摘要：电气自动化是当代非常热门的行业，而它应用在水电站上的主要是水电站的自动化，本文阐述了电气自动化在水电站方面的运用，同时详细论述了电气化广泛的用途和作用。在此基础上，提出有关电气自动化研究与设备选择。
关键词：电气自动化；水电站；应用
水电站建设过程随着我国水电事业的发展对于技术的要求变的越来越高，普遍使用的电气自动化技术不但使机组的运行效率得到了提高，而且还能达到安全运行，经济合理的目的。
1 水电站采用电气自动化技术的必要性
电气自动化以计算机为基础，综合了数字控制、可编程逻辑控制等先进技术，是水力发电智能化发展的必由模式。在现阶段，广泛推行电气自动化，能达到以下目的。
（1）确保电能质量
随着时代的发展，公众对电力的需求不仅表现在数量上，更体现在质量上。表示电能质量好坏的指标主要是频率和电压，前者由系统的有功功率平衡决定，后者由系统的无功功率平衡决定。显然，仅仅依靠人工的手动操作很难使随时变化的发电电荷满足人们对电能质量的要求，而采用自动装置则可以及时又准确地调节系统的有功及无功出力，达到保持频率和电压稳定的目的。
（2）提升水电工作的安全性
采用电气自动化后，所有的生产设备能够准确、快速启动，实现数据分析和事故判断的实时辅助，这样一方面能防止事故出现时故障面扩大（通过自动装置控制相关开关并报警），另一方面也使水电生产不中断（通过自动启用备用设备等）。另外，将自控装置引入各关键流程，可显著降低因人工误操作风险。
（3）实现发电机组运行经济性
众所周知，水轮机组满负荷工作是一种理想状态，而实际由于水流量、机组故障等各方面因素使得这一状态较难实现。在利用自控装置后，系统能在结合当前水利条件的情况下，计算出最佳运行组数，即最少的水产生出最多的电能。
（4）提高水电站运行效率
采用电气自动化，无疑可大大减少运行人员数量，并降低实际操作人员的劳动强度和工作量。
2 水电站中电气自动化技术的应用
水电站的类型、级别、电气主接线、机组规格及安置方式等因素会影响到电气自动化的具体应用。但总体来说，以下几个层面是共有的。
2.1水轮发电机组的自动控制
应用过程：机组监控设备将监测数据传送至控制室计算机，计算机启动预先设定的运行程序并判断机组运行状况，然后再依照相关逻辑规则发出控制（或调整）指令。应用内容：（1）实现机组开、关，调相转发电，发电转调相等项目的智能化控制。（2）实时计算最佳运行机 组数并自动控制，在机组间智能分配负荷（包括自主调节有功和无功），从而维系水轮发电机的低成本运行。（3）当机组出现意外或者外部系统发生事故而导致频率降低，预设程序通过启动备用机组来维持系统稳定；反之，汛期来临频率过高时，预设程序会关闭一些机组。
2.2主要辅助设备运行状态的监控
在水电站中，围绕发电机组有一些主要的辅助设备，这些设备的运行工作情况同样影响着电站的稳定生产。电气自动化在辅助设备运行中广泛的应用。应用过程：通过“监测设备——控制设备——控制节点”的方式，将辅助设备运行数据发送至计算机，计算机通过数据库和预设规则比对，判断辅助设备的健康状态并相应控制设备的电气参数。应用内容：（1）检测定子和转子回路是否正常；（2）检测定子绕组的铁芯温度是否正常；（3）检查机组润滑度及变速系统、制冷系统等是否正常；（4）以上无论哪部分出现问题，电气自动化系统都会迅速启动应急程序和保护措施，同时将故障信息上传警报。
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2.3主要电气设备的监控和保护
水力发电的输出离不开变压器、母线、开关柜、输电线路等主要电气设备。对这些设备的监控和保护成了水电站电气自动化应用的必然内容。应用过程：通过PT、CT等设备采集到 的电气量，判断设备是否有故障，并视故障情况作出反应。应用表现：（1）对一些没有直接危害发电机组的异常情况（如机组冷却水源中断、机组温度超限、油槽油面异常、推力轴承或者导轴承温度升高等），只需要发警告以引起运行人员的注意即可；（2）对于超过保护整定限值的故障情况（如机组过速且调速器失灵、导水叶剪断、铜管爆破等），电气自动化系统不但跳开断路器，还同时关闭机组进水闸门。
2.4机组外辅助设备的监控
完整的水电站拥有数量众多的水泵、空压机、油泵等机组外电气设备，以及浩大的水工建筑物。电气自动化在这一块的应用为：（1）控制水泵等设备的运行状态，故障时及时投入备用设备；（2）检测大坝闸门是否可正常启动，检测拦污栅是否堵塞，当水位过高过低时引发自动报警。
3 PLC 技术应用展开
PLC即可编程控制器。在水电站电气自动化中，可应用PLC来控制几乎所有设备的生产过程。
（1）在轴流桨式水轮机调速器中的应用
轴流浆式水轮机厂家一般会提供所谓“协联曲线”（即描述不同水头下浆叶转角与导叶开度的关系的曲线），以指导电站生产。但实际运行时，上下游水位及水轮机水头处于不断变化之中，某些情况下会远离厂家参数，因此按协联曲线运行不一定能达到最佳状态。采用PLC 技术后，可先针对不同上、下游水位及水头情况，手动协联浆叶和导叶，在获得最佳协联曲线后修改原厂家曲线并输人至PLC控制器，从而使机组能时时处在最佳状态。
（2）在水库式电站调速器中的应用
水库式电站的运行水头波动范围较大，其调速器与启动开度一般按水轮机设计水头确定。但当水头降低或水头远高于设计标准时，为保证机组额定转速，往往需要更换调速器控制芯片，改变开度指示仪电阻（串接或移除），工作量较大。在采用PLC技术后，则可依据水头高 低设计出相应程序，依照程序来自动改变启动开度。
4 电气自动化技术在水电站应用过程中的现状和发展趋势
现如今水电站都在原有的基础上进行电气自动化的改建，代替以往的人工控制。其主要的作用是为了在水电站整体范围内布置一个检测和控制网络，对其中的每一个节点都可以通过实施的数据反馈得到第一手的资料，然后建立计算机控制中心，负责处理现场发挥的数据， 当然这个过程中还应该建立一个数据通讯网路，遵照一定的通讯标准来进行数据的快速传输。因此总的来说，水电站的正常运行离不开自动化的控制系统。随着电子信息，自动化技术的发展，水电站的电气自动化技术会吸取更多的养分，在智能化的控制方面得到更大的改善，未来的电气自动化系统会让我国的水电站运营变的更加高效，节能，安全，稳定。
5 结束语
水电站实施电气自动化，一方面可提高工作效率、减少人力投入，另一方面也能保证上网电能的质量，是新时期水电发展的必然趋势。虽然电气自动化在应用中存在一定的技术瓶颈，但随着智能电网技术、信息化技术的日新月异，所有问题将得到有效解决。
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论文作者:李仕强
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/18
标签：水电站论文; 机组论文; 电气自动化论文; 水头论文; 技术论文; 设备论文; 调速器论文; 《基层建设》2016年31期论文;