電氣自動化技術在小型水電站中的應用

余小玲 紀祥峰

摘要：作為水電站工程的重要內容，水電站的管理與控制水平將直接影響企業經濟效益的提高。將自動化技術應用到水電站管理中，可有效降低管理成本、提高控制效率及資源利用率，大幅度提高水電站工作的安全性與可靠性。因此，加強有關水電站自動化技術的探討，對于改善水電站的管理水平與質量具有重要的現實意義。

關鍵詞：電氣化技術；水電站；應用

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

引言

水電站作為我國電力供應的重要組成部分，對我國社會經濟發展有著非常重要的作用。我國水電站電氣自動化技術隨著科技進步而不斷發展，電氣技術的長足進步為水電站自動化建設奠定了基石，因此，保證了水電站運行條件的自動化，有效提升了水電站運行狀態。本文通過對水電站電氣自動化應用進行研究探討，對水電站自動化設立提出建議，從而提高水電站電氣自動化技術的實現程度，為我國水電事業的發展提供參考。

一、水電站自動化的必要性

1、提高水電站的運行效率

分為兩個方面，一方面提高了員工的工作效率，水電站的建設一般都選在偏遠的山區，地形地質條件都不利于員工進行現場監測和維修，因此使用自動化的設備之后，可以通過遠程的監測和控制來代替傳統的人力方式，大大降低了員工的勞動強度，同時提高了工作效率；另一方面對于機組等運行設備和輔助設備來說，通過建立監測-故障分析-自動維修的自動化過程，充分提高水電站整體的運行效率。

2、確保水電站供電的可靠性

對于水電站來說，最主要的目的就是通過將水的動能轉化成電能，為社會提供電力資源。因此設備的正常運行是必須重點考慮的因素，然而確保機組穩定的運轉需要更為先進的監測手段，以往的傳統的方式難以提前發現故障，不能及時的處理設備故障，因此只能通過停止發電來解決問題，但是通過建立自動化系統，可以利用先進的算法，及時的監測，對設備發生故障的可能性進行預判，及時的發現問題，解決問題，避免水電站的停止運行，因此從這一角度來說，自動化系統的引入能夠保證水電站發電的可靠度。

二、水電站自動化技術的應用

1、小型水電站的電氣設計

（1）電氣一次設計

小型水電站的電氣一次設計比較簡單，電氣一次設計接線的回路較少，主接線發電機側多采用單元接線、擴大單元接線、單母線接線。水電站年負荷利用小時數一般不高，機組滿發時間較短，為減少主變壓器損耗，多采用2臺主變。

（2）電氣二次設計

小型水電站的電氣二次設計中包括多個系統，勵磁系統、信號控制測量系統、同期系統、操作電源，繼電保護以及輔助設備的自動化設計。低壓機組一體化控制屏是專為低壓組水電站設計，控制屏由發電機出口斷路器、勵磁組件、智能控制裝置、儀表等組成，實現了將一臺水輪發電機組的一、二次設備優化配置在一面屏中。屏體采用全封閉結構，具有較高的防護等級?？刂破凉δ荦R全，操作簡單，適用于單機容量1000kW以下的低壓水輪發電機組。整套設備在廠家均經過完整測試，現場安裝后即可投入運行，簡化聯調工作，降低了調試和運行維護成本。

低壓機組一體化控制屏集控制、測量、發電機保護、勵磁系統、調速器控制、順序控制、自動準同期、溫度巡檢、自動經濟發電、計量、監視儀表、智能診斷、遠方交互、安全預警等功能于一體。系統支持遠方監視控制功能，通過通訊線路由后臺計算機實現對電站機組的遠程測控（如前池水位及運行信息等）與管理功能；系統還具有實時數據查詢、電氣及非電氣量越限和狀態量變化主動報警、事件查詢、生成報表等功能。

徑流電站可采用恒高水位運行模式，有效利用水資源。配置完善和高質量的自動化元件。實現無人值班。單機一萬千瓦以下的機組都可以采用無刷勵磁模式?？珊喕瘎畲旁O備，取消勵磁變。采用多功能高度集成的智能裝置，減少二次設備配置。實現電站運行、維護社會化?？梢钥焖偬岣咝∷娦袠I的整體運行管理水平。低壓機組采用一體化控制保護屏，可實現無人值班。低壓機組采用新型的低壓機組微機高油壓全自動調速器?？蔀閷崿F無人值班提供基礎自動化設備。推廣二次設備的免調試、免運行和免維護理念。讓電站運行和管理人員體面而幸福的工作。

2、發電機增效擴容

很多水電站都已經建立了較長時間，由于當時的條件有限會對電氣設備的性能進行限制，若是完全更換為新型設備會花費過多，可以針對老化嚴重的元件進行修繕整改。由于各個水電站的設備運行狀況不同，要實地勘測后進行改造。

（1）定子和轉子繞組改造；改造發電機，對其增效擴容要求轉速和電機極對數不變，所以要對定子和轉子繞組進行整改，增大線規并降低電阻，使發熱總量不要超過整改前。絕緣材料選用更加耐壓損耗更低的新型材料，減低厚度，空出更多空間。（2）通風冷卻改造；發電機的通風系統的性能會直接影響到發電機的擴容，早期的通風系統受到技術水平限制存在很多問題：散熱能力低、噪聲大、長期運行時還會出現堵塞現象，效果很差，需要進行整改。（3）定子鐵芯改造；雖然定子鐵芯一般情況下不會出現故障，但是也要時時進行檢測，因為一旦出現問題引發的就會是重大事故，所以，定子鐵芯要定期進行更換，最好采用新型的性能更好的材料。另外，還應針對擴容進行定子鐵芯改造，配合其他元件，優化鐵芯的設計結構。（4）推力軸承改造；發電機在運行時推力軸承會受到全部的負荷，若是軸承質量達不到要求，會嚴重影響發電機的正常運行。因此，在確定機組容量后要計算出推力負荷，并根據這個數據對軸承進行改造。

3、電氣主接線和短路電流計算

（1）電氣主接線；現有的主接線路只要設計合理便可以不用更改原有的接線方案，只需進行規范性的機組容量復核計算就可以了。若是水電站的電氣設計已經改動了多次，原有主接線設計已經有所改變，形成不合理的接線，造成重復過多、損耗過大、配置不合理等問題，不能滿足電力系統的要求，這時應首先優化主接線，在進行輸出容量復核計算。另外，若是涉及到了電力系統的計量、保護方式等問題，還要與調度部門協商解決。（2）短路電流；早年建設的水電站的電力系統容量一般都比較低，進過這些年來的發展，容量要求已經大大增加了，電氣結構也變了很多，由于智能化網絡化的改進，電力參數也在隨之改變。所以，短路電流還需根據更正后的參數進行復核計算，得出相關結果后還要對現有設備進行復核，若是不能達到規范要求，要重新選擇新型的電氣設備。（3）接地系統；接地系統的設計涉及到設備安全保證。想要保證水電站的電力設備能夠安全可靠的運行，接地系統要同時滿足短路電流和雷電沖擊的要求，設備改造時應將之考慮周全。經過幾十年的運行，接地系統必然會出現一些問題：銹蝕嚴重以致接地網斷裂，特別是戶外線路。所以，對水電站的電氣設備進行整改時，要先對現有的接地系統進行實地勘測，若是不能滿足現有要求，要及時進行接地設備改造，使之達到規范的目標值。

4、調節水庫式電站調速器的自動化技術

通常水庫式電站的運行水頭包含較大的變化范圍，其主要依據水輪機對水頭起動開度及調速器進行設計。然而當水輪機在低水頭下工作或電站水頭減小時，為避免調整器的啟動開度增加則必須將開度指標儀進行電阻串聯或進行芯片更換，當電站水頭相比設計要求更小時則又必須將芯片恢復或將串聯電阻撤銷，此種控制方式極大的影響了調速器的工作效率。而使用自動化可編程控制器，利用水龍頭的高低變化進行程序設定就能有效改善啟動開度，從而保證電站調速器的穩定運行。

結束語

自動化技術的應用質量將直接關系著水電站運行管理穩定性與安全性的提高，因此，相關技術與設計人員應加強有關水電站自動化技術的研究，總結水電站自動化技術應用要點及技術內容，以逐步改善水電站自動化技術水平。

參考文獻

[1]何朝霞.電氣自動化在水電站中的應用[J].現代經濟信息，2011.

[2]苑清敏，張強.水電站電氣自動化應用問題的探討[J].黑龍江科技信息，2011(27).

[3]賀佰圭.關于水電站電氣自動化應用問題的探討[J].廣東科技，2012(7).