水電站電氣工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

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摘要:近年來，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展在一定程度上推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的研究應(yīng)用，特別是電氣工程自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化;電氣工程;技術(shù)應(yīng)用

引言

電氣工程自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)督相關(guān)設(shè)備的運(yùn)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(huì)自動(dòng)識(shí)別引起故障的原因并及時(shí)發(fā)出警報(bào)，從而為故障的及時(shí)處理和水電站的正常運(yùn)作提供有利條件，詳細(xì)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(dòng)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(fù)荷運(yùn)作，在很大程度上影響了電能水平［2］。因此，該項(xiàng)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(jī)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(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于水電站中，能夠分析負(fù)載數(shù)量及其運(yùn)行狀況，有利于實(shí)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(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可以提高水電站的經(jīng)濟(jì)性。一般條件下，水電站大多建于偏遠(yuǎn)的地區(qū)，相應(yīng)的工作環(huán)境較為艱苦，若將自動(dòng)化技術(shù)滲透至水電站，采用相關(guān)程序就可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)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(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

1.1現(xiàn)狀分析

通過深入研究自動(dòng)化模塊發(fā)現(xiàn)，在實(shí)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(shí)現(xiàn)，這與現(xiàn)代化發(fā)展要求相符，詳見圖2。自動(dòng)化計(jì)算的使用與水電站的安全運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)，主要體現(xiàn)在自動(dòng)化內(nèi)容、應(yīng)用模式等方面，且對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。從運(yùn)作模式的角度，電氣工程自動(dòng)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(jī)組運(yùn)作的層面，科學(xué)調(diào)整發(fā)電模塊的自動(dòng)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(yùn)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(shí)際情況以及工作要求，通過合理的優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行、科學(xué)分配相關(guān)負(fù)荷模塊、自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組相關(guān)功率等，確保機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)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(fù)荷要求提供保障。在水電站中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，有利于全面掌握工程運(yùn)行實(shí)際狀況，對(duì)此需要應(yīng)用到相關(guān)輔助設(shè)備以及發(fā)電機(jī)組，例如有效控制各個(gè)軸承溫度、實(shí)時(shí)觀察發(fā)電機(jī)定子等，從而保證其符合實(shí)際要求。此外，還要最大程度的避免無法工作的情況，確保實(shí)際工作中各項(xiàng)保護(hù)措施的落實(shí)，對(duì)出現(xiàn)信號(hào)變化的現(xiàn)象采取有效的對(duì)策，并科學(xué)控制相關(guān)輔助設(shè)備，主要是指對(duì)空壓機(jī)的控制，確?？諌簷C(jī)等設(shè)備符合備用機(jī)組要求。最后，隨著保護(hù)、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(shí)際狀況以及工程項(xiàng)目的順利運(yùn)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(jì)算機(jī)技術(shù)。電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用是自動(dòng)化工作模塊發(fā)展的必然趨勢(shì)，為更好的優(yōu)化設(shè)計(jì)水電站，對(duì)于該模塊技術(shù)人員要不斷的優(yōu)化改進(jìn)［5］。同時(shí)，在監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)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(dòng)化程序以及減少工程投資提供有利條件?？紤]不同的結(jié)構(gòu)功能，在系統(tǒng)中可編程序控制器以及計(jì)算機(jī)發(fā)揮著重要作用，技術(shù)人員有必要完善相關(guān)測(cè)控裝置與微機(jī)繼電保護(hù)裝置間的協(xié)調(diào)性，從而為系統(tǒng)的順利運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過分析自動(dòng)化工作模塊發(fā)現(xiàn)，該體系結(jié)構(gòu)的拓展性較強(qiáng)。在搭建分布式分層系統(tǒng)時(shí)，相關(guān)企業(yè)要合理優(yōu)化監(jiān)控對(duì)象，通過科學(xué)配置相關(guān)功能確保實(shí)現(xiàn)其自身靈活效果。此外，為保證自動(dòng)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(shí)，為便于未來系統(tǒng)的升級(jí)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(shí)時(shí)監(jiān)控優(yōu)化。系統(tǒng)研究系統(tǒng)全部功能可知，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電站設(shè)備的運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)采集、及時(shí)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(bào)警模塊等協(xié)調(diào)效果的實(shí)現(xiàn)，為順利運(yùn)作電站自動(dòng)控制模塊提供保障。在達(dá)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(dāng)調(diào)整相關(guān)設(shè)備，如斷路器操作、運(yùn)行工況自動(dòng)轉(zhuǎn)換等諸多內(nèi)容。4)自動(dòng)記錄模塊優(yōu)化。結(jié)合自動(dòng)化模塊實(shí)際工作狀況，技術(shù)人員需要適當(dāng)完善線路、發(fā)電機(jī)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(yùn)行報(bào)表，通過優(yōu)化操作自動(dòng)記錄模塊、做好整定值以及相關(guān)參數(shù)儲(chǔ)存工作，為順利生成有關(guān)報(bào)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(dá)到協(xié)調(diào)狀態(tài)。5)太網(wǎng)構(gòu)成模塊的優(yōu)化。在實(shí)際運(yùn)作過程中，對(duì)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(yùn)行，確保不同工作模塊均處于協(xié)調(diào)狀態(tài)，并為實(shí)現(xiàn)太網(wǎng)模塊優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。另外，還要適當(dāng)?shù)目刂茋H標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，通過對(duì)競(jìng)爭(zhēng)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(diǎn)數(shù)不低于255。顯然，自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用能夠促使遙調(diào)程序、保護(hù)程序等處于協(xié)調(diào)狀況，有利于提高系統(tǒng)的精準(zhǔn)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(shí)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(jì)算機(jī)監(jiān)控體系狀態(tài)，有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為促進(jìn)水電站的發(fā)展提供有力保障。然而，隨著對(duì)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(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用越來越得到人們的認(rèn)可，未來必將發(fā)揮更大的功能作用。

2水電站電氣自動(dòng)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(jī)設(shè)計(jì)水頭是支撐水流整個(gè)流程的內(nèi)在動(dòng)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(jī)組額定轉(zhuǎn)速目標(biāo)無法僅僅依靠相關(guān)汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)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(shí)還要以開放的形式適當(dāng)調(diào)整輸出產(chǎn)生情況。針對(duì)處理后仍然低于設(shè)計(jì)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(jī)組的關(guān)閉與打開提供了有力條件，實(shí)際工程中其應(yīng)用效果顯著［6］。

2.2對(duì)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(zhǔn)度，通過有效的控制水、氣、油以及實(shí)行自動(dòng)化策略實(shí)現(xiàn)異常情況的精準(zhǔn)檢測(cè)。例如，加強(qiáng)對(duì)供水系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)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(yùn)行和驅(qū)動(dòng)泵系統(tǒng)的順利運(yùn)作，為實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)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(jī)組的安全運(yùn)行，從而實(shí)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(jī)的應(yīng)用最為常見，這是由于在水中不同的導(dǎo)葉水輪機(jī)可以實(shí)現(xiàn)較好的協(xié)調(diào)工作，從而取得可觀的經(jīng)濟(jì)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(jī)水頭的差異，對(duì)其調(diào)整過程中必須參考廠家提供的參數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行，以上這種情況調(diào)節(jié)時(shí)通常會(huì)利用可編程邏輯控制器(PLC)實(shí)現(xiàn)。顯然，在相關(guān)水頭聯(lián)合作用以及機(jī)組調(diào)試運(yùn)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(jī)組葉片的正常運(yùn)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(dá)到最佳的運(yùn)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(dòng)化水平低、產(chǎn)能落后等問題，這不僅嚴(yán)重影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且會(huì)進(jìn)一步加劇小型水電的缺陷，因此在改造小型水電缺陷時(shí)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用必將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。文章深入探究了自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出一些行之有效的對(duì)策，為其他類似電站自動(dòng)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(shí)業(yè)有限公司