水電站電氣工程自動化技術(shù)應(yīng)用

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摘要:近年來，經(jīng)濟社會的快速發(fā)展在一定程度上推動了科學(xué)技術(shù)的研究應(yīng)用，特別是電氣工程自動化技術(shù)越來越成為水電站建設(shè)必不可少的部分。文章系統(tǒng)闡述了水電站自動化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上探析了電氣工程自動化技術(shù)在水庫式電站調(diào)速器、水油氣控制、渦輪螺旋槳調(diào)速中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:水電站;自動化;電氣工程;技術(shù)應(yīng)用

引言

電氣工程自動化技術(shù)能夠?qū)崟r的監(jiān)督相關(guān)設(shè)備的運作狀況，從而獲取系統(tǒng)、完善的監(jiān)控日志，提高水電站工作可靠性［1］。若某一環(huán)節(jié)或設(shè)備出現(xiàn)異常，系統(tǒng)就會自動識別引起故障的原因并及時發(fā)出警報，從而為故障的及時處理和水電站的正常運作提供有利條件，詳細流程如圖1。從工頻與電壓的角度，保證水電站電能水平的關(guān)鍵是電氣工程自動化技術(shù)擁有的穩(wěn)定性能，其中有功和無功功率為干擾水電站電能質(zhì)量的關(guān)鍵因素，這是由于不穩(wěn)定狀態(tài)下的電網(wǎng)負荷運作，在很大程度上影響了電能水平［2］。因此，該項技術(shù)的應(yīng)用需要配備專業(yè)的技術(shù)人員，通過調(diào)試發(fā)電機組促使工頻與電壓在允許范圍內(nèi)工作，在此基礎(chǔ)上保證水電站電能質(zhì)量。將電氣工程自動化技術(shù)應(yīng)用于水電站中，能夠分析負載數(shù)量及其運行狀況，有利于實現(xiàn)以最低的成本獲取最大的效益以及做好相關(guān)調(diào)度工作，因此該項技術(shù)的應(yīng)用可以提高水電站的經(jīng)濟性。一般條件下，水電站大多建于偏遠的地區(qū)，相應(yīng)的工作環(huán)境較為艱苦，若將自動化技術(shù)滲透至水電站，采用相關(guān)程序就可實現(xiàn)相當一部分工作，由此降低了作業(yè)人員工作量和工程投資成本，并顯著提升水電站生產(chǎn)能力［3］。

1水電站自動化技術(shù)應(yīng)用

1.1現(xiàn)狀分析

通過深入研究自動化模塊發(fā)現(xiàn)，在實際生產(chǎn)工作中該模塊保障了水電廠無人化管理效果的實現(xiàn)，這與現(xiàn)代化發(fā)展要求相符，詳見圖2。自動化計算的使用與水電站的安全運行狀態(tài)密切相關(guān)，主要體現(xiàn)在自動化內(nèi)容、應(yīng)用模式等方面，且對電力系統(tǒng)的正常運行發(fā)揮著重要作用。從運作模式的角度，電氣工程自動化技術(shù)與相關(guān)設(shè)備形式、布置模塊等關(guān)系密切;從水輪電機組運作的層面，科學(xué)調(diào)整發(fā)電模塊的自動化是必不可少的環(huán)節(jié)，為了保證相關(guān)程序能夠順利運作必須要求相關(guān)人員規(guī)范操作［4］。例如，應(yīng)全面掌握該系統(tǒng)的實際情況以及工作要求，通過合理的優(yōu)化機組運行、科學(xué)分配相關(guān)負荷模塊、自動調(diào)節(jié)機組相關(guān)功率等，確保機組的穩(wěn)定運作及其效果的最優(yōu)化，為降低事故發(fā)生概率和滿足相關(guān)負荷要求提供保障。在水電站中應(yīng)用自動化技術(shù)，有利于全面掌握工程運行實際狀況，對此需要應(yīng)用到相關(guān)輔助設(shè)備以及發(fā)電機組，例如有效控制各個軸承溫度、實時觀察發(fā)電機定子等，從而保證其符合實際要求。此外，還要最大程度的避免無法工作的情況，確保實際工作中各項保護措施的落實，對出現(xiàn)信號變化的現(xiàn)象采取有效的對策，并科學(xué)控制相關(guān)輔助設(shè)備，主要是指對空壓機的控制，確?？諌簷C等設(shè)備符合備用機組要求。最后，隨著保護、控制等各類模塊的多樣化發(fā)展，為企業(yè)全面掌握工程實際狀況以及工程項目的順利運行提供了重要保障，這符合現(xiàn)代化發(fā)展需求。

1.2技術(shù)優(yōu)化

1)計算機技術(shù)。電子計算機的應(yīng)用是自動化工作模塊發(fā)展的必然趨勢，為更好的優(yōu)化設(shè)計水電站，對于該模塊技術(shù)人員要不斷的優(yōu)化改進［5］。同時，在監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用計算機技術(shù)，有利于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的人工工作模式，為優(yōu)化相關(guān)自動化程序以及減少工程投資提供有利條件。考慮不同的結(jié)構(gòu)功能，在系統(tǒng)中可編程序控制器以及計算機發(fā)揮著重要作用，技術(shù)人員有必要完善相關(guān)測控裝置與微機繼電保護裝置間的協(xié)調(diào)性，從而為系統(tǒng)的順利運行奠定堅實的基礎(chǔ)。2)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過分析自動化工作模塊發(fā)現(xiàn)，該體系結(jié)構(gòu)的拓展性較強。在搭建分布式分層系統(tǒng)時，相關(guān)企業(yè)要合理優(yōu)化監(jiān)控對象，通過科學(xué)配置相關(guān)功能確保實現(xiàn)其自身靈活效果。此外，為保證自動化模塊處于安全工作狀態(tài)，應(yīng)結(jié)合具體要求科學(xué)調(diào)整有關(guān)配置;同時，為便于未來系統(tǒng)的升級改造，技術(shù)人員應(yīng)盡量選用相關(guān)新型技術(shù)，如Windows操作系統(tǒng)等。3)實時監(jiān)控優(yōu)化。系統(tǒng)研究系統(tǒng)全部功能可知，自動化系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控電站設(shè)備的運行情況，實時采集、及時處理相關(guān)相關(guān)，從而為監(jiān)視工作提供所需要的數(shù)據(jù)信息，促使監(jiān)視模塊、故障報警模塊等協(xié)調(diào)效果的實現(xiàn)，為順利運作電站自動控制模塊提供保障。在達到水電站自身發(fā)展及其有關(guān)要求的情況下，技術(shù)人員要適當調(diào)整相關(guān)設(shè)備，如斷路器操作、運行工況自動轉(zhuǎn)換等諸多內(nèi)容。4)自動記錄模塊優(yōu)化。結(jié)合自動化模塊實際工作狀況，技術(shù)人員需要適當完善線路、發(fā)電機等相關(guān)設(shè)備，從而提高水電站的管理質(zhì)量，這也有利于生成高精度的運行報表，通過優(yōu)化操作自動記錄模塊、做好整定值以及相關(guān)參數(shù)儲存工作，為順利生成有關(guān)報表提供有利條件。最后，還要整合各調(diào)度系統(tǒng)，從而確保各應(yīng)用程序達到協(xié)調(diào)狀態(tài)。5)太網(wǎng)構(gòu)成模塊的優(yōu)化。在實際運作過程中，對于不同工作站的協(xié)調(diào)處理應(yīng)引起相關(guān)企業(yè)的高度重視，由此保證相關(guān)設(shè)備的協(xié)調(diào)運行，確保不同工作模塊均處于協(xié)調(diào)狀態(tài)，并為實現(xiàn)太網(wǎng)模塊優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。另外，還要適當?shù)目刂茋H標準協(xié)議，通過對競爭式通訊模式的靈活使用保證雙絞線傳輸介質(zhì)的正常應(yīng)用，一般控制節(jié)點數(shù)不低于255。顯然，自動化系統(tǒng)的應(yīng)用能夠促使遙調(diào)程序、保護程序等處于協(xié)調(diào)狀況，有利于提高系統(tǒng)的精準度和控制靈活性。6)供電系統(tǒng)優(yōu)化。在優(yōu)化供電系統(tǒng)時相關(guān)企業(yè)取得了明顯成效，大大降低了發(fā)生供電事故的概率。從優(yōu)化處理程度的角度上，通過做好新型設(shè)備更新工作以及不斷優(yōu)化計算機監(jiān)控體系狀態(tài)，有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，為促進水電站的發(fā)展提供有力保障。然而，隨著對水資源開發(fā)力度的加大和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，在相關(guān)領(lǐng)域中水電站綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用越來越得到人們的認可，未來必將發(fā)揮更大的功能作用。

2水電站電氣自動化技術(shù)應(yīng)用

2.1在水庫式電站調(diào)速器方面的應(yīng)用

從發(fā)電站層面上，水輪機設(shè)計水頭是支撐水流整個流程的內(nèi)在動力，并且從開始到結(jié)束水頭具有較大的變化范圍。在水頭持續(xù)下降的條件下，機組額定轉(zhuǎn)速目標無法僅僅依靠相關(guān)汽輪機液壓調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)，此時就需要技術(shù)人員采取增加串聯(lián)電阻或更換芯片的處理方式，同時還要以開放的形式適當調(diào)整輸出產(chǎn)生情況。針對處理后仍然低于設(shè)計水頭的情況，為了有效解決該問題技術(shù)人員要拆除串聯(lián)電阻或者更換掉芯片，而PLC的應(yīng)用有利于調(diào)節(jié)水頭高度，并且為機組的關(guān)閉與打開提供了有力條件，實際工程中其應(yīng)用效果顯著［6］。

2.2對水、油、氣控制上的應(yīng)用

一般條件下，技術(shù)人員必須確保系統(tǒng)參數(shù)的精準度，通過有效的控制水、氣、油以及實行自動化策略實現(xiàn)異常情況的精準檢測。例如，加強對供水系統(tǒng)、設(shè)備運行啟閉和關(guān)閉技術(shù)的研究，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行和驅(qū)動泵系統(tǒng)的順利運作，為實現(xiàn)預(yù)期目標提供技術(shù)支持。然而，從水、天然氣和石油控制的角度，技術(shù)人員必須確保泵站機組的安全運行，從而實現(xiàn)節(jié)約成本、控制投資的目的。

2.3在渦輪螺旋槳調(diào)速中的應(yīng)用

在中低水頭電站中軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機的應(yīng)用最為常見，這是由于在水中不同的導(dǎo)葉水輪機可以實現(xiàn)較好的協(xié)調(diào)工作，從而取得可觀的經(jīng)濟效益，并顯著提升工程質(zhì)量?？紤]到水位的變化以及電站水輪機水頭的差異，對其調(diào)整過程中必須參考廠家提供的參數(shù)值，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的最佳運行，以上這種情況調(diào)節(jié)時通常會利用可編程邏輯控制器(PLC)實現(xiàn)。顯然，在相關(guān)水頭聯(lián)合作用以及機組調(diào)試運行情況下，采用手工組合葉片的方式更加適用于下游水位變化的情況，以科學(xué)的組合曲線確保機組葉片的正常運轉(zhuǎn)，然后通過調(diào)整PLC單元以及優(yōu)化以往的組合曲線，可以最大程度的促使渦輪螺旋槳達到最佳的運行狀態(tài)。

3結(jié)論

綜上所述，目前仍有部分小型水電站存在自動化水平低、產(chǎn)能落后等問題，這不僅嚴重影響著企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且會進一步加劇小型水電的缺陷，因此在改造小型水電缺陷時自動化技術(shù)的應(yīng)用必將成為未來的發(fā)展趨勢。文章深入探究了自動化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合實踐經(jīng)驗提出一些行之有效的對策，為其他類似電站自動化技術(shù)的應(yīng)用提供借鑒。

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作者：馬德輝 單位：本溪關(guān)門山水庫實業(yè)有限公司