电气自动化在水电站中的应用

肖鹏

摘要：电气设备自动化制造程度提高是我国水力发电厂现代化的重要历史标志之一，同时电气自动化制造技术也也是保证水力发电厂安全生产经济运行不可或缺的重要技术手段。本文主要重点介绍了水电站工程自动化的主要目的和具体内容以及水利电气工程自动化相关技术的未来发展，阐述了水利电气工程自动化相关技术在我国水利水电工程建设中的应用重要性。

关键词：电气自动化;水电站;应用

引言

近年来，随着我国电子技术的不断发展，水力发电厂自动化技术的迅猛发展，各种新型自动化装置不断推出，水力发电厂的自动化水平有了很大的提高。水电站系统运行设备自动化的最大一个优点是它大大提高了水电站设备运行的安全性和可靠性、运行过程中的成本经济性、电能综合利用后的质量、劳动生产率的大大提高和农村居民日常劳动生活条件的大大明显改善。

一、水电站概述

水力能源发电电能是广泛指水力利用不同水流的运动势能强度差异所产生的大量电能。其工作原理主要是将大量水能将其转化转变为其他机械性电能，然后再将其转化转变为其他电能。畸变使发电机旋转，将机械能转换回电能，电流可通过升压变压器和配电输电线路输送到负载中间接受电能。水量和水头是构成水力发电的条件因素。

二、分析水电站自动化的内容

1.完成对水轮发电机组运行方式的自动控制

一方面基本实现了电机起动运停自动并联、发电自动调相和火力调相并联输电的全程自动化，使上述各项操作按用户设定的操作程序自动运行完成，另一方面又使水车发电厂各机组按自动程序维护可使系统合理经济运行根据水车发电厂的实际要求和用户具体情况，自动选择最佳运行台数，实现机组间的经济负荷分配，并根据机组的无功功率自动调整活动系统负载的变化。另外，当工作部分发生事故或电网频率降低时，可自动启动并切换到备用部分，如果电网频率过高，可能会自动切断部分机组离开。

2.完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视

发电机定子及转子铁芯回路负载电量变化监测，定子铁芯绕组传动轴承及定子铁芯及配套发动机各种零部件回路温度变化监测，机组内部润滑油及冷却系统温度监测，机组调速系统监测。在异常工作环境或事故的情况下。快速自动地发送信号或采取适当的保护措施，例如紧急停止。

3.完成对辅助设备的自动控制

包括控制各种油泵、水泵、空气压缩机等，一旦发生事故，辅助设备自动切换到待机状态。

三、水电站自动化系统设计的特点

结构简单、功能强大：一台机组配置一面控制保护屏，即可完成机组数据（交流量、开关量、温度）监视、机组顺控、低压断路器、自动准同期、微机保护、微机励磁及计量等功能。

高集成性、稳定可靠：将一次和二次设备集成在一面屏内，简化了一二次设备的设计工作，减少了设备的接口环节，提高了可靠性;

操作簡单、使用方便：产品按照“无人值班”运行要求设计，自动化程度高，日常机组控制可实现现地“一按开停机”完成机组并网，也支持远程的“一键开停机”完成并网。

施工简单、维护方便：减少了电缆进出线，节约了电缆和电缆敷设工作，现场维护方便。

该产品与低压机组调速装置配合使用，使低压机组水电站真正实现无人值班。

四、设备选型及自动化设计

1.PLC在轴流桨式水轮机调速器中的应用

轴流式桨叶涡轮机广泛用于中低水头发电厂。由于涡轮叶片可以根据水量与导叶配合，可以通过增加增压涡轮的双启动头适用范围，为大型电厂建设创造更多的社会经济效益。水轮发电机组德国制造商为其设计制造的新型涡轮机机组提供了衡量一组不同叶片扬程的每个导叶叶片开度和不同叶片纵向旋转转动角度的横向关联系数曲线。调压器制造商根据此曲线在调速器中设置导叶和叶片。关联关系。但由于电厂实际运行时汽轮机扬程变化，上下游水位变化与厂家提供的参数相差很大，设备运行性能不佳，无法达到最佳状态。到相关曲线。因此，该类设备的调速器必须采用PLC的调速器，可以改变程序。在装置调试和后续运行过程中，可以获得不同扬程、上下游水位、手动耦合导叶和叶片的最佳接合曲线，然后修改并输入原始耦合曲线。

2.PLC在调节水库式电站调速器中的应用

蓄水电厂的运行水头变化很大。这类电厂的调速器和起动机开度通常是按汽轮机的设计扬程设计的，但当汽轮机扬程降低时，汽轮机低扬程运行时，电液调节器往往不能使装置起作用。当达到额定转速（自动状态）时，往往需要更换芯片来增加调节器的启动开度。或者，将电阻与开路指示器串联，以便稳压器输出值和开路指示器在启动组之间产生差异。当发电厂的水头小于设计水头时，应更换芯片或去掉串联电阻，防止设备启动过快，开放性好。

五、水电站电气自动化技术的发展

1.系统构成

主控控制单元主要采用智能计算机、可编辑的程序控制器（plc）或其他智能i/o、微机作为继电保护和开关专用化的智能自动测控控制单元，通过国际标准以太网与各本地检测控制站、智能单元等连接。它们通过现场总线有机连接，形成一个基于功能分工的分层分布式综合监控系统。

2.系统的主要特点

（1）开放的系统结构，层次清晰，可扩展性好。（2）分层分布式系统，可根据监控目标和功能进行配置，优秀的分布性、开放性和灵活性。（3）可靠性高。（4）灵活的配置界面，强大的人机界面功能和友好的界面，易于掌握，设计、调试和现场运行方便。

3.系统主要功能

（1）电站设备自动监测记录：包括开关信息监测、模拟量信息监测、故障/事故等闹钟。记录显示、记录显示SOE点数。（2）实现电厂自动化控制：根据电厂自身的具体情况，包括上级调度要求和自动化，对电厂设备进行操作或调整;装置启停及并机运行及工况自动转换、装置有功和无功负载自动调节、发电自动控制AGC、电压自动控制AVC、断路器动作等（3）市电保护及监控发电机、主变压器、线路设备及辅助设备等或设定值，所有报表可自动打印或调用，对操作人员进行模拟培训等。（5）系统通讯：高层调度、水基计量报告系统、办公自动化网络和其他计算机系统与实现信息资源共享，充分发挥整个系统的综合效益。

结束语

水电站全部采用电力自动化发电系统后，不仅不但可以有效提高水电站运行的社会经济效益和运行可靠性，保证全站电能利用质量。由于系统“五遥”的实现，电站运行能及时掌握前池水位变化，避免了因水头高，运行人员观察不便而造成水位过高浪费水资源;避免了因维护的疏忽而造成常规保护系统故障不能及时发现酿成设备事故;避免了系统事故跳闸运行人员操作延误造成机组飞车事故等，从而大大提高了电站运行的安全性和可靠性。此外，由于自动化程度的提高，电站能及时响应电网的要求，快速并网升荷，满足电网需要和电力用户的需求，为当地经济的发展作出了更大贡献。水电站建设电气工程综合施工自动化管理系统与一个水电站的质量生产和经济效益密切息息相关，随着现代国家推进能源产业结构调整和促进水资源合理开发综合利用的不断增加，水电站施工综合电气自动化管理系统已应用成为广泛。在越来越多的大型节水建筑工程中广泛使用，发挥更大的节水作用。

参考文献：

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