電氣自動化技術在水電站中的應用分析

李 偉

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川眉山 620860）

0 引言

電氣自動化技術極大提高了設備的工作效率，推動了運行設備高效率高質量運行。水電站建設單位應充分重視電氣自動化技術的作用，加強電氣自動化技術的應用，為水電站系統運行提供配備符合水電站需求特點的自動化設備，并提高自動化設備管理水平。

1 電氣自動化技術在水電站中的應用價值

（1）增強水電站運行安全性和經濟性。保障電能的有效輸出是水電站運行的主要任務，電氣自動化技術的運用，借助計算機程序可以實時地監控掌握水電站的各系統運行情況，獲取實時運行數據，提高監測的質量和速度，能夠保證水電站運行的安全可靠。同時，可以有效地預判及發現運行設備出現的故障，最大限度減少設備損害成本，從而提高水電站運行的經濟效益。提高水資源的綜合利用效率，還具備防洪、灌溉及保護水電站周圍生態環境的功能。

（2）優化資源配置。通過電氣自動化技術，各型水電站都可以做到無人值班、少人值守的管理模式，減少管理人員，最大限度的優化資源。

（3）保障電能質量。利用自動化技術控制電能轉化和傳輸的過程，穩定水電站系統的運行電壓和工作頻率，確保電能的質量安全。

2 電氣自動化技術在水電站中的具體應用

2.1 數字化監測技術

數字化監測技術是通過有機整合網絡技術、計算機技術、多媒體技術及自動控制技術等，針對某些區域發揮監測控制功能。水電站應用數字化監測技術時，借助繼電器中的PLC 編程運行，以計算機技術為依托，使水電站各個環節的運行都能夠通過編程節點完成信息數據的發送和接收工作，可用于水電站重點區域的監測工作。

通過利用數字化監測技術，可以對水電站內的運行情況，進行全方位的動態監控和管理。且監測信息數據可實現共享，提供給水電站內有需要的工作人員。操作人員可通過計算機系統輸入所需查找的信息，即可快速準確地顯示出來，使其能夠有針對性地開展水電站內的設備管理工作。數字化監測技術的應用，提高了水電站的工作效率，大大地縮減了水電站的管理成本，增強了水電站設備運行的安全穩定性，推動水電站管理工作朝著精細化、高質量化的方向發展。

2.2 PLC 自動化技術

在計算機系統的可編制存儲器中，水電站運行系統的各個設備根據確定的操作流程、運行頻率以及計算模式，搭建其系統設備的運行參數，以圖表、圖像的形式將系統運行設備的各項參數呈現出現。這個過程就是PLC 技術在水電站中的工作原理。

PLC 技術是構建水電站電氣自動化系統的重要組成部分，在各控制系統都會配置。在水電站水輪發電機機組部分的就是LCU 現地控制部分，利用自身配置的PLC，接收各個系統現地安裝的自動化元件上送的電信號，如在油、水、氣管部等部位安裝的壓力變送器、壓力開關、電動閥、電磁閥、液位開關、液位變送器、測溫電阻等，再通過各種轉換模板數據換算，實現在LCU 電腦主機屏幕上直觀的顯示壓力值、液位高度、溫度值等模擬量，以及各種開關量節點，且每個信號值的來源都正確可查，具體到接線端子號、電纜芯線號。如果出現數值異常，可以在第一時間找到問題所在。所有數據信息通過光纖上送到中控室及集控中心，實現遠程監控。

LCU 現地控制操作簡單、功能強大，電腦界面可根據系統圖繪制，各種開關、閥門等都可以形象的表達出來（圖1），大大提高了水電站電氣自動化系統運行的安全穩定，工作人員可以依據顯示的圖像對水電站系統運行情況進行判斷，保證機組的穩定運行。

圖1 水電站LCU 溫度值界面

2.3 機組在線監測技術

機組在線監測系統主要是用來監測機組的運行工況，包括各部位振動、擺度及位移等。系統主要包括在線監測主機和現地自動化元件，現地自動化元件主要包括：振動傳感器、氣隙傳感器、接近探頭、鍵相傳感器等。其中：①通過在發電機定子鐵芯表面圓周方向均勻布置氣隙傳感器，可能實時監測定轉子空氣間隙；②在定子基座上圓周方向均勻布置振動傳感器，可以實時采集振動數據，通過計算，可以模擬定子圓度；③通過在機組3 部軸承位置分別安裝接近探頭，采集機組在轉機過程中3 部軸承的擺度數據，通過計算可以得出機組3 部軸承的同心度等實時數據，實時監控機組運行工況，通過調取歷史數據觀察機組運行趨勢，預判各種不安全狀態。

在線監測技術的檢測精度高、檢測結果可靠性強。檢測得出的各項數據可以通過PLC 傳送到水電站的主要操作系統平臺上，數據信息傳輸根據其編程設置情況以圖像或者數字形式展現出來，工作人員即可根據獲得數據進行分析處理，得出運行設備的情況。

3 水電站電氣自動化應用存在的問題

3.1 電氣自動化程度不足

目前電氣自動化技術已經廣泛應用到水電站運行過程中，但是總體自動化程度不高，沒有充分發揮出電氣自動化技術的應有作用。很多水電站建設時間比較早，內部自動化系統建設不健全，設備配備不足，后續的更新與調整工作也沒有做到位，自動化程度偏低，難以滿足需求。還存在電氣自動化系統設計考慮不全面的問題。在更換水電站電氣設備時沒有考慮到新舊設備的兼容性問題，導致自動化水平下降，新的水電站控制系統功能發揮不出來，甚至還會引起系統運行故障。

3.2 自動化管理水平不足

在水電站運行過程中，電氣自動化技術的應用價值高，大多數水電站都會利用它監測和處理運行設備。但水電站管理人員的素質能力不高，缺乏管理意識，沒有系統地學習和掌握電氣自動化技術的操作應用技能，自身認知力不足，難以掌握計算機控制系統，不能開展有效的水電站運行設備數據處理工作。設備維修人員不能根據自動化監測系統給出的數據分析故障原因，及時地采取搶救措施，影響水電站電氣系統的平穩運行。水電站的整體的自動化管理水平低，大大降低了電氣自動化系統的運行效果。

3.3 自動化元件可靠性不足

實現水電站控制運行自動化，都是通過現地自動化元件采集信號傳輸至集中控制系統，但是很多關鍵信號可靠性不足，直接影響機組的安全運行，如水電站中主軸密封水流量中斷信號直接參與停機流程。5 個水電站都出現過受密封水壓力、流態等影響，瞬間出現中斷信號，致使機組非正常停機，造成損失。此外燈泡貫流式機組中軸承油系統高低位油箱油位過低信號，也直接參與事故停機流程，3 個燈泡貫流式項目（多布水電站30 MW、沙坪二級水電站58 MW、犍為航電樞紐55.6 MW）都曾出現過誤動造成事故停機。信號是通過采集磁翻板液位開關量的狀態，在施工期間受開關磁性影響，很容易受外圍金屬意外靠近等出現誤動，造成事故停機。

4 提高水電站電氣自動化水平的建議

4.1 優化水電站電氣自動化運行

為提高水電站電氣自動化水平，設計人員應從水電站的各項系統和運行設備出發，綜合考慮，優化水電站電氣自動化運行。

（1）提高發電機組的自動化水平。發電機組是水電站的動力系統，根據水電站的實際情況，優化發電機組的結構，配置符合水電站運行的電氣自動化設備，保證發電機組具備良好的運行性能。

（2）完善水電站電氣自動化控制體系。綜合分析水電站的控制系統布局，通過計算機設備與網絡系統，實現對各項信息數據的收集，形成完善的水電站計算機控制系統，可實時動態地對水電站運行設備進行監控。

（3）提高水電站電氣自動化設備的配置水平。水電站可以根據自身的資金預算情況，注意考慮所選設備的兼容性問題，盡量采用成熟可靠的自動化元件，提高自動化可靠性。

4.2 增強人員自動化管理水平

為提高水電站電氣自動化系統的運行效果，水電站建設單位應注重電氣自動化系統的管理工作，提高管理和維修人員的專業能力，加強對自動化系統的管理。

（1）提高工作人員的技能水平。水電站應加大資金投入力度，組織管理人員和維修人員進行專門的業務和技能的培訓，提高對電氣自動化設備的運行操作原理和具體實踐操作的認知水平，豐富電氣自動化系統知識，提高實際操作能力，為電氣自動化系統的運行奠定人才基礎。

（2）完善電氣自動化系統管理制度。通過分析研究水電站內的自動化系統的分布和構成情況，明確管理人員的崗位職責，科學合理地劃分管理人員的任務，形成規范化的電氣系統管理程序，提高水電站的管理質量。實現水電站電氣自動化系統的平穩運行。

5 結束語

隨著科技的發展，電氣自動化技術在不斷地改進，自動化設備的應用范圍也在不斷地擴大。電氣自動化技術的發展大大提高了設備的工作效率，推動運行設備的高質量運行。水電站建設單位應充分重視電氣自動化技術的作用，加強電氣自動化技術的應用，為水電站系統運行提供配備合適的自動化設備，提高水電站的電氣自動化管理水平，推動水電站的運行穩定健康發展。