符 震

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511300）

隨著科技的發(fā)展，電氣工程自動化技術(shù)也在不斷地發(fā)展，在這種情況下，將電氣工程和自動化技術(shù)相結(jié)合，能夠提高水電站自身競爭力，給水電站帶來更多的效益。通過對電氣工程自動化技術(shù)進行優(yōu)化，可以有效地改善水電站的運營與管理。新技術(shù)的應(yīng)用在某種程度上也體現(xiàn)了水電開發(fā)的水平。在目前的大環(huán)境下，水電工程的規(guī)模迅速擴張，電力設(shè)施的種類和功能也呈現(xiàn)出多樣化的特點。若能將自動控制技術(shù)全部引入，將大大改善水電站的發(fā)電和運營效益[1]。

1 應(yīng)用電氣工程自動化技術(shù)的必要性

水電站的工作就是把自然界的水能轉(zhuǎn)換成電力，以滿足人民的需要。將電氣工程自動化技術(shù)引入水電站，能夠?qū)崿F(xiàn)自動監(jiān)控、遠程控制、發(fā)電自動化、安全運行等多種功能，充分體現(xiàn)了電氣工程自動化技術(shù)在水電站中的重要作用。把電氣工程的自動化技術(shù)和水電站的運行情況結(jié)合起來，能夠提高電廠的穩(wěn)定運行。隨著人民的生活水平的不斷提高，對電氣工程自動化技術(shù)的要求也越來越高，因此，如何給用戶提供優(yōu)質(zhì)的電氣工程自動化技術(shù)是一個很大的挑戰(zhàn)。電氣工程自動化技術(shù)在水電站中有著廣闊的應(yīng)用前景，對其進行監(jiān)測，能夠有效地改善其工作效率和工作品質(zhì)，保證人民的生命安全。電氣工程自動化技術(shù)還可以減少電廠的運行費用，因為它可以實現(xiàn)對電廠的節(jié)能控制，利用電氣工程自動化技術(shù)，可以精確地確定所需的設(shè)備，合理地規(guī)劃運行機組，保證用最少的運行機組，產(chǎn)生最大電能。電氣工程自動化技術(shù)可以使電廠的運行效率得到有效的提升，從而使水電站和電氣工程自動化技術(shù)結(jié)合起來，對水電站的發(fā)展起到了推動作用[2]。

2 水電站電氣工程自動化技術(shù)的基本特征

2.1 自動性

電氣工程自動化技術(shù)最突出的特點就是實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的自動監(jiān)控和控制，從而使水電站在電氣系統(tǒng)中的手動操作得到了有效的替代。電氣工程的自動化有多種技術(shù)方法，其中，電氣監(jiān)控和自動監(jiān)控的方式應(yīng)該放在系統(tǒng)的核心和管理位置。目前水電工程中存在著大量的電氣設(shè)備，因此，電氣自動化的工程安全監(jiān)控手段應(yīng)該在水電站的安全管理中得到全面的體現(xiàn)，并使其在水電站的安全管理中得到充分的體現(xiàn)。采用自動控制的水電工程，采用安全監(jiān)控和控制方式，可節(jié)省實際運行費用[3]。

2.2 節(jié)能性

大型水電站的節(jié)能和環(huán)境效益越來越受到重視，將能源控制技術(shù)與水電站的安全管理相結(jié)合是非常必要的。實現(xiàn)電氣工程自動化技術(shù)的根本理念是：合理利用已有的水電資源，避免其自然生態(tài)資源的浪費。電氣自動化是水電站節(jié)能改造的重要技術(shù)措施之一。水電工程的自動化控制技術(shù)是一項節(jié)能環(huán)保的技術(shù)，它的能耗有了顯著下降的趨勢。采用自動化的電力控制方式，不僅可以節(jié)省常規(guī)能源，而且可以有效地降低對生態(tài)和環(huán)境的損害[4]。

3 水電站電氣工程自動化技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)運行控制

從電廠整體運營控制的角度來看，電氣系統(tǒng)的運行控制應(yīng)該放在電廠的中心位置。然而，就目前水電的運行和控制情況來看，水電企業(yè)的技術(shù)人員還是更傾向于采用人工控制的方法。所以，必須改變大型水電站的系統(tǒng)控制方式，大力推廣電力自動化監(jiān)控技術(shù)。在對電廠用水過程進行自動化管理和控制時，要精確地控制系統(tǒng)能耗的幅度，并根據(jù)電廠的基本使用需要，加快水泵等機械設(shè)備的壽命，節(jié)約電廠電氣自動運行控制成本[5]。

3.2 機械速度調(diào)整

由于水電站是大型自動化運行的大型機組，其機械設(shè)備的安全使用性能測試是必然的。采用電氣自動化的機械式調(diào)速控制方式，在節(jié)省工時上起到了很大的作用，可以達到對機器運轉(zhuǎn)速度進行動態(tài)調(diào)節(jié)的效果。在實際應(yīng)用中，水電機組的運行速度要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)終端來進行動態(tài)調(diào)節(jié)，這樣才能有效地提高機組運行效率。

以渦輪推進器為代表的重要水力發(fā)電機械，全面實施自動操縱控制，其關(guān)鍵在于根據(jù)目前的水位波動狀況，精確、實時地監(jiān)控葉片曲線的變化狀況。技術(shù)人員需要對遠程采集到的各種影響因素進行全面的判斷和分析，采用最優(yōu)的組合技術(shù)方法，確保葉片的轉(zhuǎn)速達到理想的效果。而且，水電站電氣工程還應(yīng)對水輪機等各種設(shè)備進行全面的調(diào)速控制，確保大型水電站的發(fā)電系統(tǒng)運行平穩(wěn)。在實際操作中，采用自動調(diào)速技術(shù)對機器轉(zhuǎn)速進行實時的測量，并將其傳送到智能監(jiān)控中心。然后，通過智能控制中心對已有的機器進行調(diào)速以及操作參數(shù)進行合理的修改[6]。

3.3 水庫電站管理

水庫電站的系統(tǒng)控制和管理重點應(yīng)該是：要嚴格地保證其合理的運行速率。大型水庫水電站應(yīng)配備自動化調(diào)速器，并充分利用調(diào)速器的自動裝置，以保證水庫電站運行的最佳運行效果。水電站值班人員要實時監(jiān)控電廠的動態(tài)變化，避免在采集到的數(shù)據(jù)和信息上出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。水電機組的運行安全性能要求是必需的。對水電站的電氣系統(tǒng)運行進行了嚴密的監(jiān)控，最大限度地提高了電廠的綜合效益。

水電站是根據(jù)當?shù)厍闆r，充分利用天然能量。但同時也有一些不確定的因素，例如，在運行過程中，由于水源的變動，水頭會發(fā)生很大的變化，導(dǎo)致機組的水力調(diào)整系統(tǒng)很難保持正常的工作狀態(tài)。在水力發(fā)電廠中，水輪機組的水力調(diào)整是其動力核心。所以，當機組的水力調(diào)整系統(tǒng)發(fā)生故障時，將會對機組的工作效率和供電品質(zhì)產(chǎn)生直接的影響。針對這種狀況，采用 PLC設(shè)備對水庫式水電站的調(diào)速系統(tǒng)進行了優(yōu)化，并根據(jù)實際情況，采用不同的水位來實現(xiàn)相應(yīng)的自動閉合和自動打開。這樣才能有效地保障水庫型電站的供電和安全運行[7]。

3.4 設(shè)備監(jiān)測與檢修

在長時間的頻繁使用中，大型水庫電站的設(shè)備很容易出現(xiàn)設(shè)備的安全運行問題。電氣自動化的工程保障技術(shù)手段應(yīng)該能使電廠值班人員對已有的設(shè)備故障進行正確的定位，以達到對設(shè)備進行換裝維修的目的。在水電站水力發(fā)電系統(tǒng)中，若出現(xiàn)突然的操作失效，會導(dǎo)致整個水力發(fā)電系統(tǒng)的停機。要達到水電系統(tǒng)的最佳利用效率，就需要對其進行故障檢測和處理。水電機組常見故障的外部表現(xiàn)多種多樣，需要通過專業(yè)的儀器和設(shè)備對其進行正確的診斷。利用專業(yè)的水電設(shè)備故障診斷技術(shù)，可以準確地確定故障的位置。

水電站裝置在使用一段時間后，會逐漸老化，故應(yīng)定期進行元件升級，以保證更新后的水力發(fā)電系統(tǒng)能夠保持較好的工作效率。技術(shù)人員應(yīng)該開展專門的安全能測試，以保證在最短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)水電系統(tǒng)的安全運行問題。水電系統(tǒng)的運行性能試驗必須達到正常運行水平，才可以延長機組的壽命，并合理地節(jié)省運行維護的技術(shù)實踐資源。近年來，自動化監(jiān)控技術(shù)在水電系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，在電力系統(tǒng)的故障診斷和診斷中得到了充分的應(yīng)用。水電站主管部門要正確掌握各類自動監(jiān)控儀表的運用，以達到提高機組綜合利用效率的目的。電廠技術(shù)人員要對機組在不同時期的運行情況進行全面的收集，從而正確地判斷機組的運行和故障的規(guī)律，從而制定出一套更為科學(xué)、合理的機組維護計劃[8]。

3.5 PLC 在水輪發(fā)電機自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.5.1 PLC 安裝于水輪發(fā)電機

精確分析 PLC 的應(yīng)用要領(lǐng)，實現(xiàn)與水輪發(fā)電機配套安裝，實現(xiàn)自動運行、自動調(diào)速，并能為輔助裝置提供數(shù)據(jù)和信息。使得水輪發(fā)電機組在運行中能得到最好的改進，從而保證電網(wǎng)的平穩(wěn)、安全、高效、可靠。此外，在水輪發(fā)電機上裝有 PLC，當發(fā)生緊急情況時，它還能自動保護自己，及時切斷電源，并能發(fā)出報警信號。在 PLC 安裝的過程中，可根據(jù)工作經(jīng)驗和實際需求，在安裝 PLC 的過程中，將預(yù)先準備好的方案植入系統(tǒng)中，以達到自動處理突發(fā)情況的目的，應(yīng)對設(shè)備操作中出現(xiàn)的意外情況。比如，一個簡單的故障，水輪發(fā)電機可以按照事先的計劃進行緊急的調(diào)整和恢復(fù)，即使是復(fù)雜的故障，也可以通過分析、判斷、指導(dǎo)，迅速地進行維修，從而有效地保護設(shè)備，降低維護費用，提高經(jīng)濟效益。

3.5.2 水輪發(fā)電機的開機控制

汛期對機組啟動方式有很大的影響，因此可以根據(jù)不同的時間，采用PLC 技術(shù)實現(xiàn)自動啟動。水輪機的工作原理，主要靠主軸的選擇來實現(xiàn)。（1）對供水水質(zhì)進行調(diào)節(jié)。在實際工作中，為了確保水輪發(fā)電機的正常運轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮其應(yīng)有的效率，必須對水流進行準確的分析、預(yù)判，并最終確定電機的規(guī)格。（2）不在洪峰時段。為了調(diào)整水輪機的開關(guān)量，操作人員必須依據(jù)水源的純度和設(shè)備條件進行操作。（3）確定調(diào)速器是否起動。該系統(tǒng)具有高難度、繁重的特點，耗費大量的時間、人力和物力成本，但通過 PLC 技術(shù)，可以通過對歷史數(shù)據(jù)的編程實現(xiàn)對設(shè)備的自動控制。精確判斷運行規(guī)范、速度參數(shù)，可以大幅提升機組的工作效率和品質(zhì)，使機組真正達到無人操縱的新模式。

3.5.3 水輪發(fā)電機的停機控制

社會在快速地發(fā)展，建筑需要大量的能量，特別是對生活和生產(chǎn)的影響，所以，對電力的需求量越來越大，很多設(shè)備都在超負荷工作，使它的安全使用壽命大為降低，這種現(xiàn)象不但會影響到可靠的供電，而且還會帶來一系列額外的成本。在實際工作中，風(fēng)門卡住是一種常見的故障，通常都是由人工來解決，而通過 PLC 技術(shù)，可以對其進行改造，從而達到故障控制的目的，可有效縮短剎車時間，保證設(shè)備的安全使用[9]。

4 水電站電氣工程自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢

根據(jù)目前電氣工程自動化技術(shù)的發(fā)展情況，水電站的環(huán)境保護技術(shù)和節(jié)能技術(shù)措施已經(jīng)全面推廣。然而，目前電站的運行和安全監(jiān)控工作中還存在著一些漏洞和缺陷，使其有可能出現(xiàn)大規(guī)模的電力系統(tǒng)失效。從這一點來看，電力工程自動化在水電站的安全管理中應(yīng)該引起足夠的重視，并保證技術(shù)人員能正確地使用和使用，利用遠程監(jiān)控的技術(shù)手段來保證電站的綜合效益最大化。就目前的實際工作而言，水電工程自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢有以下幾點。

4.1 水電站管理平臺結(jié)構(gòu)一體化

采用自動化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化等技術(shù)，可大大減少水電工程的安全管理費用，建立一套完整的結(jié)構(gòu)-集成的水力發(fā)電系統(tǒng)，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)進行有效的采集和控制，滿足了水電系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源共享的要求。電力自動化終端監(jiān)控裝置應(yīng)充分共享實時獲取的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)。通過這種方式，可以增強電廠各個行業(yè)的員工之間的聯(lián)系和交流。

集成的電力設(shè)備安全監(jiān)控平臺對電力設(shè)備的故障檢測具有重要意義。綜合考慮水電遠距離空間環(huán)境、設(shè)備安全性能、能耗狀況等因素，可以有效地提高水電自動化的效益。集成式水電站安全管理信息采集系統(tǒng)，可保證水電站在正常運行中發(fā)揮最大的作用，并可從整體上預(yù)防水電站發(fā)生的安全事故[10]。

4.2 全面提升水電站的運轉(zhuǎn)效率

隨著水電站電氣工程自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，電站的發(fā)電控制效率將得到極大的提高。水電站的運行效率主要依賴于電廠的控制技術(shù)，采用高效、規(guī)范化的電力系統(tǒng)，可以顯著地改善電廠的機電系統(tǒng)的運行效率。水力發(fā)電的正常運行，提高了水電站自動化控制和管理的效率，對水電站已有的發(fā)電系統(tǒng)進行了有效的利用。

5 結(jié)語

總之，科學(xué)技術(shù)的進步，各種新技術(shù)層出不窮，我國的水利水電事業(yè)也在飛速發(fā)展，水電工業(yè)也在飛速發(fā)展，水電站作為國家的基礎(chǔ)工業(yè)，正在逐步向新技術(shù)發(fā)展。電力自動化技術(shù)在水電站建設(shè)中的運用，使其在建設(shè)中取得了長足的進展，并伴隨著水電工業(yè)的發(fā)展而逐步完善。