自动化技术在水电站的作用和效益

刘冬红

摘 要：本文简要介绍了我国水能蕴藏量及水电资源的优势和利用状况，指出与发达国家相比在自动化程度、安全性能、事故发生率和电能质量等方面的差距，分四个方面阐述了自动化技术在水电站中的作用，及实际运用中的效果。

关键词：水电站自动化 可靠性 经济性 电能质量 生产率 效益

中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0119-01

随着社会经济的发展和能源的匮乏，以及人们环保意识的加强，水电作为清洁、环保的绿色能源顺应了形势的要求。我国水能蕴藏量6.9亿千瓦，居世界首位。目前全国1/3以上地区电力资源由水电站提供，这几年我国水电建设发展非常快，装机容量已达2.3亿千瓦，年发电量59200亿kWh，但与发达国家相比，在自动化程度、安全性能、事故发生率和电能质量上，都存在着不少差距。特别是早期兴建的水电站，受技术水平和社会条件限制，基本没自动化功能，大都是手动常规控制的人工操作模式，中小型水电站自动化更是几乎为零。

1 自动化技术在水电站的作用

水电站运用自动化技术，不仅可以通过预先设定的计划或程序对各种设备信息进行采集、处理和管理，还能全面的对电站生产过程进行操作、控制和监视，保障在无人（或少人）情况下安全稳定运行。是提高电站安全、经济运行和管理水平的技术手段，也是衡量水电站现代化水平高低的重要标志，作用主要体现在以下四个方面。

（1）全面提升操作和控制工作的可靠性。

水电站应用自动化技术，一方面，可以对水轮发电机组的运行方式进行自动化控制，实现开机、停机、并列、发电与调相切换等操作自动化。同时，通过各种自动装置快速、准确、及时地进行观察、监测、记录和报警，对上述各项操作按设定的程序自动控制，防止不正常工作状态发展成事故，并自动迅速对发生事故的设备采取保护措施使其免遭更严重的损坏，保证发供电的可靠性。另一方面，通过各种自动装置采集、分析处理各类数据，迅速、准确、有效对发电机、水轮机、励磁及调速装置、机组附属设备的电气量、非电气量、脉冲量、开关量和主要设备运行工况做出正确诊断、讯速处理，减少误操作的可能，减少发生事故的机会，大大加快操作或控制的过程。特别是在发生事故的紧急情况下，能迅速自动做出检测并启动安全保护，快速控制事故的延误和扩大，从而全面提升操作和控制工作的可靠性。

（2）大大增强了运行中的协调性和经济性。

水电站应用自动化后，可根据系统要求以及分配给电站的负荷和电站的具体条件，按高水头运行的原则，合理选择开机台数，在机组间实现负荷的经济分配，根据系统负荷变化自动合理的调节机组的有功和无功功率等。此外，当工作机组发生事故或电力系统频率降低时，自动开启并投入备用机组；当系统频率过高，自动调整或解除运行机组保持高效运行，以获得更好的经济效益。此外，水电站通常是水力资源综合利用，许多还兼顾防洪、灌溉、航运等多项要求，经济运行条件复杂，只凭人工控制分配、调度工作过程繁琐，而自动化技术能够有效弥补这方面缺陷，提高电站经济运行任务的目标。对具有调节能力的电站，自动化技术不但可对水库来水进行预报、计算，还可综合水位、流量、系统负荷和机组参数等参量，按照经济运行原则自动控制，自动维持发电机组的最佳运行态势，大大提高运行的经济性。

（3）提高电能质量，保障电能输出质量和电网的稳定性。

电压和频率是衡量电能质量好坏的二个最基本指标，根据《电能质量供电电压允许偏差》和《电能质量电力系统频率允许偏差》的规定，电力电压正常偏差不得超过额定值的±5%、频率正常偏差不得超过额定值的±0.2～±0.5 Hz，电压或频率的稳定主要取决于发供电中无功功率和有功功率供给的平衡度，而自动化技术能自动控制发电机频率和电压，迅速而又准确地调节发电机组输出的无功功率和有功功率，保证发供电的电压和频率在规定范围内。特别是在发生事故的情况下，快速的调节和控制，对迅速恢复电能质量具有决定性的意义，这个过程，单纯靠人工手动直接操作步骤多、操作繁琐、时间长，自动化装置的特点是快、精、准，显然不论是速度方面还是在精度方面人工手动都是难于实现的。所以，在电站中运用自动化技术，是提高电能质量，保障电能输出质量和电网运行稳定性的一个重要措施。

（4）优化劳动生产率、改善劳动环境，为减员增效创造条件。

水电站一般地处偏僻山区、荒郊野外，工作环境和工作条件都比较差。实行自动化后，当出现异常或发生事故时，能迅速而自动地采取相应的保护措施，如：发出警报信号或紧急停机。此外，像对发电机定子和转子回路各电量的监视；对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视；对机组润滑和冷却系统工作的监视；对机组调速系统等辅助设备运行工况的监视等许多工作，都可由各种自动装置按一定的程序自动完成。自动化代替人工操作及定时巡回检查、记录等繁杂劳动，大大减少运行人员工作量和劳动强度，同时可相应减少运行人员的数量，改变水电站人多、效率低的落后局面，向无人（少人）值守方式过渡，优化劳动生产率，降低生产成本，为减员增效创造条件。

2 实际中的作用和效果

从长远来发展来看，自动化技术取代传统的人工操作控制为主的手动模式，是水电站现代化管理发展的大势所趋，自动化技术优化水电站运行模式有着无可比拟的优势。如：浙江省庆元兰溪桥水电站，在报废重建中采用专家建议的计算机监控系统，该系统按“无人值班、少人值守”的原则设计，具有遥控、遥调、遥测、遥信、遥视“五遥”功能；集监测、控制、保护、视频监视、电度量电费统计及管理于一体，采用分层分布式结构，模块化设计，以工业级计算机为上位机，由可编程序逻辑控制器PLC为基础的机组公用现地控制单元为下位机、微机保护装置、智能参数测量装置和视频采集装置等组成。通过二年的运行，采用自动化技术后大大提高了水资源的利用率，年平均发电量增加了6%，电能质量也有明显提升，减少了运行人员20%，减少了相应的生活办公支出近10%，经济效益明显。

3 结语

实际证明自动化技术在水电站作用和效果十分巨大，而我国早期兴建的水电站大都已到报废重建年限，其中又以中、小型水电站居多，在这些中、小型电站报废重建中推广运用自动化技术，不仅可以明显提升水电站的经济效益，还可最大限度地优化提高我国水电资源利用率，具有极其重要的意义和广泛的前景！

参考文献

[1] 徐锦才.小型水电站计算机监控技术[M].河南大学出版社，2005，1.

[2] 郑曲全.浅谈水电站自动化技术及其应用[J].大众科技，2008（5）：131-132.

[3] 浙江省水利水电勘察设计院.兰溪桥电站报废重建工程初步设计报告[R].2008，10.endprint