電氣自動化在水電站中的應用

肖鵬

摘要：電氣設備自動化制造程度提高是我國水力發電廠現代化的重要歷史標志之一，同時電氣自動化制造技術也也是保證水力發電廠安全生產經濟運行不可或缺的重要技術手段。本文主要重點介紹了水電站工程自動化的主要目的和具體內容以及水利電氣工程自動化相關技術的未來發展，闡述了水利電氣工程自動化相關技術在我國水利水電工程建設中的應用重要性。

關鍵詞：電氣自動化;水電站;應用

引言

近年來，隨著我國電子技術的不斷發展，水力發電廠自動化技術的迅猛發展，各種新型自動化裝置不斷推出，水力發電廠的自動化水平有了很大的提高。水電站系統運行設備自動化的最大一個優點是它大大提高了水電站設備運行的安全性和可靠性、運行過程中的成本經濟性、電能綜合利用后的質量、勞動生產率的大大提高和農村居民日常勞動生活條件的大大明顯改善。

一、水電站概述

水力能源發電電能是廣泛指水力利用不同水流的運動勢能強度差異所產生的大量電能。其工作原理主要是將大量水能將其轉化轉變為其他機械性電能，然后再將其轉化轉變為其他電能。畸變使發電機旋轉，將機械能轉換回電能，電流可通過升壓變壓器和配電輸電線路輸送到負載中間接受電能。水量和水頭是構成水力發電的條件因素。

二、分析水電站自動化的內容

1.完成對水輪發電機組運行方式的自動控制

一方面基本實現了電機起動運停自動并聯、發電自動調相和火力調相并聯輸電的全程自動化，使上述各項操作按用戶設定的操作程序自動運行完成，另一方面又使水車發電廠各機組按自動程序維護可使系統合理經濟運行根據水車發電廠的實際要求和用戶具體情況，自動選擇最佳運行臺數，實現機組間的經濟負荷分配，并根據機組的無功功率自動調整活動系統負載的變化。另外，當工作部分發生事故或電網頻率降低時，可自動啟動并切換到備用部分，如果電網頻率過高，可能會自動切斷部分機組離開。

2.完成對水輪發電機組及其輔助設備運行工況的監視

發電機定子及轉子鐵芯回路負載電量變化監測，定子鐵芯繞組傳動軸承及定子鐵芯及配套發動機各種零部件回路溫度變化監測，機組內部潤滑油及冷卻系統溫度監測，機組調速系統監測。在異常工作環境或事故的情況下。快速自動地發送信號或采取適當的保護措施，例如緊急停止。

3.完成對輔助設備的自動控制

包括控制各種油泵、水泵、空氣壓縮機等，一旦發生事故，輔助設備自動切換到待機狀態。

三、水電站自動化系統設計的特點

結構簡單、功能強大：一臺機組配置一面控制保護屏，即可完成機組數據（交流量、開關量、溫度）監視、機組順控、低壓斷路器、自動準同期、微機保護、微機勵磁及計量等功能。

高集成性、穩定可靠：將一次和二次設備集成在一面屏內，簡化了一二次設備的設計工作，減少了設備的接口環節，提高了可靠性;

操作簡單、使用方便：產品按照“無人值班”運行要求設計，自動化程度高，日常機組控制可實現現地“一按開停機”完成機組并網，也支持遠程的“一鍵開停機”完成并網。

施工簡單、維護方便：減少了電纜進出線，節約了電纜和電纜敷設工作，現場維護方便。

該產品與低壓機組調速裝置配合使用，使低壓機組水電站真正實現無人值班。

四、設備選型及自動化設計

1.PLC在軸流槳式水輪機調速器中的應用

軸流式槳葉渦輪機廣泛用于中低水頭發電廠。由于渦輪葉片可以根據水量與導葉配合，可以通過增加增壓渦輪的雙啟動頭適用范圍，為大型電廠建設創造更多的社會經濟效益。水輪發電機組德國制造商為其設計制造的新型渦輪機機組提供了衡量一組不同葉片揚程的每個導葉葉片開度和不同葉片縱向旋轉轉動角度的橫向關聯系數曲線。調壓器制造商根據此曲線在調速器中設置導葉和葉片。關聯關系。但由于電廠實際運行時汽輪機揚程變化，上下游水位變化與廠家提供的參數相差很大，設備運行性能不佳，無法達到最佳狀態。到相關曲線。因此，該類設備的調速器必須采用PLC的調速器，可以改變程序。在裝置調試和后續運行過程中，可以獲得不同揚程、上下游水位、手動耦合導葉和葉片的最佳接合曲線，然后修改并輸入原始耦合曲線。

2.PLC在調節水庫式電站調速器中的應用

蓄水電廠的運行水頭變化很大。這類電廠的調速器和起動機開度通常是按汽輪機的設計揚程設計的，但當汽輪機揚程降低時，汽輪機低揚程運行時，電液調節器往往不能使裝置起作用。當達到額定轉速（自動狀態）時，往往需要更換芯片來增加調節器的啟動開度。或者，將電阻與開路指示器串聯，以便穩壓器輸出值和開路指示器在啟動組之間產生差異。當發電廠的水頭小于設計水頭時，應更換芯片或去掉串聯電阻，防止設備啟動過快，開放性好。

五、水電站電氣自動化技術的發展

1.系統構成

主控控制單元主要采用智能計算機、可編輯的程序控制器（plc）或其他智能i/o、微機作為繼電保護和開關專用化的智能自動測控控制單元，通過國際標準以太網與各本地檢測控制站、智能單元等連接。它們通過現場總線有機連接，形成一個基于功能分工的分層分布式綜合監控系統。

2.系統的主要特點

（1）開放的系統結構，層次清晰，可擴展性好。（2）分層分布式系統，可根據監控目標和功能進行配置，優秀的分布性、開放性和靈活性。（3）可靠性高。（4）靈活的配置界面，強大的人機界面功能和友好的界面，易于掌握，設計、調試和現場運行方便。

3.系統主要功能

（1）電站設備自動監測記錄：包括開關信息監測、模擬量信息監測、故障/事故等鬧鐘。記錄顯示、記錄顯示SOE點數。（2）實現電廠自動化控制：根據電廠自身的具體情況，包括上級調度要求和自動化，對電廠設備進行操作或調整;裝置啟停及并機運行及工況自動轉換、裝置有功和無功負載自動調節、發電自動控制AGC、電壓自動控制AVC、斷路器動作等（3）市電保護及監控發電機、主變壓器、線路設備及輔助設備等或設定值，所有報表可自動打印或調用，對操作人員進行模擬培訓等。（5）系統通訊：高層調度、水基計量報告系統、辦公自動化網絡和其他計算機系統與實現信息資源共享，充分發揮整個系統的綜合效益。

結束語

水電站全部采用電力自動化發電系統后，不僅不但可以有效提高水電站運行的社會經濟效益和運行可靠性，保證全站電能利用質量。由于系統“五遙”的實現，電站運行能及時掌握前池水位變化，避免了因水頭高，運行人員觀察不便而造成水位過高浪費水資源;避免了因維護的疏忽而造成常規保護系統故障不能及時發現釀成設備事故;避免了系統事故跳閘運行人員操作延誤造成機組飛車事故等，從而大大提高了電站運行的安全性和可靠性。此外，由于自動化程度的提高，電站能及時響應電網的要求，快速并網升荷，滿足電網需要和電力用戶的需求，為當地經濟的發展作出了更大貢獻。水電站建設電氣工程綜合施工自動化管理系統與一個水電站的質量生產和經濟效益密切息息相關，隨著現代國家推進能源產業結構調整和促進水資源合理開發綜合利用的不斷增加，水電站施工綜合電氣自動化管理系統已應用成為廣泛。在越來越多的大型節水建筑工程中廣泛使用，發揮更大的節水作用。

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