劉冬紅

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)水能蘊(yùn)藏量及水電資源的優(yōu)勢(shì)和利用狀況，指出與發(fā)達(dá)國(guó)家相比在自動(dòng)化程度、安全性能、事故發(fā)生率和電能質(zhì)量等方面的差距，分四個(gè)方面闡述了自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的作用，及實(shí)際運(yùn)用中的效果。

關(guān)鍵詞：水電站自動(dòng)化 可靠性 經(jīng)濟(jì)性 電能質(zhì)量 生產(chǎn)率 效益

中圖分類號(hào)：F407.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0119-01

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源的匱乏，以及人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，水電作為清潔、環(huán)保的綠色能源順應(yīng)了形勢(shì)的要求。我國(guó)水能蘊(yùn)藏量6.9億千瓦，居世界首位。目前全國(guó)1/3以上地區(qū)電力資源由水電站提供，這幾年我國(guó)水電建設(shè)發(fā)展非常快，裝機(jī)容量已達(dá)2.3億千瓦，年發(fā)電量59200億kWh，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在自動(dòng)化程度、安全性能、事故發(fā)生率和電能質(zhì)量上，都存在著不少差距。特別是早期興建的水電站，受技術(shù)水平和社會(huì)條件限制，基本沒自動(dòng)化功能，大都是手動(dòng)常規(guī)控制的人工操作模式，中小型水電站自動(dòng)化更是幾乎為零。

1 自動(dòng)化技術(shù)在水電站的作用

水電站運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)，不僅可以通過預(yù)先設(shè)定的計(jì)劃或程序?qū)Ω鞣N設(shè)備信息進(jìn)行采集、處理和管理，還能全面的對(duì)電站生產(chǎn)過程進(jìn)行操作、控制和監(jiān)視，保障在無人（或少人）情況下安全穩(wěn)定運(yùn)行。是提高電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和管理水平的技術(shù)手段，也是衡量水電站現(xiàn)代化水平高低的重要標(biāo)志，作用主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

（1）全面提升操作和控制工作的可靠性。

水電站應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，一方面，可以對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式進(jìn)行自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)開機(jī)、停機(jī)、并列、發(fā)電與調(diào)相切換等操作自動(dòng)化。同時(shí)，通過各種自動(dòng)裝置快速、準(zhǔn)確、及時(shí)地進(jìn)行觀察、監(jiān)測(cè)、記錄和報(bào)警，對(duì)上述各項(xiàng)操作按設(shè)定的程序自動(dòng)控制，防止不正常工作狀態(tài)發(fā)展成事故，并自動(dòng)迅速對(duì)發(fā)生事故的設(shè)備采取保護(hù)措施使其免遭更嚴(yán)重的損壞，保證發(fā)供電的可靠性。另一方面，通過各種自動(dòng)裝置采集、分析處理各類數(shù)據(jù)，迅速、準(zhǔn)確、有效對(duì)發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、勵(lì)磁及調(diào)速裝置、機(jī)組附屬設(shè)備的電氣量、非電氣量、脈沖量、開關(guān)量和主要設(shè)備運(yùn)行工況做出正確診斷、訊速處理，減少誤操作的可能，減少發(fā)生事故的機(jī)會(huì)，大大加快操作或控制的過程。特別是在發(fā)生事故的緊急情況下，能迅速自動(dòng)做出檢測(cè)并啟動(dòng)安全保護(hù)，快速控制事故的延誤和擴(kuò)大，從而全面提升操作和控制工作的可靠性。

（2）大大增強(qiáng)了運(yùn)行中的協(xié)調(diào)性和經(jīng)濟(jì)性。

水電站應(yīng)用自動(dòng)化后，可根據(jù)系統(tǒng)要求以及分配給電站的負(fù)荷和電站的具體條件，按高水頭運(yùn)行的原則，合理選擇開機(jī)臺(tái)數(shù)，在機(jī)組間實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷變化自動(dòng)合理的調(diào)節(jié)機(jī)組的有功和無功功率等。此外，當(dāng)工作機(jī)組發(fā)生事故或電力系統(tǒng)頻率降低時(shí)，自動(dòng)開啟并投入備用機(jī)組；當(dāng)系統(tǒng)頻率過高，自動(dòng)調(diào)整或解除運(yùn)行機(jī)組保持高效運(yùn)行，以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。此外，水電站通常是水力資源綜合利用，許多還兼顧防洪、灌溉、航運(yùn)等多項(xiàng)要求，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件復(fù)雜，只憑人工控制分配、調(diào)度工作過程繁瑣，而自動(dòng)化技術(shù)能夠有效彌補(bǔ)這方面缺陷，提高電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行任務(wù)的目標(biāo)。對(duì)具有調(diào)節(jié)能力的電站，自動(dòng)化技術(shù)不但可對(duì)水庫(kù)來水進(jìn)行預(yù)報(bào)、計(jì)算，還可綜合水位、流量、系統(tǒng)負(fù)荷和機(jī)組參數(shù)等參量，按照經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則自動(dòng)控制，自動(dòng)維持發(fā)電機(jī)組的最佳運(yùn)行態(tài)勢(shì)，大大提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

（3）提高電能質(zhì)量，保障電能輸出質(zhì)量和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量好壞的二個(gè)最基本指標(biāo)，根據(jù)《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》和《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》的規(guī)定，電力電壓正常偏差不得超過額定值的±5%、頻率正常偏差不得超過額定值的±0.2～±0.5 Hz，電壓或頻率的穩(wěn)定主要取決于發(fā)供電中無功功率和有功功率供給的平衡度，而自動(dòng)化技術(shù)能自動(dòng)控制發(fā)電機(jī)頻率和電壓，迅速而又準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組輸出的無功功率和有功功率，保證發(fā)供電的電壓和頻率在規(guī)定范圍內(nèi)。特別是在發(fā)生事故的情況下，快速的調(diào)節(jié)和控制，對(duì)迅速恢復(fù)電能質(zhì)量具有決定性的意義，這個(gè)過程，單純靠人工手動(dòng)直接操作步驟多、操作繁瑣、時(shí)間長(zhǎng)，自動(dòng)化裝置的特點(diǎn)是快、精、準(zhǔn)，顯然不論是速度方面還是在精度方面人工手動(dòng)都是難于實(shí)現(xiàn)的。所以，在電站中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)，是提高電能質(zhì)量，保障電能輸出質(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的一個(gè)重要措施。

（4）優(yōu)化勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)環(huán)境，為減員增效創(chuàng)造條件。

水電站一般地處偏僻山區(qū)、荒郊野外，工作環(huán)境和工作條件都比較差。實(shí)行自動(dòng)化后，當(dāng)出現(xiàn)異?；虬l(fā)生事故時(shí)，能迅速而自動(dòng)地采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如：發(fā)出警報(bào)信號(hào)或緊急停機(jī)。此外，像對(duì)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子回路各電量的監(jiān)視；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)定子繞組和鐵芯以及各部軸承溫度的監(jiān)視；對(duì)機(jī)組潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)工作的監(jiān)視；對(duì)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)等輔助設(shè)備運(yùn)行工況的監(jiān)視等許多工作，都可由各種自動(dòng)裝置按一定的程序自動(dòng)完成。自動(dòng)化代替人工操作及定時(shí)巡回檢查、記錄等繁雜勞動(dòng)，大大減少運(yùn)行人員工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)可相應(yīng)減少運(yùn)行人員的數(shù)量，改變水電站人多、效率低的落后局面，向無人（少人）值守方式過渡，優(yōu)化勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，為減員增效創(chuàng)造條件。

2 實(shí)際中的作用和效果

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來發(fā)展來看，自動(dòng)化技術(shù)取代傳統(tǒng)的人工操作控制為主的手動(dòng)模式，是水電站現(xiàn)代化管理發(fā)展的大勢(shì)所趨，自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)化水電站運(yùn)行模式有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。如：浙江省慶元蘭溪橋水電站，在報(bào)廢重建中采用專家建議的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)按“無人值班、少人值守”的原則設(shè)計(jì)，具有遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙信、遙視“五遙”功能；集監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)、視頻監(jiān)視、電度量電費(fèi)統(tǒng)計(jì)及管理于一體，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，以工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)為上位機(jī)，由可編程序邏輯控制器PLC為基礎(chǔ)的機(jī)組公用現(xiàn)地控制單元為下位機(jī)、微機(jī)保護(hù)裝置、智能參數(shù)測(cè)量裝置和視頻采集裝置等組成。通過二年的運(yùn)行，采用自動(dòng)化技術(shù)后大大提高了水資源的利用率，年平均發(fā)電量增加了6%，電能質(zhì)量也有明顯提升，減少了運(yùn)行人員20%，減少了相應(yīng)的生活辦公支出近10%，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3 結(jié)語

實(shí)際證明自動(dòng)化技術(shù)在水電站作用和效果十分巨大，而我國(guó)早期興建的水電站大都已到報(bào)廢重建年限，其中又以中、小型水電站居多，在這些中、小型電站報(bào)廢重建中推廣運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)，不僅可以明顯提升水電站的經(jīng)濟(jì)效益，還可最大限度地優(yōu)化提高我國(guó)水電資源利用率，具有極其重要的意義和廣泛的前景！

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