水电站综合自动化系统分析与设计

摘?要随着电力技术的不断发展，微电子技术也有了突飞猛进的进步。当前，水电站采用综合自动化系统后不仅提高水电站运行方面的经济性而且在工作方面也有了很大的可靠性，这些对于保证电能质量、提高工人工作效率、改善劳动条件，进而提高水电站运行的效益等方面都有很大的作用。本文对水电站综合自动化系统分析与设计进行简要的探讨，希望对从事水电站方面的人员有所帮助。

关键词水电站；自动化；应用

随着当今社会科学技术的飞速发展，水电站的综合自动化对于水电站的开发和发展具有极其重要的意义。其中，实现水轮发电机组自动化是水电站综合自动化的最核心部分，是整个水电站的中枢大脑，这也就要求其必须更好的做好监测机组和辅助设备的功能，在遇到突发情况的时候能发出指示信号，并且能够自主独立的解决。水电站的规模程度化很大程度上就是由水电站综合自动化所决定的。

水电站自动化的含义，从字的表面看其含义就是自己能够控制运行的意思，用专业的话语即为水电站在生产运行的实际过程中，在遇到突发性的事件的时候，能够不经过人的参与来独立自主的完成任务。自动化技术在水电站安全运行过程中有着十分重要的作用，它的作用不仅是可以提高水电站工作的可靠性、提高运行的经济性，而且对于保证电能质量、提高工人效率等方面也有很大的作用。

1水电站综合自动化系统设计简介

水电站的综合自动化最基层的设施即为计算机监控系统，改系统对整个水电站的水文测报、工况监视、负荷的合理分支，以及在输电线路运行全过程的自动监控都起到了很大的作用，并且能够及时准确的进行核实相关数据，确保数据的准确性。一般综合自动化包含有五个子系统

1）计算机监控系统：这部分是综合自动化系统的核心和基础。

2）工业电视监视系统：及时准确地反应被监控对象的实际信息。

3）消防监控系统：所有的火情信息由水电站消防计算机监控系统主机经信息处理后送至计算机监控系统。该系统与计算机监控系统采用异步通信方式实现通信。

4）基础自动化元件及自动装置：基础自动化元件对监视水电站设备的运行情况、判断其工作状况是否良好具有重要的意义。

5）水文自动测报系统：通过计算机在很短的时间内做出洪水预报。

2水电站综合自动化的核心内容

水电站的规模、水电站的型式和运行方式、机电设备的型式以及机组的布置方式等都与水电站综合自动化的核心有着直接的关系。一般而言，水电站综合自动化核心内容有三个方面，以下即为其具体的内容解析。

2.1完成对水轮发电机组的自动控制

首先，要实现对水轮发电机开停机、发电转调相和调相转发电等的自动化，确保这些主要程序能实现自动化；其次，能够自动维持水轮发电机组的合理运行，可以根据当时的具体情况合理的调节最佳运行机组数，而且对机组间产生的负荷进行合理分配。此外，当电力机组发生故障或系统程序反应慢的时候，能进行合理的起动备用组或者关闭已开组。

2.2完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视

这些检测主要包括对发电机定子和转子回路各电量的监视，当定子和转子发生一些变化的时候能及时的自动停止。对机组调速系统工作的监视，当调速系统速度发生变化的时候，能够通过改变一些程序来更好的对系统进行保护。

2.3完成对辅助设备的自动控制

这种控制包括完成对各种油泵、水泵和空压机等的控制，但发生故障的时候能自动的合理配置；完成对主要电气设备的控制、监视和保护；完成对水工建筑物运行工况的控制和监视，当突发事件来临时（如跳闸事件），能自动的调节以确保工作状态的稳定；也要完成对机组水轮的监视，确保其无堵塞现象发生；也要完成对上下游水位的测量监视，对压力管自动调节，确保安全性等。

3水电站综合自动化创新设计的实际运用

当今社会，随着综合水电站自动化水平的不断提高，水轮发电机组所需的部件也越来越多，技术要求也越来越高。但由于当前技术性问题，很多主机部件自动化元件在性能方面存在有不稳定、反应度差等制约性因素。而且在自动化设计方面的不完整性也容易使水电站的自动控制不同程度的受到影响，这就要求我们对水电站综合自动化进行不断的创新。

3.1水电站自动化在混流式水轮发电机中的应用

混流式水轮机由美国工程师弗朗西斯于1849年发明的，所以也称弗朗西斯水轮机，是目前世界上使用最广泛的一种水轮机。与轴流转桨式相比，这类水轮发电机结构更加简单，效率更加高效。

混流式水轮机的工作原理，是由水流直接进入到导水机构，然后轴向流出转轮；混流式的转轮的结构特点，一般用是由低碳钢和合金铸造而成，有的也用焊接结构。有的水电站为了提高其防腐蚀性往往外层会出现镀层或者直接不锈钢，更有甚的水电站会出现整个转轮采用不锈钢。在这些方法中常常会采用铸焊结构，这样的结构往往能节约资本，流动也能更加准确化，对于水轮机本身效率的提高有很大的帮助，往往也会用不同的材料制造叶片、上冠和下环。

混流式水轮机在中低水电站应用很为广泛。这是由于水轮机上叶片自觉性根据水量的大小来调节使用水轮机的动行水头范围。转轮是混流式水轮机将水流能量转换为机械能的核心部件。水流通过导水机构进入转轮。混流式水轮机适用水头范围极广。在实际情况中水头和流量的不同往往是不同的，所以转轮形状是不相同的。通过自动化的调节，水头愈高转轮叶片高度减小，能够自动的使长度增加，水流在转轮中也能更趋于幅向。随着工作水头降低，转轮叶片变短，也能自动化的高度增加，水流愈趋于轴流方向。

3.2PLC在调节水库式电站调速器中的应用

水库式水电站的调速器和开度的大小一般会根据水轮机本身来设计水头变化范围。当水电站水头降低的时候，此时水轮机中的电液调整器往往不能使机组达到额定转速，这种情况往往使调整器的起动开度增大，这时候也就需更换芯片或在开度指示仪中的串接电阻，通过这样的调节来使调节器输出值与开度指示产生差值开机组。当电站水头更小的时候（甚至小于设计水头时），这种情况下PLC能很好的调节，调节器输出值与开度指示产生差值来使机组开机不致过速，也可以省去换回芯片或撤除串接电阻带来的麻烦，这种PLC可编程控制器，通过修改程序即可完成。

3.3水电站综合自动化对线路失压的应用

由于现场工作人员对熔断器熔断的故障处理操作不当，会引发全站失压事故，对于很多保护设施要进行全方位的修正。例如安装检测线路有压，母线无压功能的保护装置，还有对设备进行不断的升级等方法，通过增加这样的新设施来对其进行系统化的保护，以便更有效提高供电可靠性。

当母线因为母差保护动作而失压时，按下列方法处理：

1）自动化设备能迅速隔离故障点，并拉开母联断路器及两侧隔离开关及故障母线电压互感器二次小开关，直接将开关断开。

2）与调度联系，将跳闸的分路断路器恢复到非故障母线上运行。

4总结

总而言之，在当今我国水电站综合自动化系统与发达国家还存在着一定的差距，我们也就需要吸取国内外的先进经验，结合自身实际，因地制宜，力求实用，以提高水电站综合自动化系统的经济效益。值得高兴的是近年来随着我国电力科学技术的不断发展和计算机监控水平的不断提高，许多新建水电站都设计了以计算机监控系统为主的高性能的综合自动化系统，在这些水电站中实现综合自动化的应用，并都取得了很好的效果。这也对我们提出了更高的要求，一定要充分发挥自己的创造性，为水电站综合自动化贡献一份自己的理论。

参考文献

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[2]杨江宁.浅析变电站与水电站综合自动化[J].中国水利水电,2012,6.

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