電氣自動化在水利水電工程中的應用探討

高明強

（山東大禹水務建設集團有限公司，山東 濟南 250000）

0 引 言

隨著科技的飛速發展，電力自動化已經廣泛應用于各個領域，取得了良好的成效。尤其是在水利水電工程建設中，更能體現其優越性，可以為企業創造更多的經濟利益。將電力自動化技術用于水利水電項目，既要引入信息化技術，又要保障各系統之間可以實現集成優化，如此才能使各種設備最大限度發揮作用，減少能源消耗，從而實現高度集成和高度自動化運行[1]。

1 水利水電工程中的電氣自動化系統

電氣自動化融合了當前階段的網絡信息、電子信息以及其他一系列前沿技術形式，為生產作業從傳統模式到自動化的過渡提供了重要的技術支持，并起到了提高效率和降低資源投入的作用。如今，在配套技術進一步發展的背景下，電氣自動化有了更高的應用水平，并逐漸滲透到社會生產和日常生活。水利水電工程具有施工規模大、周期長以及復雜度高等特點，在其內部引入電氣自動化技術后，可以促進工程生產力的提升，以更規范、更自動化的方式完成有關工作[2]。

隨著水利水電工程電氣自動化系統的逐漸運用，將其與計算機技術、智能測控設備的軟硬件相結合，建立一個完整的電力自動化系統，以保證項目的順利進行。電力自動化系統通過以太網、現場總線等方式與控制臺及其他相關設備連接起來，構成一個完整的體系，并形成一個協調的控制機制[3]。系統具有層次化的特點和很好的靈活性，能夠根據不同的功能需求適當擴展，提高系統的安全性和可靠性，再與先進信息技術整合，形成一個完整的安全防護體系。該系統自帶人機接口，便于使用者日常操控的順利進行[4]。

2 水利工程中應用電氣自動化系統的意義

將電氣自動化技術運用到水利水電項目，能夠實時監測其運行情況，確保整個系統和相關部件正常工作。此外，在檢測到發電機組出現故障等問題時能夠立即報警，有助于工作人員及時發現問題所在，節約檢查時間，極大地提高了維修人員的工作效率，縮短維修周期，避免因發電機出現故障造成停電現象，減少人力和物力消耗。在機組選型時，應考慮工程規模和場地設施特點[5]。

在水利水電項目工程中合理運用電氣自動化系統，不僅能夠改善其安全性能，而且能夠極大地提升員工的工作效率，提高企業的整體經濟效益。電氣自動化系統也能改善傳統的工作條件，改變原來的控制方式，從而提高生產效能。電氣自動化系統在水電建設項目中的應用能夠對電廠的運行情況進行系統性分析，確保發生故障后能夠立即找出問題的癥結所在，節省檢修時間。電氣自動化的應用既能減輕人員壓力，又能減少人力成本，提高工程質量[6]。

采用人工操控的方式不但技術落后，而且會造成水資源的大量消耗，影響發電質量。電氣自動化系統能有效解決以上問題，防止能源浪費，降低企業的生產成本。系統實現了計算機和設備的自動控制，使項目在無須值班的條件下順利運轉，減少了生產費用。利用電氣自動化技術實現了設備的自動監測，通過即時信息對設備負載情況進行監測，對發電廠的工作狀態做出反饋。當發電廠出現問題后，系統可以針對問題情況快速反饋，一旦發生重大問題，就智能開啟后備機組，以保證工作的順利完成。

3 電氣自動化在水利水電工程中的主要作用

3.1 監測水利水電工程的運行狀況

利用電氣自動化技術可以實時監控整個水利水電項目的運轉情況，一旦出現故障或安全問題，就會立刻啟動報警，并對故障類型、故障范圍以及故障產生機理進行分析，在最短的時間內進行維護。電氣自動化技術具有很高的時效性，能夠在較短的時間內進行檢修，從而避免了機組長時間的停機，減少了不必要的經濟損失，為整個水利水電工程項目的安全運行提供保障。

3.2 提質增效

建立和運作自動監控運行體系，提高整個項目的穩定性，使各種設備能夠在較好的工作環境下有效工作，同時也能使員工享有更好的工作條件，通過各種生產因素相互配合，為水利水電項目帶來較大的社會效益和經濟效益。將電氣自動化系統和現代計算機網絡技術相結合，可以對整個水利水電建設過程進行全面監控，準確評估工程的運行狀態，同時根據已有的信息對可能的情況做出快速預測，以便在源頭上解決問題。電氣自動化具有優越的工作特性，不但減少了對人力資源的使用，還能避免人力作業工作效率較低等問題。

4 電氣自動化在水利水電工程的具體應用

4.1 發電設施和配電設施的自動控制

發電設施和配電設施是水利水電項目中的關鍵設備，將電力自動化技術引入發電系統能夠顯著提升設施自動化水平。通過智能化轉調相、自動關停機以及智能操作等手段，對發電機組進行有效控制，以機器操作代替人工危險操作，實現全天候嚴密監測，促進管理工作更加便捷高效，降低人力管理成本。與此同時，自動化裝置能及時發現外界不安全因素，對企業安全管理和風險控制起著決定性作用。汛期時，后備機組能夠對流量、降水量、水位等主要參數進行實時監控，發現異常情況后及時報警并自動停電，避免對設備的破壞，實現對發電機組及閘門的自動保護，減少經濟損失。

4.2 設備的統一調控與設計優化

電力設備在水利水電項目中所占比例較高，采用電氣自動化技術可以有效進行結構的優化和完善。水利水電項目中，設備的選擇和管道的布局非常煩瑣，尤其是在設備與配電網的交界點上很可能會發生器件性能不可靠、設備不協調、水閘和電器設備不符等問題，利用自動化技術可以對設備進行最優選擇，并對故障進行仿真，通過不斷調整使整個系統的工作更加平穩。水利水電工程施工過程中主要涉及水泵、油泵、配電設備、閘機、變壓器以及輸電線路，采用電力自動化技術能夠針對各類關鍵設備進行控制、切換等綜合作業，實現作業過程的自動化，避免人為作業帶來的不方便、煩瑣以及錯誤作業等問題，提高資源配置的有效性和合理性。根據機組的工況，科學合理地調整機組的狀態，使新的機組處于最佳狀態，并將多余的部分關掉，從而實現資源的合理分配。

4.3 線路優化

將電氣自動化技術引進變電樞紐，可以實現節制閘、室內變電所的調節。在電力干線的設計上，可將長距離同步電機、變壓組相以及單回路整合為一條可調整的傳輸線，并在一定距離內進行長途運輸時安裝隔離變壓器，為電力資源的高效傳輸提供支撐。

4.4 設備選擇

選擇10 kV 輸電線路作為總線，采用電感方式進行電力系統的非同步傳動，采用串聯電抗器和真空接觸器進行電力補償。根據電網具體條件進行選型，選用合適的絕緣開關和線路，采用母線和子線的方式進行供電，從而實現配電和變壓的再分布。選用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）自動編程供電裝置進行內部電力的傳輸，通過調整電線的分布實現整體的電流配置，從而實現低壓和高壓之間的相應傳輸。

在水利水電工程中對接地線和過流保護2 方面進行研究，從而實現對電網的安全保護。水電項目中，通過一體化的設計和經營方法實現應急照明和事故照明，還可以增加主機保護、高負荷保護、單相接地保護以及電流速斷保護等電力保護。采用計算機對上位機、下位機進行實時監控，對多個資源進行集成與配置，從而提高系統運行效率。

5 工程實例

5.1 工程簡介

某水利樞紐工程為一座中型規模的Ⅲ級建筑，閘門有8 個孔，每個孔的直徑都是12 m。防洪設計規范為：針對20 年一遇的情況，相應防洪水位為2.81 m，防洪設計流量393 m3/s；針對50年一遇的情況，其防洪水位為3.07 m，防洪標準為556 m3/s。

5.2 水閘自動化控制系統

水閘的自動控制主要包括閘門的監測和控制提示、中心數據處理和配電間的監測。本系統的主要功能是對1個配電房、8個閘門以及上游的水表進行監測。采用科學、合理的網絡控制和自動控制技術，實現多個系統的即時監控，同時對采集到的數據進行整理和分析，為工程決策提供數據支持。對于收集到的數據可以由管理平臺綜合整理并上傳到網絡云端，也可以進行數據的遠距離解析和查詢。

通過液力控制器來實現現場操作，通過分布式控制系統（Distributed Control System，DCS）控制中心對閘門的運行狀況進行實時監視。現場手動控制和自動控制是目前閘門智能監測中常用的控制技術，2者都是以現場PLC 控制為起點。現場手動控制系統的優勢較大，具備互鎖性。水閘自動控制通過以太網與各服務器和相應的控制設備進行通信，通過對全流域的水文觀測數據的收集和分析，形成準確、可靠的數據記錄。科學收集電動機內部的各種參數，并與控制站的輸入/輸出（Input/Output，I/O）接口連接，保證中心控制室和應急發電所對系統各項指標的實時監測。

對水力控制系統提供的外部信息資源進行分析，通過數據準確地掌握閘門運行狀態，需要每天、每月匯總對流速度、水壓、溫度等數據，集成后的數據以報告的方式呈現。此外，對配電室的相位和相間的狀態進行計算與分析，從而判斷其運行狀態。

5.3 閘體原型觀測自動化控制系統

通過水平位移、壓力等綜合研究，嚴格實施大閘閘體原型觀測工程科學方案。將64 臺GKD 型鋼弦式隙水壓力儀布設于閘門中心線及靠近閘門2 側的截面，將10 只TS 周邊縫位移計重點安裝在閘室內的閘墩分縫位置，通過萊卡TCA-2003 全站儀進行沉降及水平位移人工觀測。本系統的作用在于完成一次巡查和對全部測點的巡查與監測，也可實現個別測點的監測。

5.4 系統軟件

該電氣自動化系統使用的軟件以VisvalBasic6.0為核心，其操作過程簡潔、易于掌握。同時，該軟件具有簡單的維修與擴充功能，易于使用。此外，其具有較完善的數據庫，可以選擇最優的解決辦法。

6 結 論

從水利水電工程發電配電設施自動控制、統一調控、線路優化以及設備選型4 個方面進行電氣自動化應用分析，應用新型電氣自動化系統可以全面提高水利水電工程的自動化水平，促進設備運行效率提升，降低故障率，節約人力資源，減少運行成本，更好地服務于國民經濟發展。