淺談自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用

張 羽

（濟(jì)寧市水利工程施工公司，山東 濟(jì)寧 272000）

就現(xiàn)階段自動(dòng)化技術(shù)在水電站項(xiàng)目中的應(yīng)用情況來(lái)看，最常用且成熟的技術(shù)主要包括數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)與PLC自動(dòng)化技術(shù)。上述兩種技術(shù)均可以體現(xiàn)出水電站的現(xiàn)代化水平，在推動(dòng)水電站自動(dòng)化發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。因此，進(jìn)一步明確和掌握自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用要點(diǎn)尤為必要。

1 自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

自動(dòng)化技術(shù)可以對(duì)水電站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)控，是水電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要的技術(shù)。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于水電站中，一方面可以對(duì)各種設(shè)備裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，防止運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)隱患。另一方面，通過(guò)自動(dòng)化裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站系統(tǒng)和設(shè)備的操作與控制，可以減少工作人員操作失誤情況的發(fā)生，從而提高操作準(zhǔn)確性；②自動(dòng)化技術(shù)可以根據(jù)系統(tǒng)分配給水電站的負(fù)荷及運(yùn)行需求合理選擇開機(jī)臺(tái)數(shù)，確保機(jī)組可以高效率運(yùn)行，從而獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在水電站監(jiān)控中可以即時(shí)對(duì)水路的綜合水位、流量及機(jī)組參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繼而制定具體的工作方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化操作；③電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率和有功功率可以直接影響和決定電壓與頻率的穩(wěn)定性。要想確保系統(tǒng)電壓和頻率處于穩(wěn)定狀態(tài)，就必須即時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)組的有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。但無(wú)論是精度方面還是速度方面，人工操作均存在較大的局限性[1]；④自動(dòng)化技術(shù)可以很大程度上替代人力，很多工作均可以由自動(dòng)裝置按照一定的既定程序來(lái)完成，比如借助計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站運(yùn)行狀態(tài)的巡回檢查與電能記錄，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，運(yùn)行效率和質(zhì)量大大提升。

2 水電站中常用的自動(dòng)化技術(shù)

圖1 數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)在水電站中的運(yùn)行原理示意圖

數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)借助計(jì)算機(jī)終端開展工作，同時(shí)應(yīng)用以太網(wǎng)和繼電保護(hù)器的PLC編程，繼而對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送和接收，可以對(duì)水電站生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行全天候、全方位的監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理與精細(xì)化管理。這一過(guò)程不僅可以提升設(shè)備運(yùn)行效率，還可以保證整個(gè)水電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性。圖1為數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)在水電站中的運(yùn)行原理。

PLC自動(dòng)化技術(shù)具有很強(qiáng)的邏輯運(yùn)算能力，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序(步進(jìn))等各種邏輯控制方式。將PLC自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于水電站現(xiàn)場(chǎng)控制中，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。更為重要的一點(diǎn)是，PLC自動(dòng)化技術(shù)可以與計(jì)算機(jī)或觸摸屏相連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。近年來(lái)隨著PLC自動(dòng)化技術(shù)的更新與發(fā)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了診斷式監(jiān)控，有效減少系統(tǒng)故障的發(fā)生，提高了系統(tǒng)的可靠性。其優(yōu)勢(shì)在于可以幫助工作人員對(duì)水電站運(yùn)行系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，減少運(yùn)行過(guò)程中所受到的干擾。

3 PLC自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目案例

某市水電站共有16個(gè)集水水泵站，分三個(gè)區(qū)域。其中，大江段的集水水泵站為6個(gè)，二江段的集水水泵站為8個(gè)，三江段的集水水泵站為2個(gè)。目前所配備的10臺(tái)深井水泵電力均為37 kW，9臺(tái)離心泵的電力均為22 kW，11臺(tái)潛水泵的電力均為22 kW。水電站自動(dòng)化系統(tǒng)主要由上機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、下位機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及通信線路等組成。

3.2 單個(gè)泵站控制系統(tǒng)

供電系統(tǒng)的可靠性與連續(xù)性是需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。鑒于本項(xiàng)目特殊的供電需求，經(jīng)研究決定供電系統(tǒng)采用雙電源。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)泵站內(nèi)機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制，特采用分布式控制方法，實(shí)現(xiàn)光纖通信，使得每個(gè)泵站均可以獨(dú)立成一個(gè)控制系統(tǒng)。除此之外，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，每一個(gè)泵站均設(shè)置了監(jiān)控計(jì)算機(jī)、配電柜、電動(dòng)機(jī)、水位傳感器及熱導(dǎo)流量開關(guān)，且配電柜內(nèi)還設(shè)有防雷裝置、斷路器及PLC等。圖2為各個(gè)控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸方式。

從圖2可以看出，當(dāng)水泵抽水時(shí)，傳感器可對(duì)水位信號(hào)、電流信號(hào)加以收集，并通過(guò)繼電器、變送器及互感器等傳送至PLC系統(tǒng)中。而PLC系統(tǒng)可以將設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，通信模塊與以太網(wǎng)能夠?qū)⒍喾N信息傳輸至監(jiān)控計(jì)算機(jī)中。當(dāng)集水井水位上升至水泵的自動(dòng)停水位置時(shí)，PLC系統(tǒng)可以接收到來(lái)自傳感器的控制信號(hào)，繼而對(duì)繼電器進(jìn)行保護(hù)，管理水泵運(yùn)行。

圖2 各個(gè)控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸方式示意圖

3.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目所使用的PLC控制系統(tǒng)軟件主要有兩種，即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理軟件和可編程序控制器PLC實(shí)時(shí)測(cè)控軟件，編程軟件采用STEP7。系統(tǒng)軟件的三大組成為初始化程序、中斷功能與運(yùn)行程序。在運(yùn)行過(guò)程中，一旦集水井水位高于泵站水位的設(shè)定值，則系統(tǒng)可以在接收到控制信號(hào)后第一時(shí)間啟動(dòng)工作泵。對(duì)于1號(hào)泵和2號(hào)泵來(lái)說(shuō)，1號(hào)泵會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)水位低于預(yù)先的設(shè)定值時(shí)，水泵運(yùn)行狀態(tài)會(huì)經(jīng)PLC系統(tǒng)的控制信號(hào)而停止。1號(hào)泵出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，2號(hào)泵可以在第一時(shí)間啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)集水井水位自動(dòng)化控制的目的。實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，將PLC自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于水電站運(yùn)行控制管理中，大大提升了運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，有效實(shí)現(xiàn)了水電站無(wú)人值守，管理水平得到極大的提升。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)的適用性和可靠性均得到了極大程度的提升，并廣泛應(yīng)用于水電站運(yùn)行設(shè)備控制管理中，取得了良好的成效。但需要注意的一點(diǎn)是，因?yàn)樗娬舅幁h(huán)境的不穩(wěn)定，全方位應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)還存在一定的困難，這就需要在后續(xù)進(jìn)一步加強(qiáng)自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)力度，掌握更多的新型技術(shù)，以更好滿足電力發(fā)展的需求。