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摘要：水电站的电气自动化水平是衡量水电站现代化水平的重要标志，也是保证水电站运行安全的重要途径，因此，深入研究水电站电气自动化应用中所存在的问题并妥善处理，具有重要的现实意义。本文对水电站电气自动化内容、系统设计、设备选型及自动化设计进行探讨。
关键词：水电站；电气自动化；应用；设计
引言：近年来，水电站自动化的实现在提升水电站的安全稳定，满足社会发展对水电资源的需求等方面取得良好发展。水电站电气自动化是按照预先设定的程序和计划自动完成水电站的生产过程，其中包括在无人参与的情况下，实现自动监测发电机辅助设备、控制监视发电机组运行状态的任务。电气自动化的有效运用不仅提升了水电站运行的稳定性，也确保了水电站运行的经济性和供电的质量，使整个系统的经济效益得到了提升。
1.水电站电气自动化应用的重要意义
1.1提高水电站生产效率
通过电气自动化的应用，水电站日常运行中的工作量大幅降低，只需要较少的工作人员就能实现水电站的正常运行，同时工作人员的劳动强度也得到降低，劳动环境得到有效改善。这种条件下的水电站运行、管理水平也获得了大幅提升。与此同时，少量工作人员通过电脑对自动化设备进行控制和操作，不需要过多人员的参与，这样水电站的电能生产成本和运行成本就得到降低，最终实现水电站劳动生产率的提升。
1.2保证电能质量
衡量电能质量的主要指标是电压和工频，电网系统中有功功率的平衡会决定了工频，而电网系统中的无功功率则会对电压产生决定性的影响。电网系统的运行状况事实发生改变，只有在电气自动装置的控制和作用下发电机组工作状态才能实现及时、准确调节，进而在规定的范围内维持发电机组所发电能的电压和工频。
1.3提升水电站运行的可靠性
发电站运行的根本任务是发电，在有效应用电气自动化技术和设备的条件下，水电站对各个系统的检测工作可以通过自动控制系统精确、快速、及时的实现。同时各个系统的运行数据还能够被自动控制系统准确记录，对于异常数据该装置可进行自动报警，进而保证水电站运行故障的迅速排除。所以水电站电气自动化应用不仅能够形成对发电机组故障的有效预防，还可以防止水电站因发电机组故障而产生了运行事故，实现了水电站发电机组运行可靠性的有效提升。与此同时，在自动装置控制、操作水电站发电机组和辅助设备的情况下误操作能够大幅降低，改变了过去由于工作人员误操作产生运行事故的情况。
1.4提高水电站运行的经济性
只有水轮发电机的运行处于最佳状态时水电站才能提升运行的经济性。当水电站具有多个机组时，要提升运行经济性还要依据电网系统分配给水电站负荷大小和水电站的具体情况确定机组最佳运行状态，通过最佳运行机组数量的确定实现发电效率的最大限度提升。对水电站经济运行造成影响的因素较多，综合性的利用水力资源是水电站运行的特点，在人为控制的情况下水电站经济运行要求很难得到满足。只有应用电气自动化的条件下，才能够通过水电站自动控制装置的充分利用提升水电站运行的经济性。
2.水电站电气自动化的内容
2.1构建水电站电气控制系统
水电站采取电气自动化操作程序，通过计算机互联网技术，连接多个终端设备，采用开放式体系，根据不同的操作对象进行相关性配置，具有灵活性。再设计契合系统，使之易于掌握，方便调试和运行，在监控系统开展数据收集及处理工作时，设备运行的情况会自动写入计算机的硬盘中，从而保证了水电站管理及运行的时效性，达到信息资源共享，充分发挥整个系统综合性能。
2.2实现发电机组的自动化控制
自动化的主要目标是通过计算机监控系统完成遥测、遥控、遥信、遥调的功能，及时而真实准确地反应被监控对象的实际信息，实现开关机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动完成，并使以上操作自动进行运行指令的优化筛选，实现最佳的运行机组数；当水轮发电机组受到电压高低影响时，自动启用备用机组。自动化操作的目标是整个水电站各种运行设备的各项参数。
2.3设备故障问题处理
水电站自动化设置以后，对水电站进行自动化保护，其主基本流程如下：第一，预警。档水电站发生故障问题时，传感器对其进行检测，此时系统会将故障信息传送至计算机终端，计算机再对警报器发送指令，从而实现预警之目的。采用该种方法和措施，能够让水电站的工作人员及时处理系统故障问题，并确保水电站运行安全稳定性；第二，进水闸门自动关闭。当水电站发生故障问题时，会发出自动预警信号，系统根据终端发出的指令关闭进水闸门，以此来将事故控制在合理范围之内，以免事态进一步蔓延；第三，停机。水电站运行过程中，一旦出现故障问题，系统就会根据指令将断路器自动开启，从而实现关闭水电站以及停机操作。
2.4设备运转检测
水电站运行过程中，电气自动化技术的应用，能够对相关设备的运转进行实时检测，以确保电机与配套设备正常运行。发电机作为水电站的一种重要设备，水电站及其系统中所涉及到的电能均由发电机运作产生。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从这一层面来看，发电机运行正常与否，在很大程度上关系着水电站是非能够正常运行。实践中，若发电机和配套设备出现异常以后，自动化系统即可对其运行状态进行检测，发现问题及时采取有效的措施予以保护，最大限度地减小损失。
3.水电站电气自动化的系统设计
3.1基础控制元件
随着我国的水电站自动化水平不断提升，水电站水轮机组对自动化元件的需求越来越大，所以基础自动化元件的选型以及自动化系统的设计尤为重要，其中基础自动化元件通常采用国产元件。另外的控制装置是用来操纵和调节相应设备的逻辑组合，通常可选用目前水电站应用较为普遍的技术，例如PLC技术（可编程控制器）、单片机技术等，并且其应用于水电站主要包含以下两个方面：第一，自主调节轴流浆式水轮机式调速器；第二，自主调节水库式水电站中的调速器。
3.2计算机监控系统
电气自动化系统的核心是计算机监控系统，对水电站而言，计算机监控系统可以实时监控水电站的水文、工况、负荷以及在输电线路运行情况。其中水电站电气自动化的监控模式课分为三种，分别是远程监控模式、集中监控模式、现场总线监控模式。
3.3工业电视监控系统
要实现现代化的监控手段，首先必须要有先进的系统设备（工业电视系统）作为其监控的基础。工业电视监控系统能比较全面、比较准确地反映被监控对象的有效信息，对于技术人员而言，能够更加方便地他们做出合理的决定。此外，水电站的工作人员还可以借助于工业电视监控系统，确保对设备操控的准确率，有助于提高水电站的自动化水平，降低事故发生率。
3.4消防监控系统
在水电站容易出现火灾的地区必须搭建消防监控系统，并且要24h不间断的进行火情监测。一旦有火情被监测到时，该系统能够自动地进行火警警报，不仅能够提供火灾发生地点，还能够自动对火情进行相应的处理，封锁火灾发生地点，立即启动预先设置的灭火装置，以防止火情的蔓延，造成更大的危害。
4.设备选型及自动化设计
4.1采取合理的监控模式
采取合理的监控模式，可以为水电站的稳定运行营造良好的条件。在应用远程监测模式时，需要多个CPU共同工作，能够有解决发生的某个故障影响整体系统运行的现象。对于远程监控模式而言，其设计的总线是CAN，但对通讯速度有了一定的影响、我国水电站以大中型为主，但由于远程监控模式对通讯量有严格的要求，因而其不适合应用在大型水电站电气自动化中，应当运用在中小型水电站。另外，还可以采取现场总线监控模式。在以太网和总线等的作用下，共同构成了现场总线监控模式，并在计算机网络技术的前提下，实现对水电站电气自动化系统的控制。由于现场总线监控模式具有很强的针对性，所以不需要对水电站的整体状况予以考虑。在对现场总线监控模式进行设计时，将间隔作为基础，可以达到减少隔离设备和模拟量变送器等子段设备数量的目的。总线和通讯线能够直接连接在一起，因而解决了浪费电缆的问题。同时，运用现场总线监控模式时，对水电站电气自动化系统的维护流程比较简单，并且维护成本较低。因为系统中的不同装置功能是独立的，所以能够增强系统的可靠性，如果某个装置存在故障，不会对其他元件造成影响。因此，现场总线监控模式被广泛应用在水电站电气自动化的计算机监控系统，而且有较好的应用效果。
4.2轴流浆式水轮机调速器中PLC的应用
现阶段，轴流浆式水轮机被大规模应用于中低水头电站中，在水电站实际运行的过程中，其水轮机叶片所发生的变化可相应扩大水轮机的动行水头范围，大大降低了设备的运行成本，提高水电站运行的经济效益。目前，诸多厂商在制造水轮发电机组的过程中都会考虑到上述问题，选取一组不用水头的导叶开度和桨叶转角的协联曲线，调整制造厂商则会根据该曲线对调速器内导叶和浆叶之间的协联关系进行合理调整，但通常立论数据会和实际运行存在一定偏差，因此，系统运行效果会受到不同程度的影响，而利用PLC可编程控制器的调速器可有效解决该类机组调整器所出现的问题。
4.3调节水库式电站调速器中PLC的应用
一般情况下，水库式电站运行水头的变化范围较大，其设计主要依据水轮机水头的调速器和起动开度，若遇到电站水头降低，或者是水轮机处于低水头的运行状态，应及时更换芯片或增加开度指示仪中的串接电阻；若遇到电站水头更小于设计水头的情况，应及时换回芯片或将串联电阻撤除。但PLC可编程控制器的使用可根据水头大小对其进行修改，以此来改变起动开度，从而保障水库式电站的稳定运行。
结束语：
水电站电气自动化既实现了电网系统的安全性和稳定性，同时也实现了水电资源的合理配置，是水电迈向现代化的重要标志，也是发展的时代要求。当前自动化应用水平并不高，需要我们保持足够重视，加强资金与技术投入，以促进电气自动化技术推广、进步，提高整体电力生产水平。
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[3]刘潇，庞涛.水电站电气系统自动化设计应用分析[J].科技展望，2015，25（36）.
论文作者:刘晓旭
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
标签：水电站论文; 系统论文; 电气自动化论文; 机组论文; 水头论文; 设备论文; 模式论文; 《电力设备》2017年第8期论文;