電氣及其自動化在小型水電站排水系統中的應用

【摘要】排水系統是小型水電站中的關鍵設施，具有保障小型水電站安全穩定運行的重要作用。電氣及其自動化技術在排水系統中廣泛采用，可對水電站的排水系統進行有效的調節和控制，本文詳細分析了電氣及其自動化技術在水電站的排水系統中的具體應用。

【關鍵詞】電氣自動化；水電站；排水系統；自動控制

引言

水力發電是清潔的可再生能源之一，在電力系統中得到了廣泛的采用。近年來，水力發電的裝機容量逐年擴大，是重要的能源形式之一，但目前對水力發電的開發力度依然不足，未來對水力發電的開發依然大有可為。

對于山地較多的地區，水力資源一般也較為豐富，為了使水電資源能得到充分的利用和開發，可以在該地區建設大量的小型水電站。排水系統是小型水電站中的關鍵設施，排水系統的正常工作是保障小型水電站安全運行的前提，其中電氣及其自動化技術在排水系統中起著關鍵作用，故本文探討電氣及其自動化在小型水電站排水系統中的應用具有重要的工程實際意義和應用價值。

1、水電站的發電原理

水電站發電的基本原理是利用水位差的勢能，帶動水輪發電機轉動，從而實現將勢能轉化為機械能，之后通過發電機將機械能轉化為電能，從而完成將勢能轉化為電能的能量轉化過程。

以甘溪水輪泵水電站為例，該水電站是一座以灌溉為主，兼顧發電、防洪、通航功能的綜合性農村水利樞紐工程。位于湘江一級支流洣水下游，距洣水注入湘江河口32km，距衡東縣城11km，是洣水梯級開發倒數第二個電站。壩址以上干流長度264km，控制流域面積為9869km3，占洣水流域面積的95.8%。1966年動工修建，1968年開始部分投產。裝有ZD510-LH-180型1250KW容量的水輪發電機組10臺，主電廠發電機總裝機容量1.25萬KW，該電站發電的具體轉換過程如圖1所示。

由圖1可見，水力發電系統具體可包括水利系統和機電系統兩大部分。其中，排水系統是保障水電站正常運行的關鍵設施，可實現水電站中的水資源的輸入和輸出平衡。

2、水電站的排水系統

水電站的排水系統的主要作用是排除生產廢水、檢修積水和廠內的生活污水等，同時避免廠房內出現積水和潮濕等現象，保證水力發電機組的過水部分和水電廠房水下部分的檢修等。從排水系統的類型上劃分，具體可分為生產用水排水系統、滲透排水系統、機組檢修排水系統和廠區排水系統等。

滲透排水的特點是排水量較小，不集中且很難用計算的方法給予準確的計算。因此，在水電站都設有集水井用以集中儲存滲透水，然后用設備排至下游，但需要定時排出，通常需要采用自動控制技術。自動控制技術一般是采用電氣自動化技術，對系統進行控制。

發電機組的檢修排水的特點是排水量大，只能采用排出設備加以排除。為了加快機組的檢修速度，排水時間要很短，通常采用手動控制的方法。

3、電氣自動化在排水系統中的應用

為了提高水電站的發電效率和經濟效益，電氣自動化技術在水電站的排水系統中得到了廣泛的采用，具體包括自動化監測技術和自動化控制技術等。

其中，自動化監測技術即為采用電氣自動化技術對水位進行自動監測，一旦發現水位異常，及時報警并采用合理有效的技術措施進行相應的處理，從而保證水電發電機組的安全可靠運行。自動化監測技術需要采用較為先進的傳感器技術，為自動判斷提供準確的數據來源。

為了對排水系統進行自動控制，需對排水量進行計算。另外，需排除的積存水容積的計算公式如式（1）所示。

式中：為壓力水管積存水容積；為蝸殼積存水容積嗎，單位為立方米；為尾水管積存水容積，單位也為立方米。其中，可按壓力水管的結構尺寸和布置情況及下游水位進行計算，和的相關計算參考水電站機電設計的相關手冊。

計算出相關的排水量之后，就可采用電氣自動化技術對水電站的排水系統進行有效的實際控制。電氣自動化技術一般是采用PID控制或者PLC自動化技術。PLC技術能夠通過內部編寫的程序實現對電氣設備的自動控制，并對設備的運行狀態進行相應的調整。

自動控制技術一般采用負反饋方式，即將輸出端的物理量傳遞到輸入端，之后與輸入端一起進行綜合決策，直到輸出結果符合預設目標的要求，常可求解出相應的傳遞函數。對于電氣自動化技術在排水系統中的應用，可將水電站的實際水位數值通過傳感器采集到自動控制裝置中，經過綜合判斷，從而調節水電站排水系統的輸出，保證水電站排水系統的正常運行。

4、結論

本文首先介紹了水電站的發電原理，并詳細介紹了水電站中的排水系統及排水系統的分類。之后，介紹了電氣自動化技術在水電站排水系統中的應用情況及其工作原理，重點介紹了PID控制技術和PLC自動化技術。本文所述的電氣自動化技術在水電站排水系統中的應用，對保障水電站的安全可靠運行具有重要的工程價值。

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