電氣自動(dòng)化在水利水電工程中的應(yīng)用

甘肅甘蘭水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 薛祥斌

水利水電工程作為國家發(fā)展的重要內(nèi)容，有著較高的實(shí)用價(jià)值，通過人飲、灌溉等推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并獲得相應(yīng)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益[1]。因此，水利水電工程更加重視對(duì)高效、穩(wěn)定運(yùn)行的不斷追求。在自動(dòng)化技術(shù)蓬勃發(fā)現(xiàn)的當(dāng)下，通過對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，可以更好地滿足水利水電工程發(fā)展的實(shí)際需求[2]。通過與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)等的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利水電工程運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制，以增強(qiáng)水利水電工程自身的工作效率以及安全性。因此，在水利水電工程運(yùn)行過程中，相關(guān)人員應(yīng)重視對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的深入探究，在充分發(fā)揮其功能的同時(shí)，為我國水利系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)及其特點(diǎn)

1.1 概念闡述

自動(dòng)化就是在無人直接參與狀況下，運(yùn)用控制裝置對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行有效操縱，讓控制量變?yōu)榻o定值或者是給定信號(hào)的過程。而電氣自動(dòng)化就是由電子信息、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)以及電氣設(shè)備結(jié)合形成的一種體系。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括智能監(jiān)測(cè)裝置、設(shè)備分層系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、可編程序控制器（PLC）等。作為開源系統(tǒng)，能夠依據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)功能實(shí)施修改，并可以實(shí)時(shí)對(duì)功能之間存在的差異性進(jìn)行監(jiān)控，以增強(qiáng)監(jiān)測(cè)方式的靈活性與分散性，同時(shí)還能夠增強(qiáng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)自身的安全性以及可靠性。通過對(duì)多部設(shè)備的配備，對(duì)人機(jī)交互的不斷優(yōu)化，可以更加全面、有效地掌握系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況[3]。

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)整體均是運(yùn)用以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)不同智能裝置、控制站進(jìn)行連接，并依照一定的分層順序進(jìn)行分布，不僅可以使系統(tǒng)功能得到有效拓展，還能夠依據(jù)功能差異，落實(shí)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的針對(duì)性監(jiān)控[4]。在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的當(dāng)下，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并產(chǎn)生了重要影響。所以在水利水電工程建設(shè)、運(yùn)行過程中，也逐步發(fā)展得到了新的自動(dòng)化模式，實(shí)現(xiàn)了智能化控制。

1.2 特點(diǎn)分析

電氣自動(dòng)化水平的不斷提升，不僅降低了人力物力的耗費(fèi)，而且實(shí)現(xiàn)了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等集一體的發(fā)展，科技的進(jìn)步使得電氣自動(dòng)化面臨的挑戰(zhàn)越來越大，重要性也不言而喻，其有效滲透到人們的日常生產(chǎn)和生活中，如公交、地鐵、工廠生產(chǎn)線等。尤其是在水利水電工程中，通過對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)自身便捷性、高效性、廣泛性優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮，提升了效益節(jié)約了成本，推動(dòng)了社會(huì)等多方面的迅速持續(xù)發(fā)展[5]。

2 電氣自動(dòng)化的作用

2.1 促進(jìn)生產(chǎn)

在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代，電子技術(shù)、微電子技術(shù)得到了明顯提升，而先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用范圍較為廣泛。將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到水利水電工程中，可以提升工程自身生產(chǎn)與運(yùn)行的自動(dòng)化水平。在供水工程中，電氣自動(dòng)化技術(shù)作為水泵機(jī)組的重要樞紐，通過對(duì)計(jì)算公式的有效模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利水電工程的有效監(jiān)控，進(jìn)而為水泵機(jī)組和相關(guān)部件的良好運(yùn)行提供可靠保障。當(dāng)檢測(cè)到水泵機(jī)組出現(xiàn)相應(yīng)故障隱患時(shí)，會(huì)發(fā)出經(jīng)濟(jì)報(bào)警信號(hào)，以提升檢修工人人員的工作效率，顯著提升水泵機(jī)組運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。在水利水電工程中，所運(yùn)用的水泵機(jī)組十分多樣，需要以水利水電工程規(guī)模為依據(jù)進(jìn)行選擇，設(shè)備自身性能對(duì)水利水電工程的自動(dòng)化運(yùn)行有著決定性作用[6]。

2.2 增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可提升工程運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益。第一，有效運(yùn)用自動(dòng)化系統(tǒng)能夠提升水利水電工程的運(yùn)行效率，保證電能質(zhì)量，并且還能夠減少工作人員自身工作量，避免其出現(xiàn)疲勞工作的問題，同時(shí)還能夠使工作環(huán)境以及條件得到完善與優(yōu)化，保證電源的有效性。第二，通過對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的有效應(yīng)用，可以通過計(jì)算機(jī)、監(jiān)測(cè)技術(shù)有效檢查實(shí)際運(yùn)行情況，盡可能消除相關(guān)的安全隱患，分析實(shí)際運(yùn)營情況，在出現(xiàn)事故后可縮短維修時(shí)間，盡早恢系統(tǒng)運(yùn)營；第三，運(yùn)用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，在一定程度上可降低人力物力財(cái)力的消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，保障經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 綠色環(huán)保

在傳統(tǒng)的水利水電工程運(yùn)行過程中，通常由人力完成各種操作，時(shí)常會(huì)因?yàn)楣ぷ魅藛T自身的疏忽或者是技術(shù)能力的不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，這樣會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，與“綠色環(huán)保”理念背道而馳。而通過對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠盡可能減少對(duì)資源的浪費(fèi)。

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)工程運(yùn)行實(shí)施有效監(jiān)測(cè)，即便沒有工作人員值班，計(jì)算機(jī)也能夠保證工程自身的穩(wěn)定、正常運(yùn)行。如果工程運(yùn)行中出現(xiàn)相應(yīng)問題，自動(dòng)化系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出技術(shù)報(bào)警，給予工作人員有效提醒，使其能夠在最短時(shí)間內(nèi)完成維修。并且還可以針對(duì)這些問題對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，既能夠幫助技術(shù)人員明確系統(tǒng)中潛在的問題，還能夠在出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)無法解決問題時(shí)，幫助技術(shù)人員制定備用方案，計(jì)量降低故障問題所造成的損失，使水利水電工程企業(yè)能夠獲得更加理想的經(jīng)濟(jì)效益。

3 水利水電工程中電氣自動(dòng)化的內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用

3.1 電氣自動(dòng)化的內(nèi)容

3.1.1 自動(dòng)檢測(cè)水利水電工程中對(duì)相關(guān)設(shè)備參數(shù)的實(shí)施檢測(cè)，可以為水電站的自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)，水利水電工程中的運(yùn)行機(jī)組及其輔助設(shè)備、公用設(shè)備、建筑物等。通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)所獲得的參數(shù)可以分為兩類，即電類與非電類，其中電類參數(shù)包括：電流、電壓、電能等；而非電類參數(shù)包括：溫度、流量等。所采用的檢測(cè)方法也是多種多樣的，如檢查、檢測(cè)、記錄等，其中對(duì)參數(shù)進(jìn)行記錄時(shí)可以是連續(xù)的，也可以是間斷的，而自動(dòng)檢測(cè)可以為電氣自動(dòng)化各項(xiàng)功能的落實(shí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，通過對(duì)自動(dòng)檢測(cè)功能的充分利用，可以對(duì)水利水電工程產(chǎn)生更加全面的了解，能夠?yàn)樗姽こ痰陌踩⒎€(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。

3.1.2 自動(dòng)操作

機(jī)組自動(dòng)操作就是在脈沖命令下實(shí)現(xiàn)機(jī)組及其附屬設(shè)備的自動(dòng)操作。而發(fā)出脈沖命令的方式包括：第一，通過中央控制室發(fā)出脈沖命令，被稱為集中控制；第二，通過機(jī)旁盤發(fā)出脈沖命令，被稱為地控制。水利水電工程中的公用設(shè)備有空氣壓縮系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等，電氣自動(dòng)化能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)公用設(shè)備的自動(dòng)操作。同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、設(shè)備開關(guān)的自動(dòng)化操作。

3.1.3 自動(dòng)保護(hù)

首先，警報(bào)動(dòng)作。在機(jī)組出現(xiàn)異常狀況，但不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害時(shí)。如水泵機(jī)組定子鐵心、定子繞組、冷卻器和軸承溫度過高、水泵進(jìn)出口壓力失常、水泵振動(dòng)和徑向和軸向位移偏大等，自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并控制備用機(jī)組投入運(yùn)行，這樣可以在技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)問題后，使其擁有足夠時(shí)間落實(shí)相關(guān)措施，保證對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行有效解決；其次，停機(jī)跳閘。在機(jī)組出現(xiàn)異常問題，并且會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害時(shí)。如油壓裝置自身油壓異常、軸承溫度出現(xiàn)異常升高等，自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)就會(huì)立即停機(jī)跳閘。

3.2 電氣自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.2.1 對(duì)水泵機(jī)組的控制

在水利水電工程中，水泵機(jī)組是其中重要的組成部分，其運(yùn)行效率能夠在一定程度上對(duì)工程自身價(jià)值進(jìn)行體現(xiàn)，所以在水利水電工程中對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)需要做到：第一，對(duì)水泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行明確控制，使其能夠在無人值守時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行；第二，以水泵機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行需求為依據(jù)，對(duì)水泵機(jī)組實(shí)施有效調(diào)整，確保水泵機(jī)組的位置，提升其運(yùn)行水平，使其能夠滿足實(shí)際的控制要求。充分發(fā)揮電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，以在水泵機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)有效地做出報(bào)警響應(yīng)，爭取在最短時(shí)間內(nèi)使設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行。

對(duì)水泵機(jī)組的智能化管理與控制主要包括：第一，可以對(duì)水泵機(jī)組實(shí)施智能化控制，不需要工作人員的參與；第二，可以對(duì)所收集的相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)施智能化分析，使水泵機(jī)組始終能夠在最為經(jīng)濟(jì)化的轉(zhuǎn)臺(tái)下開展工作。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)庫中的系統(tǒng)指令為依據(jù)，對(duì)水泵機(jī)組中開展工作的書目實(shí)施適當(dāng)調(diào)整。例如在出現(xiàn)故障或者是進(jìn)出口管道參數(shù)異常、進(jìn)出水池水位異常時(shí)，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)就會(huì)依照實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲得數(shù)據(jù)，對(duì)水泵機(jī)組實(shí)施智能化控制，并及時(shí)對(duì)一些機(jī)組進(jìn)行關(guān)閉。

3.2.2 照明系統(tǒng)的有效完善

在水利水電工程中照明系統(tǒng)是其中不可缺少的部分，通過對(duì)照明系統(tǒng)的不斷完善，對(duì)落實(shí)綠色環(huán)保節(jié)能目標(biāo)具有重要的意義。作為水利水電工程中較為耗能的系統(tǒng)，可以充分運(yùn)用太陽能，對(duì)所存在的能源消耗問題進(jìn)行解決，注重對(duì)潔凈能源的充分運(yùn)用，同時(shí)通過與相關(guān)電力照明設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的節(jié)約與保護(hù)。在此過程中需要根據(jù)實(shí)際的環(huán)境情況選用不同的照明設(shè)備，例如室內(nèi)可以運(yùn)用熒光燈；而在空間比較大、視野比較廣的地方，可以應(yīng)用無極熒光燈；在技術(shù)車間中，因?yàn)閷?duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)方面均有著較高要求，就需要應(yīng)用高壓鈉燈，等等。通過對(duì)不同設(shè)備光源的應(yīng)用，推動(dòng)水利水電工程的持續(xù)、良好發(fā)展。

3.2.3 對(duì)重要設(shè)備的智能控制

通過對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重要設(shè)施以及設(shè)備的智能控制，而重要設(shè)備包括：各種油泵、空壓機(jī)、水泵等。在相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)故障問題后，自動(dòng)化系統(tǒng)能控制其他輔助設(shè)備迅速進(jìn)入緊急運(yùn)行狀態(tài)，以確保水利水電工程的穩(wěn)定、正常運(yùn)行。對(duì)重要的電氣設(shè)備而言，如變壓器、數(shù)段線路等，電氣自動(dòng)化能夠?qū)ζ鋵?shí)施有效檢測(cè)與保護(hù)；對(duì)水利水電工程建筑物所具備的實(shí)際運(yùn)用狀況實(shí)施全面監(jiān)控，對(duì)水位高度進(jìn)行科學(xué)控制，對(duì)飲水壓力管實(shí)施有效保護(hù)。

3.2.4 PLC 在閥門中的運(yùn)用

在水利水電工程運(yùn)行過程中，會(huì)對(duì)各類閥門進(jìn)行自動(dòng)控制，使其既能實(shí)現(xiàn)就地控制又能遠(yuǎn)方控制的基本需求，并能與水泵機(jī)組自動(dòng)控制聯(lián)動(dòng)。如果需要開啟閥門時(shí)，需要通過PLC 判斷水泵機(jī)組事故停機(jī)元件未動(dòng)作，且導(dǎo)水葉處在全關(guān)位置。此時(shí)運(yùn)用PLC 判定可以動(dòng)作后，應(yīng)自動(dòng)運(yùn)行開閥流程，自動(dòng)開啟壓力油源。拔出鎖定、打開旁通閥并對(duì)閥門前后進(jìn)行平壓。當(dāng)閥門前后水壓平衡后，即可開啟啟閉閥門的電磁配壓閥；如果需要關(guān)閉閥門時(shí)，需要通過PLC 啟動(dòng)關(guān)閥流程，自動(dòng)開啟壓力油源，拔出鎖定，打開旁通閥，關(guān)閉啟閉閥門的電磁配壓閥。PLC 的應(yīng)用如圖1所示。

圖1 PLC 的應(yīng)用

4 結(jié)語

水利水電工程是一項(xiàng)關(guān)乎國計(jì)民生的重要工程，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的良好、長遠(yuǎn)發(fā)展有著重要影響。而在科技水平不斷提升的時(shí)代，電氣自動(dòng)化技術(shù)在水利水電工程中得到廣泛應(yīng)用，以提升工作效率，降低投入成本，使水利水電工程企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。在新時(shí)代不斷發(fā)展背景下，人們對(duì)水利的依賴性不斷增多，為了使水利系統(tǒng)的運(yùn)行得到不斷強(qiáng)化，提升泵站運(yùn)行的穩(wěn)定性，就需要重視水利水電工程自動(dòng)化、智能化管控水平的提升。雖然電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用獲得了一定成績，但相關(guān)人員需要重視對(duì)其中存在問題的深入研究，借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，使電氣自動(dòng)化技術(shù)得到不斷完善。這樣可以增強(qiáng)水利系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，降低對(duì)人們生活產(chǎn)生的不良影響，提升人們的生活質(zhì)量與品質(zhì)。