水電站電氣工程自動化技術及其應用

胡可心 章珈寧

[摘? ? 要]隨著我國電氣工程產業不斷提升，將水利工程同自動化設計進行聯結，推動電氣工程不斷發展。同時，依托互聯網平臺，將電氣工程同水利工程連接在一起，不斷促進電氣工程自動化的發展，推動產業智能化。為進一步分析電氣自動化技術在水電站中的應用效果，文章從理論角度分析，對水電站電氣自動化的基本要素加以研究，對其運用方式展開論述。

[關鍵詞]水電站;電氣工程自動化;應用

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–00–02

Automation Technology and Its Application in Electrical

Engineering of Hydropower Station

Hu Ke-xin，Zhang Jia-ning

[Abstract]China's electrical engineering industry continues to improve， connecting hydraulic engineering with automatic design， and promoting the continuous development of electrical engineering. At the same time， relying on the Internet platform， connect electrical engineering with hydraulic engineering， constantly promote the development of electrical engineering automation and promote industrial intelligence. In order to further analyze the application effect of electrical automation technology in hydropower station， this paper studies the basic elements of electrical automation in hydropower station from a theoretical point of view， and discusses its application mode.

[Keywords]hydropower station; electrical engineering automation; application

1 電氣工程自動化技術對水電站的重要性

提升運行穩定性。水電站需要向外界穩定的輸出電能，這就要求水電站的各項設備不能出現故障。自動化技術的一個優點是24 h全天候監控，一旦某一個設備表現出和平常不一樣的舉動，比如突然加速、表面冒煙等，那么電氣自動化設備會自動對異常情況拍照、錄像，上傳到指揮中心，同時拉響警號進行預警。

保證電能的質量。衡量電能質量的三要素是電壓、頻率和波形，其中電壓和頻率分別與無功功率和有功功率有關。

系統無功功率充分，電壓水平就較高，系統無功功率缺乏時，電壓水平就較低。系統中無功電源與電壓調節設備包括同步發電機、輸電線路、并聯電抗器、并聯電容器、同步調相機、變壓器、靜止補償器7種，其中同步發電機是系統中最重要的無功補償源。因此，發電機通過裝設自動勵磁調節裝置（AER）保證機端電壓水平。

系統負荷隨時會增加或減少，系統有功功率必須隨時處平衡狀態，以保證系統頻率在合格的范圍內。發電機組可以通過調節轉速來控制發出的有功，系統負荷增加時，發電機組轉速下降，此時需增加發電機實發功率與系統功率變化量相等，系統負荷減少時，發電機組轉速上升，需減少發電機實發功率與系統功率變化量相等。因此，發電機通過裝設功頻電調系統保證系統頻率在允許范圍內波動。

提升運行經濟性。水電站發電機在調整出力保證電能質量的同時，應使電網處在最經濟的運行狀態，從而輸送更多高質量電能。若僅憑借人工管理操作則有可能會存在問題和失誤，電氣自動化技術的應用能夠很好的彌補這一缺陷，提升水電站運行經濟性。提高生產效率。國家會將水電站建在偏僻、無人煙的地方，這些地方的工作條件比較差。利用電氣自動化技術人員只需呆在辦公室對設備進行監控即可，參數也可直接在電腦上修改，既減輕工作量，又提高工作效率，一舉兩得。

2 水電站中電氣自動化技術的基本要素

自動監測和調控水輪發電機組的工作流程。自從我國經濟改革之后，有很多領域發生了巨大的改變，并且科學技術的發展也突飛勐進，計算機的網絡技術發展是人們不可預測的，電氣自動化技術也得到了很大的發展。水電站電氣自動化可以監測和調控水輪發展機組的工作流程，在這一流程中最大限度是憑借發電機組的監控系統來完成的，監控系統的使用是在先進的通訊技術的支撐下來運行的，然后通訊技術在把所有的信息傳輸到電腦，電腦在根據以有的標準進行分析處理，最后通過一個設備把所有的工作命令傳輸到控制系統，使水輪發電機組進行正常的運行。國家為了更好地對水電站進行控制，大部分都是借助了先進的信息技術，這樣就可以對先進的信息技術進行控制。

自動監測和調控水輪發電機組設備。檢測內容有兩個：①整個設備的運轉情況;②發電組中每一個部件的先后工作次序。目的是及時地發現設備運轉中出現的錯誤，包括設備運轉突然停止、部件工作次序混亂等。發現錯誤后立即紅燈閃爍預警，并同步上傳指揮中心，嚴重時還會立即停止設備的運轉。除了監控之外，還需要對水電站中所有的設備進行嚴加看護，否則出現被偷的現象。從某種程度來說，完善的自動監測系統可以保證水電站的安全、可靠。如果自動監控系統信息數據錯誤的傳輸到水電站中，水電站那面的系統會發出一定的指令，需要工作人員第一時間去停止設備的運行，然后在找出問題發生的原因。通過自動監測功能，能夠自動地進行水利工程方面的電氣管理。將設備運轉當中出現的相應故障，以智能化的方式提醒工作人員，以及時解決相應問題，避免造成后續電氣方面出現更嚴重的故障。

3 水電站應用自動化技術優化

自動化工作模塊。要想發展自動化控制、預警，建立自動化工作模塊是必須的，技術人員將監控系統同設備結合在一起，構建計算機—設備協同工作的模塊化工作體系，提升水電站的運行穩定性和水電站員工的工作效率。引進先進操作程序或自己改進舊有的，節省人力物力，減少維護資金的投入。技術人員可編程序控制器協調模塊的各個組成部分的工作，使各個部分有次序且高效的運轉，比如使用可編程序控制器調控微機繼電保護裝置、相關測控裝置，是這兩個設備在工作中配合得更好。此外，以自動化工作模塊為核心的工作體系容納性較強，不僅可以監控、控制微機繼電保護裝置，還可以控制其他的設備，甚至直接控制整個水電站的工作。利用模塊化的工作理念，以水電站指揮中心為模塊核心，科學監控各個設備的運轉情況，確保所有的設備都可以正常工作。

4 電氣自動化技術在水電站中的應用

4.1 自動監控技術

借助于自動監控技術能夠對水電站內的相關設備設施實施有效監控，現階段一般選擇集中監控、遠程監控以及總線監控3種模式。集中監控因為集中化程度高，容易對其運算速度帶來影響，導致實際監控效果有所下降。遠程監控依靠數個CPU統一運行，這一模式能夠避免某一設備發生故障后對整個系統的運行帶來影響，需要的電纜較少，成本相對較低，但因為其采取CAN總線設計，系統通信效率有所降低。總線監控即是依靠局域網、以太網以及現場總線、計算機技術來對水電站相關設備的實際運行狀況予以監控，這一監控模式的主要優勢是成本低，裝置獨立，系統可靠性較高。

4.2 電氣控制系統

水電站電氣自動化控制系統一般來說是借助于計算機對其進行控制，往往是借助于以太網和主機互聯的相關終端設備、開放式體系結構組成，同時按照監控目標保證自動控制系統的開放性和靈活性，隨后再配置相對應的子系統，為調試與運行工作的有序實施給予便利。同時，監控系統在開展數據收集分析工作的過程中，相關設備的具體運行狀況自動記錄，能夠保證水電站管控工作的時效性，能夠提供報表自動生成功能，為后續的日常維護保養工作帶來依據，確保信息資源共享目標的最終實現，進一步發揮出電氣控制系統的實效性。在電氣自動化技術的實施過程當中，不僅需要它本身進行精準有效的計算，還需要功能性完備的中央處理器對其進行統領。這電氣自動化技術具有了集中性的特點，可以使之提高效率，節約成本。電氣工程自動化的運行一部分需要人為操控，另外一部分需要計算機參與運轉。將該技術與計算機技術進行結合，不僅可以很好地降低誤差，還可以提高工程運行的效率。在水利工程實施的過程中，將電氣自動化技術應用到其中，以自計算機自身的高效率的運行速度帶動電氣工程自動化運行，不斷提升提高電氣工程的整體運行效率。

4.3 提升水輪發電機組自動控制效果

電氣自動化技術得以應用后，要保證設備開關啟閉的自動化控制，同時確保設備相關操作都可以按照事先設定好的程序來自動運行，降低整組設備在工作時出現差錯的概率。依據國家規定的發電機使用規定以及當地水電站客觀存在的短時間無法去除的一些情況，決定需要使用的發電機總量，對機組的要求是性能好、滿足發電要求。除此之外，還需要根據發電機實際運行中的負荷情況，實現有功功率和無功功率的自動調節。建立備用發電機組，一旦出現緊急情況不至于斷電。

4.4 繼電保護

繼電保護裝置其實就是就是對水電站中的所有的設備和系統都建立了繼電保護的機制，這樣在水電站中的設備出現故障時，將故障設備快速切除，其他設備繼續正常的運行，最大限度地保證了發電的可靠性。繼電保護裝置在發電機組設備運行時，對設備進行監測和控制，當設備出現故障時，繼電保護裝置發出告警信號，并根據電壓、電流、阻抗等指標判斷故障的嚴重情況，以確定是繼續運行還是切除故障設備。在整個故障的全過程中，繼電保護裝置會記錄下電量變化和開入開出接點的變位，便于后期檢修人員進行事故分析。

4.5 增強管理作業人員素質

從現階段的具體情況而言，由于水電站運行管理工作模式不合理，同時自動化技術應用的普及程度不是很高，專業性較強，因此必須要針對水電站運行管理工作人員進行培訓教育，不斷增強其專業素質能力。首先，定期組織學習交流活動，確保各個崗位的工作人員能夠相互溝通，有效交流;其次，針對新上崗工作人員必須對其實施崗前培訓，保證其能夠了解相關規章制度，評價其專業工作能力是否符合崗位需求;再次，定期組織進行專家講座活動，所有運行管理人員必須參與，讓其充分年掌握相關設備的規范操作要求和標準;最后，對管理人員進行輪換培訓，培養更多的復合型人才，進一步優化水電站運行管理工作人員隊伍結構。

5 結束語

本文將從多個方面對水電站在電氣自動化技術的應用進行分析。總而言之，隨著我國經濟的不斷發展，科技的不斷進步，水電站的運行在我國奠下了良好的基礎，并且對水電站的建立越來越受人們的關注了，因為我們可以有充足的水資源供給人們使用。水電站自動化系統的改造，可以建立在綜合化網絡管理之上，構建綜合性系統的水電站，并且要滿足單個設備使用的前提下，還可以進行遠程操控。此外，電氣自動技術的提高，不僅可以節省了大量的人力物力外，還可以提高水電站的工作效率，優化和調節各種能源的結構，促使水電站系統朝著全面優化的方面發展。電氣工程自動化技術的不斷提高，需要引進多個領域的專業知識，將各領域的相關內容不斷組合融合，切實強化電氣工程自動化技術在水利工程中的應用。切實提高電氣工程自動化技術在水利領域的優化利用，促進我國經濟發展，不斷推動我國電氣工程自動化技術在水利工程當中做出貢獻。

參考文獻

[1] 吳光順.電氣自動化在水電站中的運用[J].能源與節能，2015（12）：16-17.

[2] 徐均勝.水電站電氣自動化技術與應用[J].農村電氣化，2013（3）：55-56.

[3] 谷雷.水電站中電氣自動化技術的運用分析[J].黑龍江水利科技，2017，45（2）：140-142.

[4] 王靜.水電站電氣自動化應用實踐探究[J].現代商貿工業，2016，37（21）：225-226.