水电站电气自动化应用研究

张惠蛟

摘 要：该文在水电站电气自动化对现代水电站运营的重要作用进行论述的基础上，分析了水电站自动化应用的主要范畴，并结合水电站的实际运行经验，探讨了水电站中电气自动化的具体应用，为电气自动化水电站的运行维护提供参考。

关键词：水电站 电气自动化 运行

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（c）-0095-01

随着电力电子技术以及微电子技术的快速发展，电气自动化技术在水电站的生产运用过程中得到了广泛的应用，在水电站的节能生产过程中发挥着更加重要的作用。通过水电站的自动化，能够将计算机系统应用与水电站的生产进行监控，从而实现对机组及其辅助设备状态的监控，当发现故障问题时能够在事前发出报警信号，并自动进行应急处理，提高水电站的运行可靠性、安全性。在实际的生产应用过程中，要根据电站的具体类型以及主要的机电设备，选择合适的自动化系统。

1 水电站电气自动化对现代水电站运营的重要作用

1.1 提高水电站运行可靠性

水电站运行的可靠性与稳定性是实现水电站发电功能的重要指标。在对水电站进行电气自动化改造之后，以对水电站的各个主要设备及部分进行实时、精确的监控，并做好电站的运行记录，形成完整的监控日志。当出现紧急情况时，可以及时的排除故障，避免出现安全事故。通过这种方式，能够避免发电机组因为处于非工作状态而长时间不能得到解除所酿成的安全事故，提高了水电站运行、发电的稳定性和可靠性。同时，利用自动化系统对水电站的相关设备进行自动控制和操作，有效的避免了人为失误因素造成的事故。

1.2 保证水电站供电的稳定性

电能的电压与工频是对电能质量进行评价的重要指标，而工频主要受电网系统中有功功率的平衡状态影响；电压则主要取决于电网系统中的无功功率。因为整个系统中电网的无功功率与有功功率是随时变化的，利用自动化系统对两者的实时数值进行监控，并做好对应的控制和调节工作，可使发电机组的工频、电压维持在相对稳定的范围中，最终保证水电站供电的稳定性。

1.3 提高水电站的生产效率

通过水电站的电气自动化，能够对应减少生产员工的工作量，减轻了员工的劳动强度，甚至可以实现无人值守，从而最大程度的提高水电站的生产效率，达到节约资源的目的。

2 水电站自动化应用的主要范畴

2.1 运行电气设备的自动化检测

通过对水电站的自动化运行设备各主要参数进行检测，完成水电站日常运行与维护工作。其中的主要内容包括水轮发电机组及其主要辅助设备、水电站公共生产设施、水工建筑及操纵设备、变电开关设备等。同时，还必须对部分非电参数进行检测，例如水轮机的转角转速、机组温度、水量、压力和波位等参数。电信号则主要包括电压、电流、频率、功率和功率因数等。自动化系统采取连续与定时记录的方式将检测结果记录下来，便于运行维护作为参考。

2.2 实现水电站的自动化操作

根据控制对象的不同，自动化系统能够完成不同的操作，主要包括：（1）远动操作系统、故障告警系统、开关站设备操作等；（2）水工建筑设备的自动化操作，主要是指机组取水口闸门、泄洪闸等；（3）电站公用生产设备的自动化操作，例如排水系统、压缩空气系统等；（4）使用脉冲自动操作按照预先设定的规定进行及其设备的操作，例如发电转调相、停机、发电转抽水等操作。

2.3 实现对设备的自动化控制

基于自动化控制的基本原理，2.2节中的相关自动化操作是采用开环控制的方式。而对于部分需要实时控制的精确设备，则需要采取闭环控制机制。例如，对水电站发电机组中的励磁励磁调节器、调速器等进行控制，通过闭环控制机制实现对应的电压、转速控制。同时，还可以通过修改励磁调节器中的部分数值来实现发电机机组的无功输出，并通过调整调速器的实际整定值完成有功出力的修改和调节。

2.4 水电站相关设备的自动化保护

水电站的自动化保护措施主要包括这样三个基本层次：（1）发出警告，例如发电机组轴承的冷却水源中断、轴温超限、润滑油膜出现异常等，自动化系统通过其末端的传感器获得这些参数的实时变化情况，提示对应人员采取对应的措施，从而保证设备的正常运行；（2）自动关闭进水闸门，当水电站出现紧急情况时，自动化系统在跳开断路器的同时，还会自动关闭发电机组的进水闸门，从而有效的避免事故升级；（3）联锁跳闸停机，当出现设备运行参数异常，例如轴温超高、推力轴承及压油装置异常等，系统将驱动断路器启动，实现停机操作。

3 水电站中电气自动化的具体应用

3.1 构建完善的数字化控制系统

随着数字控制技术的日益成熟，水电站开始进行综合自动化技术的改造和升级，逐步构建形成以计算机为主体的数字化控制系统。构建的数字化自动控制系统利用电站现场主线作为监控的基本切入点，利用计算机、可编程控制器、微型机与继电保护设备相互配合，并在网络化环境下进行水电站设备的智能监控。利用计算机网络，将水电站的各个主要控制现场与控制中心连接起来，使得水电站的整体运行不需要人工干预，在严格的控制体系、开放的逻辑系统支持下实现水电站的稳定运行。同时，该套系统还能够对水电站中运行的机械设备进行监控，其良好的功能扩展性能使得其能够满足水电站后续的建设发展需要。

3.2 PLC自动化技术的应用

功能强大的可编程控制器（PLC）成为了当前大部分自动化控制系统的首选。PLC因为能够通过编制的专用程序完成对相关运行设备的支持和控制，根据存储器中所设定的程序、运算逻辑、定时及控制技术等指令，对水电站的生产过程进行多维、直观、动态的操作与模拟。同时，PLC技术还能够用于生产人员的高精度控制，辅助生产人员进行电站的运营和维护。当前，PLC自动化技术主要应用于水电站的这样两个方面：

（1）对水电站调速器进行控制，利用PLC装置对调速器进行控制，能够借助PLC的功能属性，基于水电站水头的实际变化，采取过程控制的基本理论进行对应的调整和改变，从而保证水电站稳定运行。

（2）对轴流桨式水轮机进行调速控制，将PLC程序应用于机组调速器的控制中，能够借助其可编程功能，实现对设备的实时调整，从而保证协联动作曲线一直处于合理的范围内，使得机组的运行与水电站水位变化处于同步变化状态，保证发电机组的运行参数与水流变化一致。

参考文献

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[2] 赵国胜，景阳靖.水电站电气自动化应用问题探讨[J].科技创新导报，2013（21）：21.

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