水電站自動化技術及其應用的研（yán）究

摘要：文章詳細闡述水電站自動化的作用、內容，進一步探討水電站自動化技術的發展方向，水電站綜合監（jiān）控係統的構成、特點和功能及其在水資源開發利用過程中，水利樞紐工程建設中的應用。
（一）水電站自動化概述：
1.水電站自動化的作用：
水電站自動化就是要使水電站生產過（guò）程的操作、控製和（hé）監視，能夠在無人（或少（shǎo）人）直接參與的情況下，按預定的（de）計劃或程序自（zì）動地進行。水電站自動化程度是水電站現代化水（shuǐ）平的重要標誌，同時，自動化（huà）技術又是水電站安全經濟運行必（bì）不（bú）可少（shǎo）的（de）技術手段（duàn）。水電站自動化的作用主（zhǔ）要表現在以下幾個（gè）方麵：
（1）提高工作的可靠性：水電站實現自動化後，一方麵可通過各種自動裝置快速、準確、及時地進行檢測、記錄（lù）和報（bào）警，既可防止不正常工作狀態發展成事故,又可（kě）使發（fā）生事故的設備免遭更嚴重的損壞，從而提（tí）高（gāo）了供（gòng）電的可靠性。另一方麵，通過各種自動裝置來完成水電站的各項操作和控製（如（rú）開停機操作和並列），不（bú）僅可（kě）以大大減少運（yùn）行人員誤操作的可能，從而也減少了發生（shēng）事故的（de）機會；而且還可大大加快操作或控製的過程，尤其在發（fā）生事故的緊急情況下，保證係（xì）統的安（ān）全運行（háng）和對用戶的正常供電，具有非常重大的意義（yì）。
（2）提高運行的經濟性：水電站（zhàn）實現自動化後，可根據係統分配給電站的負荷和（hé）電站的具體（tǐ）條件（jiàn），合理地進行調度，保持高水頭運行，同時合理選擇開機（jī）台數，使機組在高效率區運行，以獲得較好的經濟（jì）效益。如何實（shí）現各電（diàn）站合理最（zuì）優調度，避免不必要的棄水，充分利用好水力資源，對於梯級電（diàn）站來說尤為重要（yào）。此外（wài），水電站（zhàn）通（tōng）常是水力資源綜合利（lì）用的一部分，要兼顧電力係統、航運、灌溉（gài）、防洪等多項要求，經濟運行條件複雜，單憑（píng）人工控製很難實現，實現自動化以後，將有助於電站經濟運行任（rèn）務的實現。特別是對於具有調節能力的水電站，應用電（diàn）子計算機不但可對水（shuǐ）庫來水進行預報計算，還可綜合水位、流量、係統負荷和各機組參數等參量，按經濟運行程序進行自動控製，大（dà）大提高運行的（de）經濟性。
（3）保證電能質量：我們知道，電壓和頻率作為（wéi）衡量電能質量好壞兩項（xiàng）基本（běn）指標。電壓正（zhèng）常偏移不超過額定值的±5%，頻率（lǜ）正常偏移不超過額定值的±0.2～0.5 HZ。電壓或頻率的的穩定主要取決（jué）於電力係（xì）統中無功功率和（hé）有功功率的平衡。因此要（yào）維持係統電壓和頻率在規定（dìng）範圍內，就必須迅速而又準（zhǔn）確地調節有（yǒu）關發電機組發出的有功和無功功率。特別是在發生（shēng）事故的情況下，快速的調節或控製對迅（xùn）速恢複電能質量具有決定（dìng）性的意義，而這個過程，單純靠手動操作，無論在速度方（fāng）麵還是在精度方麵都是難於實現的，隻能借助於自動裝置來（lái）完成。可見，提高水電站的自動（dòng）化水平，是保證電力（lì）係統電能質量的重要措施之一。
（4）提高勞動生產（chǎn）率、改善勞動條件：水電站大（dà）多地處偏（piān）僻（pì）山區，遠離城鎮（zhèn），職工長期生活在較差的環（huán）境之中。水電站實現自動化後（hòu），很多工作（zuò）都是由各種自動裝置（zhì）按一定的程序自動完成，用計算機監控係統來代（dài）替人工操作及定時巡（xún）回檢查、記錄等繁雜勞動，大大改善運行人員的工作和生活環境（jìng），減輕了勞動強度（dù），提高了運行管理水平。同時還可減少運（yùn）行人員，實現無人值班（或少人值守），提高勞動生產率，降低運行費用和電能（néng）成本。
2.水電站自動（dòng）化的內容：
水電站自動化的內（nèi）容，與水電（diàn）站的規模及其在電力係統中的地位和重要性、水電站的型式和運行方式、電氣主接線和主要機電設備的型（xíng）式和布置方式等有（yǒu）關。總的來說，水電站自（zì）動化包括以下幾個方麵：
（1）完成對水輪發電機組運行方式的自動控製：一方麵，實現開停機和並列、發電轉調相和調相轉發電等的自動化，使（shǐ）得上（shàng）述各項操作按設定的程序自動完（wán）成；另一方麵，自動維持水輪發電機（jī）組的經（jīng）濟運行，根據（jù）係統要求和電站的具體條件（jiàn）自動選擇最佳運行（háng）機（jī）組數，在機組間實現負荷的經濟分配，根（gēn）據係統負荷變化自動調節機組的有功和無功功率（lǜ）等。此外，在工（gōng）作機組發生事故或電力係統頻率降低時，可自動起動並投入備用機組；係（xì）統頻率過高（gāo）時（shí），則可自動（dòng）切除部分（fèn）機組。
（2）完成對水輪發電機組及其輔助設備運行工況的監（jiān）視：如對發電機定子和轉子回路各電（diàn）量的監（jiān）視，對發動機定子（zǐ）繞組和鐵（tiě）芯以及各部軸承溫度的（de）監（jiān）視（shì），對（duì）機組潤滑和冷卻係統工作的監視，對（duì）機組調速（sù）係統工作的監視等。出現不正常工作狀態或發生事（shì）故時，迅速而（ér）自動地采取相應的保（bǎo）護措施，如發出信號或緊急停機。
（3）完成對輔助設備的自動控製：包（bāo）括對各種油泵（bèng）、水泵和空壓機等的控製，並發生事（shì）故（gù）時自動地投入備用的輔助（zhù）設備（bèi）。
（4）完成對主要電氣設備（如變壓器、母線及輸電線路等）的控製、監視和保護。
（5）完成（chéng）對水工建築物運行工況的控製和監視：如閘門（mén）工作狀態的控製和監視，攔汙（wū）柵是否堵（dǔ）塞的監視，上下遊水位的測量監視，引（yǐn）水壓力管的（de）保護（指引水式電（diàn）站）等。
（二）水電站自動化技術的發展：
隨著科學技術（shù）的高速（sù）發展，電子計（jì）算（suàn）機在各個領域得到廣泛應用，一種模塊化的基於現場總線（xiàn）的水電站計算機監控係統出現，逐步取代了傳統的（de）以（yǐ）常規控製、人工操作為主的控製模式，大大提高水電站的自動化程度，實現水電（diàn）站“無人值班，少（shǎo）人值守”。
1.係統構成：采（cǎi）用了計（jì）算機、可編程（chéng）序控製器（PLC）或智能I/0、微機繼電保護裝置和專（zhuān）用智能測控裝置，通過標準以太網、現場總線將主控機與各（gè）個現地控製站、智（zhì）能裝置（zhì）等有機連接在一起，構成了按功能分工協作的分層分布式綜合監控係統（tǒng）。
2.係統（tǒng）的主要（yào）特點：（1）開放式體（tǐ）係結構，層次分明（míng），具有良好的擴（kuò）展性。（2）分層分布式係統，可以根（gēn）據（jù）監控對象、功能進行配置，具有（yǒu）很好的分散性、開放性和靈活（huó）性。（3）采用冗餘配置，具有很高的可靠性（xìng）。（4）用中文Windows 操作係統和智能通信等先進技術（shù），便於（yú）係統升級。（5）靈活的組態界麵，人機接口能力強，界麵友善，易於（yú）掌握，方便設計、調試和現場運行。
3.係統主要功能：（1）對電站設備實現自動監視與記錄：計（jì）算機監控係統自動完成電站設備數（shù）據的采集、處理以及設備運行狀況的自動監視與記錄，包括開關量信息監視，模擬量信息（xī）監視，故障/事（shì）故報警、記錄與顯示，SOE 點（diǎn）記錄與顯示。（2）對（duì）電站實現自動控製：根據上級調度要求和電站自身的具體情況，對（duì）電站設備進行（háng）操作或調節，包括機組的自動開停和並列以及運行工（gōng）況的自動轉換、機（jī）組有功和無功負荷的自動調節、自動發電控製（zhì）AGC、自動電壓（yā）控製AVC、斷路器操作等。（3）對發電機、主變、線（xiàn）路（lù）等主要設備及輔助設備（bèi）進（jìn）行保護與監控。（4）實現電站運行管理的（de）自動化：實現運行報表的自動（dòng）生成，運行操（cāo）作的自動記錄，電站設備參數或整定值的記（jì）錄與保存，所有報表均可自動或召喚（huàn）打印以及運行人員仿真培訓等。（5）係統（tǒng）通訊：實現與上級調度、水（shuǐ）情測報係統、辦公自動化網絡（luò）等計算機係統之間通（tōng）信，達（dá）到信息資源（yuán）共享，充分發揮整個係統（tǒng）的（de）綜合效（xiào）益。
總之，水電站采用綜合自動化係統後不僅提高水電站運行的經濟性和工作的可（kě）靠性、保證電能質量；而且提高勞動生產率、改善勞動條件和減（jiǎn）少運行人員，從而提高電站運行的效益，例如利用計算機係統監控水庫（kù）來水和中長期預報（bào）在內的優化運行，曲線繪製及科（kē）學調度，多發峰電等，每年（nián）可增（zēng）加發（fā）電量2%左（zuǒ）右；同（tóng）時采用計算機監控電站各種參量及運（yùn）行工況後，及時發現並排除事故隱患，事故後能及時處理事故，避免事故擴大，盡快恢（huī）複供電使係統事故率下降，處理事故時間減少，如此每年增加發電量1%左右；另外采用計算機監控在減少（shǎo）人（rén）員的同時也減（jiǎn）少了相應的生活辦公設備和工資支出，因（yīn）而能產生（shēng）巨大的經濟效益。可見，水電站綜合自動（dòng）化係統（tǒng）與水電站的生產、效益密切相（xiàng）關，隨著國家能源結構的調整，水資源開發利用程度的加大（dà），水（shuǐ）電站綜合自（zì）動化係統在越來越多的水利樞紐工（gōng）程中得到更廣泛的應用，發揮更大的作用。

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