水電站電氣工程自動化技術及運用分析

柬埔寨達岱水電有限公司 趙林強

水電站電氣工程自動化技術是實現水電站高效、穩定、安全運行的重要手段。隨著能源結構的調整和環保要求的提高，水電站的建設和改造已成為能源領域的重點工作。而自動化技術的應用，對于提升水電站的運行水平、降低能耗和減少人力成本等方面具有顯著優勢。本文以某公司為例，對水電站電氣工程自動化技術及運用展開分析。

1 某水電站電氣工程自動化技術

水電站電氣工程自動化系統是指通過自動化技術實現對水電站電氣設備的監測、控制和優化。自動化技術的應用可以提高水電站的運行效率、穩定性和安全性，降低運營成本和維護難度，某水電站電氣工程自動化技術的應用如下。

1.1 PLC自動化技術

PLC（Programmable Logic Controller）自動化技術是一種可編程的控制器技術，通過存儲器進行程序存儲，執行邏輯運算、定時、控制順序、算術運算、計數等操作指令，并利用開關量和模擬量輸入/輸出，對不同種類機械及其生產過程進行有效控制。PLC自動化技術基于微處理器，集成自動化技術、計算機技術與通信技術，其核心是可編程的存儲器。通過編程，可實現對水電站水輪發電機組和其他輔助設備的精確控制，減少人為操作過程中引起的重大失誤。

PLC順序控制。主要是通過合理控制系統開關量，以此控制繼電器控制件，提高整個控制過程的靈敏度。PLC技術不斷優化和實踐應用不斷完善的背景下，PLC順序控制也在不斷更新完善。這一技術的應用，對傳統繼電器設備實現了有效優化和完善，進而控制設備的穩定性。在水電站中，應用PLC控制技術，還可分別控制不同電氣設備的不同組件、不同部分等，提高控制系統的運行效率，使其更加智能高效，一定程度上彌補了傳統控制方法的不足，降低能耗，確保控制有序進行，提高控制工作效率，進而提高了電氣設備自動化控制的工作效率。

PLC開關量控制。PLC進行開關量控制是其基本功能之一，其核心是根據輸入的開關量歷史組合和當前順序，產生對應的開關量輸出，以使系統按照給定的邏輯順序工作。在水電站自動化控制過程中，PLC可以接收來自各種開關類元件的開關量信號，如溫度開關、行程開關、按鈕等用于反饋設備運行狀態、位置信息等。通過PLC的編程，可根據輸入開關量的狀態（接通或斷開）來觸發相應的輸出操作，從而實現設備的自動化控制。

1.2 數字化監測技術

水電站數字化監測技術是一種先進的水電站運行管理技術，通過數字化手段對水電站設備進行實時監測、控制和優化，提高設備運行效率、保障設備安全、降低運行成本。本文從數據采集與傳輸、設備狀態監測、數據分析與處理、預警與故障診斷等方面介紹水電站數字化監測技術。

數據采集與傳輸。數據采集與傳輸是水電站數字化監測技術的第一步，其主要目標是實時、準確地獲取設備運行數據。這些數據包括設備的溫度、壓力、流量、水位、電流、電壓等參數，通過專用傳感器或儀表將這些數據采集并傳輸到監控系統；設備狀態監測。是水電站數字化監測技術的核心，通過對設備運行狀態的實時監測，可及時發現設備的異常情況，預防設備故障的發生。如水輪發電機組的振動擺度監測、軸瓦溫度監測、系統油壓和冷卻油位等。這些監測技術通過安裝相應類型的傳感或監測裝置實現。

數據分析與處理。是水電站數字化監測技術的關鍵環節，通過對采集到的數據進行處理和分析，可提取出設備的運行狀態和性能參數，為設備報警和故障診斷提供依據。數據處理的結果可以通過圖表、曲線等形式直觀呈現；預警與故障診斷。是水電站數字化監測技術的核心功能之一，通過對設備運行數據的分析，可以及時發現設備的異常情況，并發出預警信息。同時，通過對設備歷史數據的分析和故障模式的研究，可以對設備的故障進行診斷和預測。預警和故障診斷的結果可以為設備的維修和更換提供依據[1]。

2 某水電站電氣工程自動化技術的運用路徑

2.1 自動監測

針對水電站工作特征，自動監測可規范化運行各種設備指標，并對指標進行針對性檢測。在實際操作過程中，自動監測涉及多種設備，如水輪機組、發電機組、繼電保護系統和輸變電系統等。監測的參數主要包括水輪機轉速、大軸擺度、頂蓋水位、導軸承油位及油溫、空氣圍帶壓力等。如使用電度表自動監測采集電能；使用測控技術、通信技術，建立水輪機效率檢測系統，實現水輪機運行自動監測；利用狀態維修系統，及時找出故障所在，采取有效檢修措施等。

通過自動監測，將各個節點的檢測數據自動傳輸到監控平臺上進行記錄和分析。利用測量機器人與衛星定位系統智能化設備，構建安全檢測自動化系統，監測大壩表面變形情況。通過自動化監測，不間斷地、實時有效地檢測各監測點情況，集中采集觀測數據，做好相應的數據處理、傳輸和管理等工作，以此實現數據計算、分析處理和預警一體化控制，達到遠程控制效果，實現無人或少人值守的管理成效。通過電氣自動化技術的應用，實現水電站自動監測，可有效提升水電站運行自動化水平，提高其精度和穩定性等。

2.2 自動控制

水電站電氣自動化中，主要操控目標為輔助系統、調速系統、勵磁系統等，以此確保水電站穩定運行和正常發電的關鍵。在明確水電站各設備指標后，若在常規檢測下，無異常問題，可執行裝置運行命令；若出現異常現象，電氣自動化控制設備可隨時啟動備用設備，使其代替系統運轉，將先前的系統關閉處理，并發動警示指令到管理和檢修人員處。同時，自動控制還可定期根據發電機組數據情況，對設備運行進行自檢自查，及時發現問題，實現有效控制。

利用電氣自動化技術，建立數字監控系統，對水電站進行精細化、全方位控制。若水電站運行現場出現指標超標、故障等問題，系統會自動發出報警通知管理人員。在這種情況下，管理人員可實時掌握現場運行情況和綜合條件，及時發現問題，反饋問題，對問題進行有效處理，形成標準化、常態化管理控制流程，既能夠降低安全風險，又能減少工作誤差，減輕管理人員工作壓力，提高水電站運行質量，使其經濟效益有所提升[2]。

2.3 自動保護

水電站自動保護，主要在于通過電氣自動化技術，實現水電站設備運行過程中，對各設備進行自動化保護，健全保護機制，提前預見設備可能出現的安全問題，采取應對措施，以此最大化地降低機組設備性能受損等問題。水電站各設備運行過程中，通過擬建指征，可實現設備的自動化監視，通過自動監視過程，及時發現有影響設備穩定安全運行的指征，實時定位故障信息，由系統自動化發出相關指令，對設備開啟監測、跟蹤并記錄設備指征情況和受干擾情況，向管理人員發出警示，自動開啟保護設備，以此對設備進行自動化保護。

如監視發電機定子與轉子回路電氣參數，監視發電機定子繞組和軸承溫度，監視機組調速系統運行情況等，一旦發現事故或不正常工作狀態，迅速發出信號或緊急停機，采取保護措施，保證水電站的自動保護效果，促進水電站安全生產，進一步提高水電站的安全生產和管理成效[3]。

3 某水電站電氣工程自動化技術的具體體現

水輪發電機組控制。水電站水輪機組自動控制是水電站自動化管理的重要組成部分，其主要目標是實現水輪機組的快速、安全、高效運行。水電站水輪機組自動化控制包括對機組的自動啟動、停止控制、空載運行監測和負載運行調整等。在機組啟停過程中，運用PLC邏輯運算能力和順序控制技術及獨立完善的異常情況處理機制可實現水輪發電機組的安全穩定自動啟、停。同時，對某些異常情況包括：超速、振動過大、溫度過高等及時采取相應的處理措施。

調速器自動控制。該系統是確保水輪機穩定運行、滿足電網需求的關鍵系統，是水輪發電機組的核心。調速器控制是對水輪機調速系統的調節，其目的是保持水輪機的轉速穩定，以維持電力系統中的頻率穩定。調速器通過多種方式感知水輪機的轉速和功率，根據這些信息來控制調節導葉開度和進水量，從而實現對水輪機的轉速調節。圖1詳細展示了調速器自動控制系統工作原理。

圖1 調速器自動控制系統工作原理

勵磁系統自動控制。勵磁系統是發電機控制系統的基礎部分，主要用于產生發電機轉子磁場。其主要由勵磁功率單元、勵磁控制單元和滅磁及過電壓保護功能及自動電壓調節功能構成。發電機運行所須勵磁電流，主要由勵磁功率單元所提供，確保發電機正常運行。滅磁及過電壓保護用于保護勵磁系統及發電機。在發電機停機或故障時，滅磁系統能夠快速切斷勵磁電流，防止過電壓產生。同時，過電壓保護系統能夠限制電壓波動，保護勵磁系統和發電機不受過電壓影響。作為勵磁系統的基本功能之一的自動電壓調節確保發電機輸出電壓的穩定，當電網電壓發生變化時，自動電壓調節系統會根據電網電壓的變化自動調整勵磁電流，從而保持輸出電壓的穩定。

油、氣、水控制。水電站自動化運行過程中，通過自動化管理，可減少管理人員工作負擔，但在此過程中，也必須注重油、氣、水系統的控制，以此確保系統的安全穩定運行，確保各設備運行穩定性。為保證設備系統運行穩定性，必須首先保證各參數的科學性和準確性，強化自動化管理技術應用，對油、氣、水進行有效控制，尤其注意監測自動化控制系統不正常狀態，通過自動化管理措施，提高控制成效。

公用設備狀態智能監測。水電站中，設備是否穩定運行，直接關乎水電站整體運行穩定性與安全性。通過主控室，全方位監測水電站中各設備的運行特點，獲得相關參數，配合監控系統，發出控制指令，對各設備運行狀態進行協調和管理。包括多種不同類型的輔助設備如引水隧洞、進水閘門、直流系統、消防監測等。通過統一規劃和科學布置，對監測設備進行合理布局，對各項設備系統的運行數據進行實時監測獲取，做到智能化監測，及時發現問題并反饋給管理人員，保證問題盡快解決。在水電站中，輔助設備占據重要地位，必須嚴格監控電氣自動化系統設備，一旦發生突發事件，可快速發出警示，作出應急處理措施。

綜上所述，隨著社會經濟水平的不斷提高，科學技術不斷發展，電氣自動化程度是水電站現代化的基本標志，是水電站發展的必然趨勢。在實際應用過程中，可利用電氣自動化，實現對水輪發電機組、輔助設備的自動控制和監視監控運行工況等，全方位促進水電站實現自動化運行，提升系統可靠性、提高運行的經濟性、提高電能質量，提高生產效率，降低經濟成本，創造更大的經濟收益，促進企業優化進步，帶動區域經濟發展。