水电站电气工程自动化技术及其应用

胡可心 章珈宁

[摘    要]随着我國电气工程产业不断提升，将水利工程同自动化设计进行联结，推动电气工程不断发展。同时，依托互联网平台，将电气工程同水利工程连接在一起，不断促进电气工程自动化的发展，推动产业智能化。为进一步分析电气自动化技术在水电站中的应用效果，文章从理论角度分析，对水电站电气自动化的基本要素加以研究，对其运用方式展开论述。

[关键词]水电站;电气工程自动化;应用

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–00–02

Automation Technology and Its Application in Electrical

Engineering of Hydropower Station

Hu Ke-xin，Zhang Jia-ning

[Abstract]China's electrical engineering industry continues to improve， connecting hydraulic engineering with automatic design， and promoting the continuous development of electrical engineering. At the same time， relying on the Internet platform， connect electrical engineering with hydraulic engineering， constantly promote the development of electrical engineering automation and promote industrial intelligence. In order to further analyze the application effect of electrical automation technology in hydropower station， this paper studies the basic elements of electrical automation in hydropower station from a theoretical point of view， and discusses its application mode.

[Keywords]hydropower station; electrical engineering automation; application

1 电气工程自动化技术对水电站的重要性

提升运行稳定性。水电站需要向外界稳定的输出电能，这就要求水电站的各项设备不能出现故障。自动化技术的一个优点是24 h全天候监控，一旦某一个设备表现出和平常不一样的举动，比如突然加速、表面冒烟等，那么电气自动化设备会自动对异常情况拍照、录像，上传到指挥中心，同时拉响警号进行预警。

保证电能的质量。衡量电能质量的三要素是电压、频率和波形，其中电压和频率分别与无功功率和有功功率有关。

系统无功功率充分，电压水平就较高，系统无功功率缺乏时，电压水平就较低。系统中无功电源与电压调节设备包括同步发电机、输电线路、并联电抗器、并联电容器、同步调相机、变压器、静止补偿器7种，其中同步发电机是系统中最重要的无功补偿源。因此，发电机通过装设自动励磁调节装置（AER）保证机端电压水平。

系统负荷随时会增加或减少，系统有功功率必须随时处平衡状态，以保证系统频率在合格的范围内。发电机组可以通过调节转速来控制发出的有功，系统负荷增加时，发电机组转速下降，此时需增加发电机实发功率与系统功率变化量相等，系统负荷减少时，发电机组转速上升，需减少发电机实发功率与系统功率变化量相等。因此，发电机通过装设功频电调系统保证系统频率在允许范围内波动。

提升运行经济性。水电站发电机在调整出力保证电能质量的同时，应使电网处在最经济的运行状态，从而输送更多高质量电能。若仅凭借人工管理操作则有可能会存在问题和失误，电气自动化技术的应用能够很好的弥补这一缺陷，提升水电站运行经济性。提高生产效率。国家会将水电站建在偏僻、无人烟的地方，这些地方的工作条件比较差。利用电气自动化技术人员只需呆在办公室对设备进行监控即可，参数也可直接在电脑上修改，既减轻工作量，又提高工作效率，一举两得。

2 水电站中电气自动化技术的基本要素

自动监测和调控水轮发电机组的工作流程。自从我国经济改革之后，有很多领域发生了巨大的改变，并且科学技术的发展也突飞勐进，计算机的网络技术发展是人们不可预测的，电气自动化技术也得到了很大的发展。水电站电气自动化可以监测和调控水轮发展机组的工作流程，在这一流程中最大限度是凭借发电机组的监控系统来完成的，监控系统的使用是在先进的通讯技术的支撑下来运行的，然后通讯技术在把所有的信息传输到电脑，电脑在根据以有的标准进行分析处理，最后通过一个设备把所有的工作命令传输到控制系统，使水轮发电机组进行正常的运行。国家为了更好地对水电站进行控制，大部分都是借助了先进的信息技术，这样就可以对先进的信息技术进行控制。

自动监测和调控水轮发电机组设备。检测内容有两个：①整个设备的运转情况;②发电组中每一个部件的先后工作次序。目的是及时地发现设备运转中出现的错误，包括设备运转突然停止、部件工作次序混乱等。发现错误后立即红灯闪烁预警，并同步上传指挥中心，严重时还会立即停止设备的运转。除了监控之外，还需要对水电站中所有的设备进行严加看护，否则出现被偷的现象。从某种程度来说，完善的自动监测系统可以保证水电站的安全、可靠。如果自动监控系统信息数据错误的传输到水电站中，水电站那面的系统会发出一定的指令，需要工作人员第一时间去停止设备的运行，然后在找出问题发生的原因。通过自动监测功能，能够自动地进行水利工程方面的电气管理。将设备运转当中出现的相应故障，以智能化的方式提醒工作人员，以及时解决相应问题，避免造成后续电气方面出现更严重的故障。

3 水电站应用自动化技术优化

自動化工作模块。要想发展自动化控制、预警，建立自动化工作模块是必须的，技术人员将监控系统同设备结合在一起，构建计算机—设备协同工作的模块化工作体系，提升水电站的运行稳定性和水电站员工的工作效率。引进先进操作程序或自己改进旧有的，节省人力物力，减少维护资金的投入。技术人员可编程序控制器协调模块的各个组成部分的工作，使各个部分有次序且高效的运转，比如使用可编程序控制器调控微机继电保护装置、相关测控装置，是这两个设备在工作中配合得更好。此外，以自动化工作模块为核心的工作体系容纳性较强，不仅可以监控、控制微机继电保护装置，还可以控制其他的设备，甚至直接控制整个水电站的工作。利用模块化的工作理念，以水电站指挥中心为模块核心，科学监控各个设备的运转情况，确保所有的设备都可以正常工作。

4 电气自动化技术在水电站中的应用

4.1 自动监控技术

借助于自动监控技术能够对水电站内的相关设备设施实施有效监控，现阶段一般选择集中监控、远程监控以及总线监控3种模式。集中监控因为集中化程度高，容易对其运算速度带来影响，导致实际监控效果有所下降。远程监控依靠数个CPU统一运行，这一模式能够避免某一设备发生故障后对整个系统的运行带来影响，需要的电缆较少，成本相对较低，但因为其采取CAN总线设计，系统通信效率有所降低。总线监控即是依靠局域网、以太网以及现场总线、计算机技术来对水电站相关设备的实际运行状况予以监控，这一监控模式的主要优势是成本低，装置独立，系统可靠性较高。

4.2 电气控制系统

水电站电气自动化控制系统一般来说是借助于计算机对其进行控制，往往是借助于以太网和主机互联的相关终端设备、开放式体系结构组成，同时按照监控目标保证自动控制系统的开放性和灵活性，随后再配置相对应的子系统，为调试与运行工作的有序实施给予便利。同时，监控系统在开展数据收集分析工作的过程中，相关设备的具体运行状况自动记录，能够保证水电站管控工作的时效性，能够提供报表自动生成功能，为后续的日常维护保养工作带来依据，确保信息资源共享目标的最终实现，进一步发挥出电气控制系统的实效性。在电气自动化技术的实施过程当中，不仅需要它本身进行精准有效的计算，还需要功能性完备的中央处理器对其进行统领。这电气自动化技术具有了集中性的特点，可以使之提高效率，节约成本。电气工程自动化的运行一部分需要人为操控，另外一部分需要计算机参与运转。将该技术与计算机技术进行结合，不仅可以很好地降低误差，还可以提高工程运行的效率。在水利工程实施的过程中，将电气自动化技术应用到其中，以自计算机自身的高效率的运行速度带动电气工程自动化运行，不断提升提高电气工程的整体运行效率。

4.3 提升水轮发电机组自动控制效果

电气自动化技术得以应用后，要保证设备开关启闭的自动化控制，同时确保设备相关操作都可以按照事先设定好的程序来自动运行，降低整组设备在工作时出现差错的概率。依据国家规定的发电机使用规定以及当地水电站客观存在的短时间无法去除的一些情况，决定需要使用的发电机总量，对机组的要求是性能好、满足发电要求。除此之外，还需要根据发电机实际运行中的负荷情况，实现有功功率和无功功率的自动调节。建立备用发电机组，一旦出现紧急情况不至于断电。

4.4 继电保护

继电保护装置其实就是就是对水电站中的所有的设备和系统都建立了继电保护的机制，这样在水电站中的设备出现故障时，将故障设备快速切除，其他设备继续正常的运行，最大限度地保证了发电的可靠性。继电保护装置在发电机组设备运行时，对设备进行监测和控制，当设备出现故障时，继电保护装置发出告警信号，并根据电压、电流、阻抗等指标判断故障的严重情况，以确定是继续运行还是切除故障设备。在整个故障的全过程中，继电保护装置会记录下电量变化和开入开出接点的变位，便于后期检修人员进行事故分析。

4.5 增强管理作业人员素质

从现阶段的具体情况而言，由于水电站运行管理工作模式不合理，同时自动化技术应用的普及程度不是很高，专业性较强，因此必须要针对水电站运行管理工作人员进行培训教育，不断增强其专业素质能力。首先，定期组织学习交流活动，确保各个岗位的工作人员能够相互沟通，有效交流;其次，针对新上岗工作人员必须对其实施岗前培训，保证其能够了解相关规章制度，评价其专业工作能力是否符合岗位需求;再次，定期组织进行专家讲座活动，所有运行管理人员必须参与，让其充分年掌握相关设备的规范操作要求和标准;最后，对管理人员进行轮换培训，培养更多的复合型人才，进一步优化水电站运行管理工作人员队伍结构。

5 结束语

本文将从多个方面对水电站在电气自动化技术的应用进行分析。总而言之，随着我国经济的不断发展，科技的不断进步，水电站的运行在我国奠下了良好的基础，并且对水电站的建立越来越受人们的关注了，因为我们可以有充足的水资源供给人们使用。水电站自动化系统的改造，可以建立在综合化网络管理之上，构建综合性系统的水电站，并且要满足单个设备使用的前提下，还可以进行远程操控。此外，电气自动技术的提高，不仅可以节省了大量的人力物力外，还可以提高水电站的工作效率，优化和调节各种能源的结构，促使水电站系统朝着全面优化的方面发展。电气工程自动化技术的不断提高，需要引进多个领域的专业知识，将各领域的相关内容不断组合融合，切实强化电气工程自动化技术在水利工程中的应用。切实提高电气工程自动化技术在水利领域的优化利用，促进我国经济发展，不断推动我国电气工程自动化技术在水利工程当中做出贡献。

参考文献

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