浅谈自动化技术在水电站中的应用

张 羽

（济宁市水利工程施工公司，山东 济宁 272000）

就现阶段自动化技术在水电站项目中的应用情况来看，最常用且成熟的技术主要包括数字化监测技术与PLC自动化技术。上述两种技术均可以体现出水电站的现代化水平，在推动水电站自动化发展中发挥着重要的作用。因此，进一步明确和掌握自动化技术在水电站中的应用要点尤为必要。

1 自动化技术在水电站中的应用优势分析

自动化技术可以对水电站运行状态进行全过程监控，是水电站安全经济运行至关重要的技术。其应用优势集中体现在以下几点：①将自动化技术应用于水电站中，一方面可以对各种设备装置进行动态监控，防止运行过程中出现隐患。另一方面，通过自动化装置可以实现对水电站系统和设备的操作与控制，可以减少工作人员操作失误情况的发生，从而提高操作准确性；②自动化技术可以根据系统分配给水电站的负荷及运行需求合理选择开机台数，确保机组可以高效率运行，从而获得良好的经济效益。将自动化技术应用在水电站监控中可以即时对水路的综合水位、流量及机组参数等数据进行分析，继而制定具体的工作方案，实现对整个系统的自动化操作；③电力系统中的无功功率和有功功率可以直接影响和决定电压与频率的稳定性。要想确保系统电压和频率处于稳定状态，就必须即时对发电机组的有功功率和无功功率进行调节。但无论是精度方面还是速度方面，人工操作均存在较大的局限性[1]；④自动化技术可以很大程度上替代人力，很多工作均可以由自动装置按照一定的既定程序来完成，比如借助计算机监控系统可以实现对水电站运行状态的巡回检查与电能记录，减轻了工作人员的劳动强度，运行效率和质量大大提升。

2 水电站中常用的自动化技术

图1 数字化监测技术在水电站中的运行原理示意图

数字化监测技术借助计算机终端开展工作，同时应用以太网和继电保护器的PLC编程，继而对各个节点数据进行发送和接收，可以对水电站生产运行进行全天候、全方位的监管，实现动态管理与精细化管理。这一过程不仅可以提升设备运行效率，还可以保证整个水电站设备运行的可靠性。图1为数字化监测技术在水电站中的运行原理。

PLC自动化技术具有很强的逻辑运算能力，可以实现定时、计数、顺序(步进)等各种逻辑控制方式。将PLC自动化技术应用于水电站现场控制中，能够及时准确地采集现场数据。更为重要的一点是，PLC自动化技术可以与计算机或触摸屏相连接，可以实现对当前数据的统计分析。近年来随着PLC自动化技术的更新与发展，已经实现了诊断式监控，有效减少系统故障的发生，提高了系统的可靠性。其优势在于可以帮助工作人员对水电站运行系统状态进行实时分析，减少运行过程中所受到的干扰。

3 PLC自动化技术在水电站中的应用

3.1 项目案例

某市水电站共有16个集水水泵站，分三个区域。其中，大江段的集水水泵站为6个，二江段的集水水泵站为8个，三江段的集水水泵站为2个。目前所配备的10台深井水泵电力均为37 kW，9台离心泵的电力均为22 kW，11台潜水泵的电力均为22 kW。水电站自动化系统主要由上机监控系统、下位机数据采集系统及通信线路等组成。

3.2 单个泵站控制系统

供电系统的可靠性与连续性是需要重点考虑的内容。鉴于本项目特殊的供电需求，经研究决定供电系统采用双电源。同时，为实现泵站内机电设备的自动化控制，特采用分布式控制方法，实现光纤通信，使得每个泵站均可以独立成一个控制系统。除此之外，在实际设计过程中，每一个泵站均设置了监控计算机、配电柜、电动机、水位传感器及热导流量开关，且配电柜内还设有防雷装置、断路器及PLC等。图2为各个控制系统的信号传输方式。

从图2可以看出，当水泵抽水时，传感器可对水位信号、电流信号加以收集，并通过继电器、变送器及互感器等传送至PLC系统中。而PLC系统可以将设备运行进行动态监控，通信模块与以太网能够将多种信息传输至监控计算机中。当集水井水位上升至水泵的自动停水位置时，PLC系统可以接收到来自传感器的控制信号，继而对继电器进行保护，管理水泵运行。

图2 各个控制系统的信号传输方式示意图

3.3 控制系统软件设计

本项目所使用的PLC控制系统软件主要有两种，即工业控制计算机测控数据实时处理软件和可编程序控制器PLC实时测控软件，编程软件采用STEP7。系统软件的三大组成为初始化程序、中断功能与运行程序。在运行过程中，一旦集水井水位高于泵站水位的设定值，则系统可以在接收到控制信号后第一时间启动工作泵。对于1号泵和2号泵来说，1号泵会自动运行，当水位低于预先的设定值时，水泵运行状态会经PLC系统的控制信号而停止。1号泵出现运行故障时，2号泵可以在第一时间启动，实现对集水井水位自动化控制的目的。实践应用发现，将PLC自动化技术应用于水电站运行控制管理中，大大提升了运行的可靠性和稳定性，有效实现了水电站无人值守，管理水平得到极大的提升。

4 结语

随着科学技术的发展，自动化技术的适用性和可靠性均得到了极大程度的提升，并广泛应用于水电站运行设备控制管理中，取得了良好的成效。但需要注意的一点是，因为水电站所处环境的不稳定，全方位应用自动化技术还存在一定的困难，这就需要在后续进一步加强自动化技术的研发力度，掌握更多的新型技术，以更好满足电力发展的需求。