浅析自动化设备在水电站中的应用

□崔领谦(河北省保定市西大洋供水有限公司)

自动化设备的实施，不仅可以改善人们的工作的环境，而且还可以降低劳动量，在水电站中不仅可以实现水电站生产过程的操作、监视以及控制，能够在无人的情况下直接按照预先设定的计划或者程序自动运行，并且其技术可以提高工作的可靠性、运行的安全性、稳定性以及经济性，提高水电站的工作效率和劳动生产率。

1.自动化设备在水电站中的作用

水电站自动化技术主要是建立在计算机监控系统的基础上，对整个水电站从水文测量报告、机组的启停控制、公用设备的启停控制、工矿的监控以及负荷的分配，直到输电线路的运行的整个过程都能够实现自动控制。具体来说，自动化设备在水电站的作用主要有以下几点：

1.1 自动化设备能够实现水轮发电机组运行的自动控制

自动化设备能够实现水轮发电机组运行的自动控制，具体体现在以下几点：第一，能够自动实现水轮发电机组的启停和并列、调相转发电和发电转调相等自动化系统，并且可以使机组的启停、并列、调相转发电和发电转调相能够按照预计的程序自行完成。第二，自动化设备能够根据水电站的环境和系统的要求，进行自动计算出最佳的运行机组数，自动化技术还可以实现机组之间负荷的经济分配，并按照系统负荷的变化进行自动调节机组的有功功率和无功功率。第三，如果电力系统的频率降低或者机组发生以外的情况下，水电站自动化设备能够自动启动备用的机组进行工作，如果电力系统的频率过高时，它还可以自动停止机组的运行，从而可以实现自动保护的功能。

1.2 自动设备能够实现对水轮发电机组以及辅助设备的监控

传统水电站工作和管理的过程中，需要大量的人力物力进行检测水轮发电机以及相关的电气设备的运行状况，并且往往由于检测不全面造成事故的发生，而自动化设备能够实现对发电机的转子和定子的回路各个电量的监控、铁心和定子绕组以及各部分轴承的温度的监控、冷却系统、润滑系统等辅助系统以及调速系统的监视等，都可以通过自动设备进行监控，如果这些系统出现异常现象时，自动控制系统能够迅速的实施自动保护措施。

自动设备对辅助设备的控制主要是对水泵、空压机以及油泵等辅助设备进行控制，从而可以使这些设备能够协调一致的生产并且当辅助设备出现异常现象时，自动化设备能够实施保护措施，从而使损失降到最低。

1.3 自动设备能够实现水工建筑物运行的监控

水工建筑物主要包括闸门工作运行状态的监视和控制、拦污栅的监视、引水压力管的保护以及上下游水位的检测等。并且自动化设备还可以实现对水库的水量的调度以及大坝的管理等。大坝监控管理的设备主要是计算机自动监控设备，这种设备可以完成计算分析、数据采集以及提供维护方案和报警等工作，从而保证对大坝的运行的安全和日常维护。而水文以及水库的自动设备主要包括水文信息的收集、制定水库调度的计划以及蓄洪控制和拦洪控制方案的设计和选择等。

1.4 自动设备能够完成对变压器、输电线路以及母线等主要的电气设备的监视、控制以及保护等。总之自动化电气设备在整个水电站具有重要的作用和价值。

2.自动化设备的设计以及选型

随着科学技术的不断发展，自动化水平的不断提高，水电站自动化技术也随着不断提高，并且水轮发电机组所需的自动化设备和元件也越来越多，但是由于目前水电站自动化元件性能不够稳定、精度低以及灵敏度差以及由于水电站自动系统的设计不足导致水电站自动控制的稳定性和安全性受到影响。因此，为了能够提高水电站自动化设备的稳定性和安全性，应该对水电站自动化进行设计和设备上进行选型，保证水电站自动化系统的安全运行。

2.1 PLC在调节水库电站调速器的应用

由于水库式电站的运行水头变化比较大，并且水库式电站的启动开度和调速器一般按照水轮机的水头进行设计的，当水轮处于低水头的运行状态下时，电液的调速器不能使水轮机组达到自动状态或者额定的转速，因此为了能够使调速器的启动开度再增大，需要进行更换芯片或者在开度指示仪中进行串接电阻，从而增大调节器的输出值和开度指示产生的差值。如果电站的水头小于设计的水头时，为了保证机组的开机正常，则可以采用PLC技术根据水头的高低进行修改程序的实现启动开度的变化，从而保护水电站能够正常的运行。

2.2 PLC在轴流浆式水轮机的调速器的设计应用

轴流转浆式水轮机在中低水头电站中广泛使用，并且它的水轮机叶会随着水流的不同可以与导叶协联动作而使用水轮机的动行的水头范围增大，这种措施能够为水电站以及电厂创造更多的经济效益。并且水轮发电机厂在制造的水轮机的过程中，提供一些不同的水头下的浆叶转角和导叶的开度的协联曲线，并且调制器制造厂按照水轮级的协联曲线设置了调速器的浆叶转角和导叶的开度的协联关系。但是在实际的运行过程中，水轮机水头的变化以及水位的变化，与制造厂家提供参数相差比较大，所以导致协联曲线在运行的过程中机组的运行性能不好，所以这种机组的调速器应该重新进行设计，采用可以进行改变的PLC技术的调速器。这种技术可以在机组运转的过程中，可以对不同的水头和水位以及协联讲野和导叶随时进行调整，等达到最佳的协联曲线之后，可以进行修改协联曲线输入到PLC系统内，从而使水轮机组达到最佳的运行状态。

3.自动化设备在水电站的应用价值

3.1 提高工作的可靠性

在水电站使用自动化设备，自动化设备可以进行自动、精确、迅速的进行分析、检测以及预报设备的运行的状态，这样就可以保证一些不正常状态不至于恶化成事故，同时也阻止了出现故障的设备进一步恶化的趋势，因此，供电的可靠性得到了很大的提高。另一方面，自动装置可以完成水电站的各项操作和控制，减少了操作失误而发生事故的机会。从而可以降低水电站中事故的发生，提高水电站运行的可靠性和稳定性。

3.2 提高水电站运行的经济性

在水电站中采用自动化设备可以合理的进行选择开机的台数、保持高水头运行状态以及保证机组能够高效率的正常运行等工作，并且可以提高水电站运行的经济效益，而且采用自动化设备可以充分利用水力资源，尽量减少不必要的弃水，是实现水电站合理最优调度的关键所在，对于梯级电站来说至关重要。并且水电站是水利资源的综合利用的重要的部分，运行条件复杂，如果单靠人力工作是不能完成的这些工作的，所以在水电站采用自动化设备是提高水电站运行经济性的重要措施。

3.3 保证电能的质量

控制电能质量好坏的指标主要有电压和频率，电压的正常偏移应该在额定值的±5%内，频率正常偏移不超过额定值的±0.2～0.5H z。电力系统中有功功率和无功功率的平衡性直接关系到频率和电压的稳定性，因此在水电站采用自动化设备对保证频率和电压的运行是非常重要的。并且如果出现故障或者不稳定的现象，单纯的手动操作在速度和精度方面都是难于实现的。只能借助于自动装置来完成。可见，自动设备的应用是保证电能质量的重要措施之一。

3.4 提高劳动生产率，降低劳动条件

由于水电站工作环境比较恶劣，往往处于山区，条件差，工作难度比较大，因此自动化设备的使用之后，可以代替以往的手工难以操作或者环境恶劣的工作。所以在水电站自动化设备不仅可以提高运行的安全性和稳定性，而且还可以大大降低人们的劳动强度，改善工作环境，提高劳动生产率，提高经济效益。

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