到上下游水文測量站的相關數據，并對這些數據進行實時分析、計算，從而得出可靠性比較高的結論。

3)配電房的監控。電量變送器可有效采集配電房的相關電量參數，并連接控制站 I/O 卡，使得中央控制室和應變電站能夠對電壓和電流參數進行實時監督與控制。同時，配電房監控系統還具備報警提示等多項功能。

4)中心數據處理。中心數據處理子系統主要是分析結合液壓控制系統所發過來的相關數據，在此基礎上準確判斷水閘的具體運行情況，并對流量、水位以及氣壓等相關數據的日統計及月統計，同時將統計結果以報表形式顯示出來。此外，該子系統還能統計和分析配電房相電壓與相電流情況，從而判斷配電房的運行情況。

5)Internet 網絡發布子系統，該系統的主要概念是處理、存儲和分析、顯示自動化系統在其工作過程中，如監控、保護等運行當中所產生的相關數據，并根據相應模型來輔助做出決策，繼而向網絡當中的管理單位發送各種和管理相關的數據。我們結合閘站工程管理的工作要求，在該系統當中設置了歷史數據查詢這一功能，這樣一來，指揮中心以及管理部門就能夠根據工作需要查詢與打印出某一時段內工程設備設施的運用情況。

3.3 閘體原型觀測自動化控制系統

在綜合考慮水平位移、壓力等諸多因素的前提下，我們對大閘閘體的原型觀測項目進行了較為合理的設置。

1)該系統的構成如下：64 只 GKD 型鋼弦式隙水壓力儀所組成，并將其分別安置在閘中心線以及中心線的左右兩側斷面等位置；10只 TS 周邊縫位移計，該設備主要安設在閘室里的閘墩分縫位置；全站儀使用的是萊卡 TCA-2003 型，以實現對沉降及水平位移狀況的人工觀測。

2)構建該系統的主要原因是實現一次巡查和觀測監督全部測點，同時該系統也能夠實現對單個測點的點測。

3.4 系統軟件

該電氣自動化系統所使用的軟件主要是Visval、Basic6.0 系統，學習起來較為簡單，理解上不存在較大困難。此外，該系統維護與擴展也較為方便容易，具有較強的數據庫選擇性能。

4 結 語

綜上所述，電氣自動化系統在水利水電工程當中的應用越來越廣泛，從而為推動我國的基礎設施建設，促進企業整體效益做出了貢獻。為此，我們應該進一步探索和研究電氣自動化技術水平，將其更好的應用到水利水電工程當中，實現其進一步發展。

[1]梁羨軍.電氣自動化技術在水利工程中的應用[J].中國新技術新產品，2016(14)：12-13.

[2]侯碧菲.電氣自動化技術的潛在發展空間與應用分析[J].科技創新與應用，2013(19)：67-68.

[3]金兵.水電廠電氣自動化設備的可靠性探究[J].電子技術與軟件工程，2016(02)：91-92.

[4]蘇克輝.水利設施中電氣自動化的應用[J].通訊世界，2015(23)：20-22.