摘要：随着我国智能电网的发展和应用，要求发电环节也必须与之适应，所以自动化水电站的建设与改造成为当前与今后工作的重点与发展方向。鉴此，本文对自动化水电站特点及体系结构、电气设备的运行维护与检修进行了分析。
关键词：水电站；自动化系统；电气设备；运行维护；检修
茂名市鉴江流域水利工程管理局良德坝后电站位于高州市东岸镇旺村坡，包括1座低干渠电站和1座高干渠电站，前者装有2台10000kW水轮发电机组，后者装有2台125kW水轮发电机组。就发电能力而言，低干渠电站是骨干，所以本文专门讨论这座电站。良德低干渠电站于1976年投产，经过多年运行，设备老化，而且技术陈旧，自动化水平低，所以从2015年起对良德坝后电站进行增效改造，换装2台套10000kW立式混流水轮发电机组，同时进行自动化改造，涉及范围包括水轮发电机组自动化系统及自动化元件、高低压开关柜、微机保护系统、计算机监控系统、工业视频监控系统、电力电缆、控制电缆、电缆桥架、中控室照明等内容。电站经自动化改造，电气设备的运行维护与检修内容会发生较大变化，因此本文对这部分内容进行了分析。
1 自动化水电站的特点与体系结构
1.1 自动化水电站的特点
随着以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的智能电网的试点建设，作为发电环节的水电站也必须跟上智能电网发展的步伐，所以水电站自动化改造刻不容缓。目前，水电站自动化改造基于IEC 61850标准，能够满足功能交互、信息共享、调度协调等要求，实现智能电网安全、可靠、经济的目标，并具有适应能力、自学能力、自我完善能力、自愈能力、互动性、安全性等鲜明特点[1]。
1.2 自动化水电站的体系结构
基于IEC 61850标准的自动化水电站结构如图1所示。自动化水电站体系结构可概括为“三层两网”，“三层”是指主控层、单元层和过程层，“两网”是指主控层网和过程层网。主控层用于发挥对全站设备的监视、控制、通信、报警等作用，实现水电站的自动控制、智能调节、协同互动、决策分析等功能，是全站的监控与管理核心，主要由厂站级监视系统、通信系统、对时系统等组成，包括数据服务器、操作员工作站、远动工作站等设备。单元层由各种LCU（现地控制单元）组成，在没有主控层指令的情况下也能独立完成监控功能，主要实现本单元的数据采集以及对本单元各种设备进行监视、控制、调节、保护、同期、闭锁等功能，也是主控层与过程层联系的枢纽。过程层包含了电站的一次设备以及发电机组、公用设备、闸门设备、大坝、厂房中的各种智能组件与智能终端，主要用于电气量、非电气量的采集与监测、执行LCU控制命令等。
2 自动化水电站电气设备的运行维护
2.1 自动化水电站电气设备概况
自动化水电站电气设备包括水轮发电机组及辅助设备的电气部分、电力变压器、高低压配电设备、站属电力线路、厂用电系统、继电保护及自动装置、监控系统及仪表、直流电源、防雷保护与接地装置等[2]。除了大量采用数据采集与自动执行元件以外，一次设备部分与传统水电站相比变化不大，变化较大的是二次设备部分，主要通过LCU进行控制。为了实现自动化功能，完善的网络通信系统发挥了关键作用，这也是与传统水电站的主要差别。
2.2 投运前的检查和试验
电气设备投运前必须进行相关的检查和试验，以确保设备启动和运行过程中的安全。投运是指新建或大小修之后。以水轮发电机组为例，《小型水电站运行维护技术规范》（GB/T 50964-2014）第5.2.2-3条规定，发电机组大修或小修后，验收合格方能投入运行；第5.4.4条又规定，检修后的励磁系统应进行系统试验。发电机检修后应详细检查设备各部分清洁与完好情况、短路线与接地线撤除情况，并完成启动前的各种试验，还包括发电机断路器及自动灭磁开关分合闸试验（包括两者联锁试验）、水轮机保护联动发电机断路器的动作试验等。起动前，再次测量发电机定子与励磁回路的绝缘电阻。
2.3 运行中的监视和检查维护
所有电气设备在运行过程中都需要监视和一定的检查维护，尽管无人值班或少人值守的水电站监视、检查的内容及形式与传统水电站有所不同，但不能长期无人照管。水电站电气设备很多，虽然不同专业人员（运行值班人员与检修人员）、不同设备的监视与检查内容不一样，但大体都是按照规程规定进行巡视、检查和维护，通过检查发现设备隐患和缺陷，对小问题即时处理，对大问题进行预防性维修[3]。检查可采用两种方式：一种是传统的“望、闻、听、触、记”，“望”是通过视觉观察；“闻”是通过嗅觉察觉异味；“听”是通过听觉判断声响是否正常；“触”是通过触摸感受发热和振动；“记”就是记录。另一种方式是借助仪器观察，例如采用红外热像仪测量温度，自动化水电站安装了大量传感器，可实现在线监测，但传统检查方式也有独到的作用。
2.4 异常运行及故障/事故处理
在电气设备运行中发现异常情况时，必须迅速判断，加强监视，并第一时间向技术负责人报告，同时将详细情况记录在案。例如变压器运行中出现异常声响、温度异常升高、油色明显变化、严重漏油等。如果情况更严重，必须立即停止运行，例如声响大到如爆裂、油枕或防爆管喷油、漏油至油位不可见、套管严重破损乃至放电等。对于保护和监控系统，运行人员是没有权力擅自修改定值的，监控系统界面不得随意退出，更不允许在后台进行操作，修改参数和定值。出现故障后，运行人员应通知检修人员或值长处理。
2.5预防性电气试验
预防性试验是电气设备有计划的维护工作，对于查找设备隐患、保障设备长期安全可靠地运行具有重要的作用。预防性试验项目包括介质损耗因数（
）、吸收比、极性检查、极化系数、空载电流测量、局部放电测量、气体色谱分析、直流与交流耐压试验等。在进行预防性试验时，不仅要关注试验结果，还要分析数据的合理性与变化趋势，因为有些数据结果虽然是合格的，但如果有明显劣化趋向就应采取检修措施或加强监测。
2.6 专项检查与维护
线路、防雷保护等设备需要根据季节进行专项检查。例如进入汛期、台风季节前应检查电杆，避免发生倒杆、杆基破坏问题；在雷雨季节前检查防雷设备和接地装置的可靠性；接地装置地下部分每隔3～5年应进行一次全面检测。再如厂房蓄电池每年应进行一次放电、充电维护工作，每三年进行一次容量试验。
3 自动化水电站电气设备的检修
3.1 完善检修制度
传统上，水电站电气设备主要采用周期性检修制度。随着自动化技术的应用和成熟，定期检修制度在暴露出检修过剩、过多的同时，也存在检修不及时、不足够，以致抢修或临时性检修工作增多的问题，所以在应用自动化技术后应变革检修制度，采用状态检修制度。状态检修制度是建立在设备状态准确诊断基础上，根据电气设备的运行状态采用全新的检修策略，从“到点检修”变革为“按需检修”，同时“应修必修，修必修好[4]”，在提高设备可靠性的前提下降低检修费用和成本。要实施状态检修，必须做好状态监测和状态预测，然后进行状态评估和决策分析。
3.2 优化检修工艺
在采用状态检修制度的同时，还应对检修工艺进行优化。首先，应建
立检修信息化管理体系、标准化质量体系、定额计量体系。其次，完善检修工艺、检修流程、检修资料管理、设备缺陷比较与跟踪等工作。上述工作可利用计算机仿真技术及虚拟现实技术，通过建立电气设备检修三维仿真与信息管理系统，实现设备检修全过程的标准化、规范化和制度化[5]。例如发电机检修通过三维动画演示拆卸与安装的过程，并结合文本、图片说明，检修人员就知道如何操作最简洁、快速、准确，这样可提高检修效率，少走弯路，同时也能提高检修质量。
4 结语
水电具有低碳、清洁、可再生特点，是国家大力提倡和发展的绿色能源之一。我国水电装机容量已稳居世界第一，但大量的小水电也存在技术落后、自动化水平低的问题，为了适应国家智能电网发展步伐，小水电需要进行自动化改造，笔者所在单位的水电站近两年来也在进行这方面的工作，因此撰文对自动化水电站电气设备运行与检修进行了分析，供读者参考和借鉴。
参考文献：
[1]苗超.基于IEC61850标准的水电站智能化改造方案设计[D].北京：华北电力大学，2015.
[2]刘洪林，肖海平.水电站运行规程与设备管理[M].2版.北京：中国水利水电出版社，2014.
[3]周国洪.水电站电气设备检修策略分析[J].陕西水利，2014（S1）：228-229.
[4]郑斌斌.水电站电气设备状态检修初析[J].四川水利，2015，36（6）：41-42.
[5]阚阚，郑源，罗欣，等.混流式水轮发电机组检修三维仿真与信息管理系统[J].水利水电技术，2014，45（7）：80-83.
论文作者:梁文波
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/18
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