七一水利水电工程电气自动化对策与工程应用研究

2023-10-23余水发

小水电 2023年5期

余水发

(上饶市水利电力勘测设计院，江西上饶 334000)

0 引言

随着高科技的迅猛发展，促使自动化技术在各个领域中得到不断的运用，并且为了提升人民的幸福感和满足感，必须要不断地提升人民的生活质量[1_2]；而水利水电工程是影响人民生活质量的重要工程之一，所以必须不断扩大水利水电工程的服务范围，为人民带来高质量服务[3_4]。

江西省玉山县七一灌区信息化工作已开展多年，相继建设了大坝安全监测系统、水雨情测报系统、视频会商系统、闸门自动化系统、视频监控系统、灌区量测水系统、灌区综合管理系统等信息系统，各系统在水资源利用、防洪调度、工程安全、生态安全和事务管理等方面发挥了重要作用。由于七一灌区各信息系统建设时期不同，建设背景不同，建设深度不一，系统架构差异性大、协同能力弱，现有系统不能完全满足新时期七一灌区信息化和现代化发展的需求[5_8]。

因此，为贯彻落实江西省人民政府及江西省水利厅下发的《意见》及《实施方案》等文件精神，从七一灌区管理实际需求和信息化现状出发，拟在原信息化建设基础上，运用现代信息和通信技术手段感测、分析、整合工程运行核心系统的各项关键信息，提升整合现有各应用系统，从而对包括工程安全、防洪安全、生态安全、水资源综合利用等在内的各项业务需求提供智能响应，实现水利工程实时信息监控、工程运行管理、上下级信息共享及联动等，提升工程业务一体化协同的能力和管理效能，为工程经济及社会发展提供有力保障。

1 系统的构成

电气自动化技术是将现代网络信息技术和电子信息技术相互结合，同时具有两种技术的优点。在许多领域中都已经将电气自动化技术作为领域发展的核心技术，其能够有效提升工作效率，减少人工成本，也能避免因人为因素而造成的经济损失。电气自动化技术采用无人操作代替传统的人工操作，使工作更加简便，带来了高效率的工作模式。据调查所知，电气自动化技术已经渗透在我们的生活当中，在地铁、公交、商店等系统中能够成熟运用。因此，电气自动化技术在各个领域中应用是必然的，能够推动我国人工智能的发展，逐渐解放人类的劳动力，全面提升各行各业的工作效率，促进全球经济的发展。

因为科技水平不断提高，促进计算机网络技术在全球覆盖，许多企业的发展已经离不开计算机网络技术，改变以往的运行模式，能推动企业快速发展[9_10]。特别是水利水电行业，电气自动化技术在水利水电工程中已经熟练应用，形成了一种新型的运行模式，工程运行时无需大量的人工，利用计算机控制相关的机器设备运行，并合理优化机器设备运行机制，能显著减少人工操作的错误率。因此，目前的水利水电工程利用电气自动化技术可达到智能值班、智能监控等目的。电气自动化技术主要利用计算机技术以及监控设备等相互组成，利用计算机技术编程控制器模块达到系统自动化运行的功能，实现智能值班、智能监控等。

如图1所示，七一水利水电工程中采用电气自动化技术时，主要依靠现场控制线、RS485、传感器以及智能设备达到自动化的目的。根据工程规划设计合理的设备分布图，按照设备的顺序进行安装，最终能够得到一个电气自动化水利水电系统。该系统为开放式运行系统，具有扩展的功能，能够结合系统和结构上的差异性，然后合理调整监控体系。不仅如此，在系统结构中还安装有许多的配套设备，可使该系统的稳定性得到显著提高。

图1 七一水利水电工程电气自动化系统的构成

2 特点及应用价值

2.1 电气自动化特点

电气自动化技术具有许多特点。在七一水利水电工程中应用能够使现场调度的能力增强，合理调控各个机器的运行状态，提高机器的相互配合能力；能够降低一些能源的损耗，减少能源浪费，降低水利水电工程的运行成本。因此，对于七一水利水电工程而言，不仅能够提高能源的利用效率，也能提升机器间的配合能力，增强机器的工作能力。目前电气自动化技术是新型技术，结合了电子信息技术和计算机技术，其复杂性大，创新难度也高，但还是具有很大的发展空间。

2.2 应用价值

电气自动化技术能为水利水电工程带来许多经济价值。七一水利水电工程中应用电气自动化技术能合理控制每个机器设备，通过人工智能使每个机器都处于高效的运行状态。水利水电工程庞大的规模需要大量的设备支撑，人工调控无法使每个机器设备都相互协调运行，而采用电气自动化技术就能使各个机器相互调控运行，不仅能够减少人工运行成本，也能够提高调度水平。另外，还可以实现全面监控的目的。因为水利水电工程运行环境非常复杂，必须要实时监控机器的运行情况。电气自动化技术能够智能监控水利水电工程的机器运行情况，并通过大数据系统以及云计算技术提升监控的效率和质量，能显著提升监控系统的能力，为工程带来优质的监控监管服务。

3 应用优势

3.1 实现工程的自动化

电气自动化技术在七一水利水电工程中占有主导地位，通过该技术的应用，工作人员能快速检查水利工程的运行状况，而且能在机器设备出现异常时及时警报，并提供相关的位置和故障信息，达到及时维修或更换设备的目的。另外，还能减少工作人员的工作量，无需人工查找故障的位置，有效提升了工程的稳定性和可靠性。而且，电气自动化技术还能提高能源的利用率，减少工程的运行成本，降低发生安全事故的概率，延长机器设备的使用年限。

3.2 提升工程质量与效率

七一水利水电工程的运行涉及到许多机器，因此工程的运行具有一定的难度，合理利用电气自动化技术能井然有序地使各个机器设备进行工作，降低工程的运行难度，不仅提升了工程的生产效率，还达到了经济效益最大化的目的。伴随着监控装置全面安装，结合电气自动化技术，使监控系统更加的灵活，实现了水利水电工程故障监测的目的，可降低因设备故障造成的经济损失，提升了工程的稳定性，也达到无人监控的效果，降低了值班监管的成本。

3.3 有助于实现环保理念

采用电气自动化技术之前，水利水电工程主要为传统的人工操作，工作人员需要有高水平的控制技术，还要具有一定的专业知识才能够胜任这项工作，因此想招聘到合适的员工非常困难。另外，每个工作人员的工作方法和工作模式也是不同的，因此在工作过程中会造成水资源的浪费。采用电气自动化技术，通过计算机系统制定一个统一的工作模式，可固定每次生产的水资源量；而工作人员只需要对计算机进行相关参数设定，可科学合理控制能源的损耗，也提升了工作质量，达到水资源管控的目的，实现了自动化管理。而且，通过大数据系统，可利用大量的数据分析电气自动化技术应用的状况，然后不断优化调整运行系统，降低错误率。

4 管理应用分析

4.1 工程概况

七一水闸工程为中型的Ⅲ级建筑物，在钢板闸门上设置了8个孔，孔的净宽为12 m，其总宽达到96 m。洪水标准设计如下：20年一遇，其相对应的洪水水位是2.81 m，洪水流量为393 m3/s；50年一遇，其相对应的洪水水位是3.07 m，洪水流量为556 m3/s。

4.2 水闸自动化控制系统

七一水闸自动化系统能够实时监控配电房、上下游水位测量站以及水闸的工作情况，收集运行数据，通过控制提示系统和计算机互联网技术将数据传输到水闸自动化系统中，实时监控水闸和配电房的运行状态。工作人员可以从水闸自动化控制系统了解到相关的信息，也能分析其是否存在运行异常。如果设备出现了异常，工作人员能快速找到相应的解决方案，降低设备故障造成的损失。与此同时，系统还具有远程操控的功能，可实现远距离分析和查询工作，其具体功能如下：

(1)水闸监控和控制提示分析。水闸监控由现场操作系统和远程监控系统两个系统构成，前者可以为后者提供提示分析的结果。水闸监控系统通过现场手动控制子系统或者自动化控制子系统达到远程监控控制和分析的目的，两者相比，前者还具有互锁的能力。当监控设备运行时，液压控制系统对水闸进行监控和控制以及收集相关的数据，利用设备的以太接口输送信息，工作人员可以连接远程监控系统，收到由液压控制系统传递的信息，达到远程实时监控的目的，减少了工作人员的工作量。

(2)水文和水情监控分析。利用水情数据服务器传递实时收集的水文和水情信息，然后中央控制室需要登入以太网才能够得到水文和水情的相关数据和信息，达到实时监控的目的；然后再通过一定的计算和分析，得出科学合理可靠的结论。

(3)配电房的监控。在配电房中安装有监控设备以及监控系统，中央控制室能够实时控制配电房的电压和电流，也能检查电压和电流情况；一旦出现异常，配电房的监控系统会出现警报提示，提醒工作人员。

(4)中心数据处理。液压控制系统传输数据到中心数据处理系统，通过系统的计算分析，最终能够得到水闸运行情况。另外，还能记录水闸每日的流量、气压以及水位等数据，并将这些数据做成表格或者图像呈现出水闸相关信息的变化情况。该系统还能处理配电房的电压和电流数据，得到配电房的运行状况。

(5)Internet网络发布子系统。该系统具有数据处理、存储、分析的功能。利用监控系统得到的数据制定相关的模型以便观测工程的变化情况，利于工作人员作出相应的决策。工作人员能够将闸门管理的信息与配电房的信息相互结合，然后在Internet网络发布子系统设置相关的参数得到历史数据查询功能，有利于指挥中心和管理部门快速查询之前的数据，并且进行工程下一阶段发展预测。

4.3 闸体原型观测自动化控制系统

因为闸门受到水压力、环境等因素的影响，所以在进行闸体原型观测工作前，必须要设计好相关的机器设备和参数。一是采用闸体原型观测自动化系统，需要运用64只GKD型钢弦式隙水压力仪和莱卡TCA—2003型的全站仪，可以测量闸门因为水压力、环境等因素的影响而造成的水平位移和沉降的数值。二是做好观测点，有利于后期进行观测监督，提升观测效率。运用系统为Visval Basic 6.0自动化系统，操作更加简便，容易上手；而且该系统采取维护和扩展工作的难度也更加简单，具有大型的数据库，可提供丰富的数据信息。

4.4 一张图管理

基于“一张图”实现信息展示方式多样化、展示效果动态化、展示内容丰富化，宏观上把握工程整体分布，微观上了解工程全面信息；主要包括三维建模、全景浏览、三维展示等。建立水库三维模型，针对水库主坝、副坝、溢洪道闸门、取水塔进行精细建模，利用可视化技术及基于互联网的三维空间引擎服务，可清晰展示七一水库主坝、副坝、溢洪道闸门以及取水塔等工程的三维外部面貌。三维建模总范围约为10.0 km2，具体范围如图2所示。