郭悠扬

（遂川县发电公司，江西 吉安 343900）

自动化技术呈现实时性、节能性特征。为进一步推动水力发电项目的优质建设，理应充分应用自动化技术，继而达到提质增效目的。

1.1 PLC 技术

适用于水电站电气工程应用场景的自动化技术较为多样，包含PLC 技术（可编程控制器）。此项技术涵盖编程器、接口以及主机等多项部分，且PLC 技术应用流程，见图1。该技术在应用期间，应当先行了解PLC 系统预留余量，通常在I/O 点数确定过程中，应当至少设置10%的预留点数余量，而后分析水电站电气工程PLC 负载输出电流类型以及输出渠道，从晶闸管或晶体管等不同输出渠道中进行选择，每一项选择都会影响PLC 系统运行稳定性。此外，PLC 技术的应用还要选取适合的COM点，由于COM点带有的输出点数量不同，且适用范围不一致，故此应当根据电流规模予以判定。若水电站电气工程属于大电流，应以带有1 个或2 个输出点的COM点产品为主，若为小电流，则主张选用带有4 个或8 个输出点的COM点。同时，PLC 技术需要选用与之匹配的PLC 编程器。常用编程器多包含手持式、图形编程以及兼容软件式产品。第一种多在小容量PLC 系统中比较适合。第二种则具有易于操作的优势，对于水电站电气人员而言，能在短时间内快速熟练掌握编程器使用技巧，但对应的成本偏高。最后一种属于高效编程器。然而，也要在选用此种编程器时考虑消耗的成本是否符合水电站电气工程建设条件。PLC 技术中的电源部分，多以DC24 V 或AC240 V 为主，要想强化电源的抗干扰性，需要提前装设1：1 隔离变压器。而且在大电流电气设备上应用PLC 技术时，务必注重晶体管的有效保护，并提前计算出模拟量范围与脉冲量，以此提升PLC 技术的适应性。

PLC 系统中模拟单元分辨率为1，且标准电量为0 V，分辨率为32 767，标准电量为10 V，且PLC 系统检测温度范围为0 ℃到100 ℃。在计算模拟量阶段，应当参照电压或电流参数进行确定。比如在-10 V 到10 V 范围内，分辨率6 000 的PLC 系统，转换值在F448 到0BB8Hex 以内，而0 V～10 V 电压值对应相同分辨率的转换值为0Hex 到1770Hex，且电压自动控制电路图可见图2。其中在触发控制端指引下，能够对连接的管形氙灯进行连通，摆脱传统人工闭合开关的束缚。0 mA～20 mA 电流参数下转换值与0 V～10 V 电压范围内相同，具体应当根据分辨率的差异性计算模拟物理量。关于脉冲量的计算，可以结合水电站步进电机予以分析。其中在控制电机角度时，可以利用下述公式求取角度动作脉冲数（a）。

式中：a一圈与b 分别表示的是一圈总脉冲数与设定电机转动角度。

以距离作为PLC 控制主体，应当按照公式（2）求取设定距离脉冲数（c）。

式中：d 与d滚轮代表的是设定距离与滚轮直径。

经上述计算结果能够知晓脉冲量范围，而后展现PLC 技术的应用价值。

1.2 计算机技术

水电站电气工程还可以应用计算机技术。以往在电气控制过程中，多依靠人工力量。而计算机技术的运用，可以针对自动化程序进行简化处理。无论是测控装置还是机电保护装置，都能依托计算机技术优化性能[1]。

计算机系统具有远程监控、数据采集与调试、数据分析等多项功能，在水电站自动化控制过程中可以根据对电气模拟量的综合分析，参照历史数据判断当前水电站电气控制系统是否存在异常运作迹象, 绘制模拟曲线，如图3 所示，借助专家分析结果确定水电站运行稳定性。而且还要计算水电站出力，便于在自动化调节出力过程中，维持水电站运行安全。水电站出力（N）可以利用下列公式求值。

η、Q、H、A 分别指代水电站综合机械效率、水轮机发电流量、净水头、出力系数。计算机技术能够依靠水电站出力范围设定出力调节频率，保证水电站水能供应量与发电量保持协调关系。在不考虑水电站装机容量的前提下，可以将Q 看成是水电站水库下泄流量，以此在计算机技术导向下，推动水电站的自动化发展。另外，计算机技术具体应用环节，还可以针对电气设备实施无功补偿，自动化给出无功补偿能量计算值（U（t）），依据公式（4）自动化取值。若计算机技术干预下取值结果小于1，表明水电站无功补偿能量消耗值不大，可以通过对无功补偿能量的自动化下调，强化水电站电气工程节能效果。

式中:Mp表示电气量比例系数;m(p)为电能输入偏差;T表示调度时间。经计算机技术即可自动化实施无功补偿，减少对人工的依赖[2]。

1.3 实时监控技术

经由实时监控技术建立的专家系统（见图4），本身设有两台计算机，且建立备用关系，而且还涵盖操作员工作站与语音报警装置、GPS 时钟系统，可以随时记录监控时间，指引有关人员根据时间点预估设备运行稳定性。而且还要定期自动打印实时监控数据，将其上传至水情测报系统，便于水情测报员结合实时监控数据，分析当前是否需要进行调度。在实时监控系统运行期间，需在计算机、打印机以及电气设备之间建立连接关系，经过TCP/IP 网络完成实时通讯，继而实现实时监控数据的高效利用[3]。

2.1 应用于涡轮螺旋桨调速

水电站电气工程运用自动化技术，其中最为关键的方向即为涡轮螺旋桨调速中应用PLC 技术。通过水位的自动化控制，提高水能利用率。关于PLC 技术的实际应用，主要是在该技术辅助下，对水位与水轮机水头展开协调设计，进而促使涡轮螺旋桨的转动角度以及转动频率都能适合当前发电机组运行需求。

此外，PLC 技术还能细致的展现水位变化规律，经过调整涡轮螺旋桨，优化水力发电状态，避免涡轮螺旋桨因异常运行，干扰发电进度。PLC 技术可以直接参与到涡轮螺旋桨热力循环中，其发动机对应的单位推进功（Lp）能够根据循环功传递效率（η ）与螺旋桨驱动功率输出（Lne）t进行计算，即LP=ηLnet，从中知晓随着有效功的增加，其单位推进功也会随之增加，进而由PLC 技术控制螺旋桨发动机热力循环效率。

2.2 应用于橡胶坝监控系统

自动化技术可应用于橡胶坝监控系统中，在水电站建设阶段，常利用橡胶坝，强化拦水功能。虽然橡胶坝确实能够更高效的利用水资源，但也会诱发共振后果，造成橡胶坝在坝体、坝袋反复摩擦中引起损坏情况，加剧溢流风险。自动化技术可对橡胶坝坝袋高度以及坝袋压力等参数实施有效监控，从中自动化调整橡胶坝升降高度，改善水资源利用现状。

2.3 应用于水电站调速器

在水电站运行期间，需要利用调速器控制水轮机水头升降空间。在传统控制技术下，常采用芯片替换法控制水轮机水头启动开度，这样反而会降低应用效率。自动化技术能通过编程设计对调速器参数值进行微调。程序运行后，其启动开度可以依靠调速器科学调整转速进行自动化调节，不易出现快速启动问题。为了更全面的保证自动化技术符合工况条件，还要准确探明水电站水能变化特征，参照下述公式求取水电站在自动化运行中消耗能量

即

Z1、Z2代表的是不同断面水面高程；
v1、v2表示断面流速平均值；
γ、α 各自表示水的容重、不均匀系数；
W为t 时间范围内过河段水体积；
g 为重力加速度。通过对水能的综合分析，判定研发的自动化机械是否在水电站场景中适用。

2.4 应用于水轮机控制系统

水电站电气工程自动化技术可应用于水轮机控制系统中，切实节约人力资源，保证水资源实现高度利用。事实上，水轮机控制系统多指代油气水的自动化控制。参照公式（3）可以推断出T 时段内水电站发电量（QT）计算公式如下

N平均是指平均出力。为了确保水电站持久性展现水力发电价值，还要根据水电站建设规律，联合自动化技术，达到水利动能设计标准。通常水电站水电容量占比率高于50%，要求水利功能设计值保证率至少为95%。低于25%水电容量的水电站，保证80%左右的水利功能设计保证率，达成油气水资源自动化控制要求[4]。

2.5 应用于电气设备检修

水电站在以水资源作为发电能源时，应保证变压器等电气设备，在自动化技术辅助下减少故障率，凭借检修数据评估故障风险等级。电气设备常见短路故障，首先应结合短路电流计算网络阻抗（ZQ），以PLC技术与实时监控技术，对电流变化范围进行统计，判断是否存在短路迹象。

式中:c 为电压系数;Un为标称电压;IKQn是指对称短路电流初始值。计算后可以在计算机技术参与下整理短路电流变化规律，以此判定电气设备的运行稳定性，并且在电流超出标准值后启动预警，而后以增加限流电抗方式消除短路电流[5]。

综上所述，水电站电气工程自动化技术多包含PLC 技术、计算机技术、实时监控技术。为取得显著的自动化改造成果，应在涡轮螺旋桨调速、橡胶坝监控系统、调速器以及水轮机控制系统、电气设备检修等部分加强自动化技术的合理化应用，从而为水电站电气设备的安全运行创造有利条件，保证当地在水力发电项目的支撑下享受到优质的供电服务，践行可持续发展战略。

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