水利设施中电气自动化的应用

鲜凡凡，韩 斐，薛萍萍

(江苏省洪泽湖水利工程管理处，江苏 淮安 223100)

水利设施中电气自动化的应用

鲜凡凡，韩 斐，薛萍萍

(江苏省洪泽湖水利工程管理处，江苏 淮安 223100)

电气设备是水利工程的核心部分，对水利发电生产效率具有决定性作用，进一步优化了水电站内生产调度质量水平。社会发展促使国内电能资源需求量持续上升，传统水力发电生产方式已无法适应市场需求，建立自动化水利设施调度方案是行业科技的必然决策。文章分析了水利电气设备运行存在的问题，以信息科技为基础设计了自动化控制平台，从电气设备事故处理及安全控制等方面提出自动化方案。

水利工程；电气设备；自动化；设计应用；事故处理

1 水利电气设备运行问题

水利工程是一项复杂的结构体系，由水工建筑物及电气设备共同构成，建立了现代化水电调度系统模式。水利电气设备主要包括：发电机、变压器、电力线路、断路器等，为水力发电生产控制创造了有力的条件。当前，国内电能需求量持续上升，电气设备运行也面临着多方面的问题，尤其是满载、超载运行等增加了设备的耗损率。

1)电气故障。电气设备负责执行工作命令，按照地区用电需求完成对应的运行动作，决定着电网在区域用电调配中的作用。电气设备布局与安装时，依旧存在“高压低用、低压高用”的设备状态，电网正式启用之后，很容易引发一系列的运行故障问题，破坏了电气设备的安全性能。

2)设备控制。电气设备属于水利工程控制型设备，整个电能分配过程都存在着调度方面的困境，尤其是电气系统层次划分不明确而影响整体效率。比如，变压器由于内控装置不完整，限制了电网安全控制系统运行，区域用电调度中心对电网控制的稳定性不足，降低了电能资源的分配率。

3)信号传输。现有水利工程采用信息传输平台，对电气设备应用实施信号式传递方案，扩大了设备信号传输的工作范围。但是，电气信号传输易受到外界条件干扰，导致电气设备信号中断，影响了电气设备执行信号指令的便捷性。例如，信号传输安全不足，水电站在传递电信号过程中，易受到外界因素干扰而缩短了通信接入的运行速率。

2 水利设施中自动化系统设计

电气自动化是水利水电工程改造方案之一，利用自动化控制平台实现水电设备的一体化调控，减小了传统手工操控方式的难度，提升了水电站内设备运行的安全系数。信息科技是自动化系统设计的根本依据，能为电气设备自动化操控创造便捷条件。

1)通信网络。基于信息科技水平不断提升，国内通信行业开始走信息化改革道路，将计算机网络技术应用于通信系统改造，构建现代化信息传递服务区空间，满足了广大用户传递信号的操作需求。通信网络改变了过去单一信号传输模式缺陷，为电气自动化提供了多种信道的传输方案，如图1。表面上，通信网络构建了多种渠道的信息传递方式，电信网、移动网、联通网等主要运营商的结构层次实现了优化改进。

2)数据处理。自动化系统是搭建信息交流平台的主要方式，为人们社会活动创造了良好的信息服务。近年来，传统电气系统功能弊端日趋显现，利用自动化平台改造通信区域调度方案，实现了信号传递模式的最优化配置。水利部门需借助良好的网络传输平台，对电气设备调度模块进行优化改造，设计出更加多功能的电气自动化控制区域[1]。

图1 水电站通信网模式

3)设备调度。考虑到互联网技术是信息科技改革的主流趋势，必须坚持电气设备信息化这一改造趋势，研发出更高端的调度系统才能提升设备工作效率。电气自动化选用高性能计算机设备，或者组建计算机集群调度模式，扩大设备信号数据的处理范围，减小了单一计算机系统应用的功能缺陷。计算机调度中心根据水利设施指令要求操作，时时刻刻都能提供最快捷的设备自动化通信服务。

3 基于自动化平台的电气事故处理

随着社会用户群体的持续增多，水力发电生产在运行阶段也面临着一系列的作业问题，全面提升电气设备自动化水平是工程改造重点。基于自动化平台下，电气设备事故处理有了新的方案，值班人员或检修人员可根据自动化平台，拟定一套相对完整的事故处理策略。结合水利设施常见的几种事故，其解决方式包括：

1)触电事故。由于电流流过人体而造成的人身伤害事故，触电又可分为单相触电、两相触电和跨步电压触电3种。电气自动化平台对触电事故具有监测功能，实时收集设备运行中的工作数据，为事故分析及处理提供了参考依据。例如，可根据触电设备、触电位置等情况，建立自动化事故诊断与应急策略。

2)雷电事故。雷击常可摧毁建筑物，伤及人、畜，还可能引起火灾；静电放电的最大威胁是引起火灾或爆炸事故。设计自动化系统实现24h的输电线路监控，对自然界雷电袭击、雨水侵蚀、风力冲撞等问题，均可利用远程网络展开监控。电气自动化对雷电事故监控具有针对性，一旦发生雷击则可快速定位处理。

3)电路事故。线路和设备故障不但威胁人身安全，而且也会严重损坏电气设备。输电线路是维持电气设备运行的基本条件，利用线路将电能传输给变压器、发电机等主要控制设备。安装自动化电子感应仪器，对水电站内射频信号自动感应，超出人体承受范围则显示告警状态。在自动化控制平台引导下，电气事故发生率大大降低，这是利用了电路自诊断、自处理等功能。

4 电气系统安全控制模式

安全发电是行业经营的基本理念，尤其在水力发电生产模式中更应重视安全问题，这样才能持续利用水资源生产电能。水利设施设计电气自动化系统，为站内安全作业调度提供了可靠的平台，设备绝缘、安全距离、载流控制等，均可以通过自动化平台实现操作。

1)电气绝缘。保持配电线路和电气设备的绝缘良好，是保证人身安全和电气设备正常运行的最基本要素。电气绝缘的性能是否良好，可通过测量其绝缘电阻、耐压强度、泄漏电流和介质损耗等参数来衡量。

2)安全距离。电气安全距离，是指人体、物体等接近带电体而不发生危险的安全可靠距离。如带电体与地面之间、带电体与带电体之间、带电体与人体之间、带电体与其他设施和设备之间，均应保持一定距离。通常，在配电线路和变、配电装置附近工作时，应考虑线路安全距离，变、配电装置安全距离。

3)安全流量。导体的安全载流量，是指允许持续通过导体内部的电流量。持续通过导体的电流如果超过安全载流量，导体的发热将超过允许值，导致绝缘损坏，甚至引起漏电和发生火灾。因此，根据导体的安全载流量确定导体截面和选择设备是十分重要的。

5 结 论

水利工程促进了社会基础设施改造发展进程，将现代电气设备应用于水力发电生产体系中，全面提升了传统发电机模式的作业效率。电气自动化是水利设施的主要趋势，采用信息科技为支撑建立新型操控方案，进而优化了电气设备日常工作流程。基于通信网络、数据处理、信号传输等3大模块，可以对电气设备执行全面的安全控制方式，广泛执行电气设备故障处理措施。

[1]杨建军，冯江虹，常振华.关于中小型水电站技术改造的几点建议[J].山西水利，2004(02)：65-66.

1007-7596(2014)11-0217-02

2014-06-07

鲜凡凡(1986-)，女，江苏淮安人，助理工程师，从事水利工程管理、防汛防旱工作；韩斐(1987-)，男，江苏金湖，人，助理工程师；薛萍萍(1987-)，女，江苏南京人，助理工程师。

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