中小型水电站水轮发电机组的自动化改造分析

殷翠玲+汪洪魁

摘 要：随着我国经济水平的提升和社会生产需求的增加，为提高电力生产行业的工作质量水力发电方式被广泛推广开来。而科学技术的发展又推动着水力发电技术的改进和机械设备的性能的改良，社会需求的增大又在很大程度上增加了电力行业的运行压力，所以对电力系统进行自动化改造、提高我国水力发电的生产效率是当前水电行业发展的重要动力，本文将对目前我国中小型水电站在自动化改造工作中存在的问题进行简要分析，并找出相应的改进措施，以促进我国输电事业的平稳发展。

关键词：中小型水电站；水轮发电机组；自动化改造；方法

国民经济的增长是使我国居民的生活质量越来越高，生活水平的提高使人们对电力资源的需求量也随之增大，这给我国电力生产业的运行带来了很大的压力，同时也为我国电力行业的发展注入了很大的动力。随着水电生产方式推广，我国的水电站的数量也逐渐增多，在一些比较偏远的地区或规模较小的城镇，中小型水电站是其电力资源生产的重要来源，在这些地区中小型水电站是确保人们日常生活正常进行的主要保障，所以其建设状况和运行质量直接决定这些地区居民的生活质量，然而我国的中小型水电站建设工作目前并不是十分完善。

1 目前我国中小型水电站自动化中存在的主要问题

1.1 我国大部分的中小型水电站在设计时都是仿照大型水电站的设计方案来完成的，所以在一些结构设计方面并不符合小规模水电站的运行能力。另外，在多数小水电站的设计及建设时现代科学技术还没有发展到现代这样发达的程度，计算机技术的应用并不是十分广泛，所以这些小水电站建设的资金投入量较大，对发电系统进行的程序操作起来也比较复杂，所以对其工作人员的技术能力及专业水平要求都比较高。

1.2 这些小水电站由于建设时的技术水平及施工环境限制，站中的生产设备和相关构件的自动化性能都不是很高，因此造成了其自动化生产能力较弱的问题。加之，大多数中小型水电站运行中所使用的生产技术和机械设备都比较落后，有很多工作环节都需要使用人工操作手段来完成，所以造成中小型水电站运行效率不高的现象，而站内设施结构分布有比较复杂，操作起来非常麻烦，这就使得在电力生产和管理过程中对相关工作人员的能力技术要求非常严格，这些因素都会导致中小型水电站的运行成本增加。

1.3 很多中小型水电站的建成时间都比较早，而当时的技术能力和科技水平建设出的水电站条件及生产能力无法实行现在的生产需求。所以无论是设备性能还是生产方式都比较落后，所以在现代化输电生产过程中，这些设备无法直接完成与计算机设备进行连接，这就为其实现自动化生产造成了很大阻碍。然而，若想对其进行自动化改造就需要投入大量的人力、物理和财力，不仅会耗费很长的改造时间，还会严重降低其正常的电力资源生产效率。

2 中小型水电站水轮发电机组的自动化改造中出现的问题

水轮发电机组的自动化改造是我国中小型水电站自动化改造工作中的一个重要环节，而在这个环节的改造中还存在很多不足支持，这些不足对我国中小型水电站的生产效率提升具有很强的阻碍作用，严重的阻碍了我国水电生产行业生产效率的提高。

2.1 水轮机的转轮效率相对较低

有转轮效率这个概念的人都明白，转轮的效率高低直接决定了水轮机所能完成某项任务的时问和质量。由于这些水轮发电机组的建造较早，所以很大一部分仍然只有较低的效率。这样的直接后果就是成本的大量浪费。

2.2 中小型水电站中大部分水轮机的生产和安装时间都比较早，由于当时技术水平的限制和水电站建设理念不足，所以很多水电站使用的水轮机和水轮发电机在选择上都存在一些问题，因此，在电能生产过程当中经常会出现水能无法充分转换成电能，造成了大量资源的流失。

2.3 由于当初设计技术比较落后，制造水平相对较低，水轮发电机组的一些元件容易出现磨损，老化，易发生共振，导致很多发生事故的可能。

3 水轮发电机组的自动化改造

3.1 水轮发电机组的调控系统的自动化改造

用PLC取代水轮发电机组原有控制系统中的继电器，完成主要的控制功能和保护功能。PLC，即可编程逻辑控制器，是一种由数字运算操作的电子系统。它含有某种可以编程的存储器，将程序储存在内部，执行逻辑运算顺序控制，从而对下游发送指令。与继电器相比，PLC更加牢靠稳定，不易出错，从而减少了检查修理以及维护的工作成本，并且在出错时，修理的目的明确，过程简单，针对性强。

3.2 PLC下游自动装置的改造

3.2.1 转速信号装置。转速信号器由原来的非自动化信号器换为数字转速信号装置。数字转速信号装置用于测控发电机组的转速、转速百分比以及频率等。可根据所需输出的量选择数字转速信号装置的型号。转速信号装置一般可直接设置和查看机组的转速、转速百分比、频率、最大值和输出参数值，并且可以设置参数值，具有断电保护和上游控制系统自锁功能。

3.2.2 测温元件和测量装置。可将原始的温度测量工具以及其他各类测量装置改为多功能巡测仪。多功能巡测仪有多种品名，可根据实际需要自主选择。它可用来巡检温度，由于其本身还具有报警系统，可以设置报警闭值，并将信号传至上游PLC控制系统。当温度达到报警闭值时，可即时将信号传达给控制系统而实现机组自我保护功能。

3.3 软件设计

这里的软件设计即为上文中提到的具有可编程的存储器的PLC控制系统中的软件程序。此软件程序大致可分为开机和停机两大主要步骤。水轮发电机组自动开机过程的程序可分为几个步骤，即开机指令是分步进行的：相邻两个设备的前一个设备受到开机指令并完成了该开机指令后一个设备才会接收到开机指令，而这其中前一设备的开机指令是否完成则是由其输送给PLC控制系统的信号来表达确认的。PLC控制系统所操作的开机顺序简单清晰，便于识别。

在这个开机流程中，如果接收到开机指令后在特定时限内并没有完成，此信号由PLC控制系统确认后会认为出现了开机故障，则此控制系统会自动结束开机过程。

而停机过程与开机过程相一致，也是分步进行的。当停机过程中出现故障时，PLC控制系统会自动中断停机操作，之后通过特定方式通知相关人员进行修理等。

结束语

总而言之，面对越来越高的电力生产需要，对中小型水电站中的水轮发电机进行改造已经成为一个是在必行的趋势，自动化改造能够节省在水力发电过程中所需要耗费的时间，有效提升我国水力发电行业的生产效率，还能够完成对水力发电方式下对电力资源生产的一些突破。对中小型水电站中的水轮发电机组进行自动化改造能够达成对能源进行节约的目标、大大减少水利生产所需耗费的资金，为我国经济的持续增长和综合国力的提升奠定坚实的基础，推动我国可持续发展目标落实。

参考文献

[1]成都水力发电学校主编.水轮发电机组自动化和运行[M].电力工业出版社，1981.

[2]周秀英.水轮发电机微机自动化系统改造研究[J].现代制造，2011（27）：87-88.

[3]宋天勇.中小型水电站水轮发电机组的自动化改造[J].技术与市场， 2011（07）.