自动化技术在水电站电气工程中实际应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：许全（1976），男，汉族，广西桂林人，专科，助理工程师，研究方向为电气自动化技术。-40-自动化技术在水电站电气工程中实际应用研究 许 全 广西桂林全州县水利电力总公司，广西 桂林 541500 摘要：摘要：在当今日益发展的科技时代，自动化技术已经成为众多行业的趋势和追求。作为能源行业的重要组成部分，水电站也不例外。在水电站电气工程中进行自动化技术具有重要意义和必要性，通过借助自动化技术，可以大大降低人为操作失误的可能性，提高运行的安全性和可靠性。基于此，本文尝试借助自动化技术将水电站电气工程的运行过程实现全面自动化、提高机组运行的稳定性和效率。关键词：关键词：自动化技术；水电站电气工程；优化方案 中图分类号：中图分类号：TV74 根据电力规划设计总院发布中国电力发展报告2023显示，预计 2025 年全社会用电量将达到 9.8 万亿至 10.2 万亿千瓦时。电力需求增长的同时，我国电力供应保障能力进一步增强。水力发电在我国供电结构中占比第二，而水电站大多地处偏远地区，传统的人为操作容易受人为疏忽、误操作等因素影响，存在一定的安全隐患。随着科技创新的加快推进，自动化技术与水电站电气工程交叉融合，使水电站发展新动能日益强劲，为矿业转型升级，实现创新发展开辟了新领域。身处新形势，自动化技术是水电站电气工程发展的必由之路，是提高水电站核心竞争力、实现可持续发展的必然选择1。自动化技术利用先进的监测和控制技术，实时采集和分析运行数据，自动监测和判断各种异常情况，并及时采取措施进行安全保护。故本文分析自动化技术在水电站电气工程中的必要性、实践过程面临的问题，并提出相应的优化对策，实现水电站电气工程持续的进步和发展。1 自动化技术在水电站电气工程中的必要性 1.1 提升生产效率 生产效率是水电站电气工程重要的指标之一，也是水电站稳定运行的关键。若在水电站电气工程过程中，借助自动化技术可以实现水力发电机组、调速器、调压器和变压器等机械设备自动化控制和在线监测，可以精确控制出力、减少浪涌、拉低尖峰值，使生产效率得以提升2。1.2 实现降本增效 降本增效是水电站电气工程管理中的核心议题之一，在当前经济形势下，水电站程需要不断优化管理模式，降低成本，使得水资源得到最大化的利用。若在水电站电气工程过程中，借助自动化技术对水位、流量、压力、温度、湿度等各项参数的实时监测和数据采集，并把数据进行传输、分析最终以曲线图呈现水电消耗趋势，更直观的了解水电资源的消耗情况，帮助管理人员全方位掌握项目的用水用电情况，以便制定出节能对策，实现降本增效的总体目标。1.3 提高运营管理水平 随着人民生活水平的不断提高，政府对供水投入的加大和城镇人口的快速增加，城镇生活用水也随之增长，水电站电气工程的重要性也日益突出。运营管理是水电站电气工程中不可缺乏的部分，其可以保证水电站电气工程的正常工作和可持续运行。若在水电站电气工程过程中，借助自动化技术可以对水轮发电机组、闸门、泵站等设备状态进行实时监控，实现远程调度，实时分析运行数据，实现预警和自动化调节、协调，可以精细化地管理，提升运营管理水平。1.4 提高工作人员安全性 工作人员是水电站的宝贵财富，保障其的生命安全是水电站的首要任务。在水电站电气工程各种场所，工作人员常面临着各种各样的危险。如果水电站无法保障工作人员的生命安全，将会影响水电站的健康发展。若在水电站电气工程过程中，借助自动化技术可以在无需人员直接接触风险区域的情况下，对水轮发电机组、变压器、电缆等设备的过载、短路、接地等故障进行保护和控制，减少了相关工作人员可能面临的安全风险。1.5 实现环保目的 中国科技期刊数据库 工业 A-41-水是生态之基，保护水生态，就是维稳动、植物的内循环生态。若在水电站电气工程过程中，借助自动化技术对发电量、出力、电网负荷的估算与管理，从而实现节能降耗、减少污染，达到环保的目的。1.6 提高水资源利用率 随着人口的增加和工业、农业的发展，水资源面临日益严峻的挑战。因此，节约用水，高效利用水资源是水电站亟需研究的重心。若在水电站电气工程过程中，借助自动化技术收集和分析水电站电气工程设施的运行数据，可以为管理人员提供数据驱动的决策支持。管理人员通过数据制定更加科学和合理的优化水资源管理策略，提高水资源利用效率3。2 自动化技术在水电站电气工程过程中面临的问题 2.1 对自动化技术重视度不足 自动化技术涉及人力因素、环境配备、设备资源以及社会多方面的因素。在应用过程中，诸多水电站单位对自动化技术的概念理解不够准确、全面，甚至存在一定的偏差，从而导致自动化技术的应用仅仅停留于表面建设，并未突破传统技术的束缚，没有充分体现自动化技术的应用价值。此外，诸多高层未能调整工作人员的思维方式和行为习惯，要解决这个问题，高层需要培养一个开放、创新和适应变化的文化，并鼓励工作人员积极参与、学习自动化技术的培训与应用。2.2 缺乏有效的管理机制 作为水电站管理人员，要想自动化技术得到有效应用就必须建立有效的管理机制。水电站内部要有完善的管理制度，明确岗位职责、工作流程，让每个工作人员都能了解自己的工作内容，并通过明确的目标和奖惩制度，来提高工作人员的工作效率。另外，还需建立高效的沟通机制，使每个工作人员都能快速地了解自动化技术的意义及应用价值，并通过有效的沟通来提高水电站内部和外部之间的协作效率。2.3 设备陈旧，无法满足自动化技术需求 设备作为创造水电站经济价值、保障电气工程安全生产的重要资产，与水电站利润是相互捆绑的。设备利用率高、停机时间短、维修次数少，才能够稳定地生产出品质合格的产品。然而在实际过程，水电站电气工程相关设备存在陈旧的问题，增加出现磨损、腐蚀、机械故障等发生率，这将直接影响水电站的生产效率。此外，陈旧设备能效逐渐降低，容易引发意外停机，可能导致水资源的浪费和环境影响。2.4 设备安全检测技术有待提高 检测技术是现代化设备必不可少的一项基础综合技术，有效的进行安全性测试可以帮助水电站工作人员技术发现和解决应用设备的安全漏洞和弱点，从而提高设备的质量和可靠性。然而在设备管理中，存在设备维护不及时、作业流程不规范、职工安全意识淡漠等问题，使得设备在运行过程中的安全得不到保障，这将制约水电站电气工程的健康发展。2.5 工作人员专业水平偏低 自动化技术是一个全面而复杂的过程，它涉及自动化建设的全面认识、专业化执行团队、系统性设计、匹配的智能系统、智能化管理和决策体系、长期的优化完善等方面。这就对相关工作人员提出了更高要求，不仅要拥有丰富的水电相关工作经验，还要具备大数据等信息技术知识。但在水电站行业中这样的全能型人才储备量往往较低，缺乏对自动化技术能力和素养的培养和考核，因此在对自动化技术应用时难免造成效率低下、效果欠佳等问题4。3 自动化技术在水电站电气工程过程中的优化方案 3.1 加强自动化技术的应用与推广 自动化技术首先应该从水电站高层开始，树立自动化技术的价值观念，将自动化技术视为水电站电气工程质量的关键因素，并向工作人员持续传递这种价值观念。其次水电站高层需要推广自动化技术应用的思维方式，并将其融入水电站文化中。可以通过讨论自动化技术的重要性和潜在优势，或者分享其他水电站电气工程的成功案例来实现。最后，水电站高层需要将自动化技术意识融入水电站文化，使工作人员从内心深处意识到自动化技术的重要性，可以在工作人员招聘和绩效考核中加入自动化技术素质评估，制定自动化技术标准，强化工作人员对自动化技术的应用意识。3.2 健全自动化技术管理机制 水电站应建立完善的运行管理机制，包括电站组中国科技期刊数据库 工业 A-42-织管理、合并运行、危险源管理、事故管理、应对措施等方面的规定。要求每个工作人员必须按照规章制度进行管理、操作、保养。每个工作人员应按照规范作业规程执行，严禁随意更改工作程序。同时建立安全设备和质量监督体系，确保设备安全运行，体系包括安全检查、设备质量检查、定期维护、保养等内容。3.3 引进新型设备 在水电站电气工程自动化技术应用过程中，必须要有快速、灵敏、安全、稳定、可靠的自动控制设备与计算机监控设备相配套，才能取得很好的经济效益。本文尝试引进自动化水电站控制系以监测、控制和管理水电站电气工程运行，该系统通过集成传感器、数据采集设备、数据传输通信设备、数据处理分析设备和执行器等组成的硬件平台，以及配套的软件系统，实现对水电站电气工程各个环节的自动化控制和智能化管理5。在数据采集与监测方面，系统能够实时、定时采集监测数据，并具有超差复测功能。采集方式有两种，即：中央控制方式（应答式），由上位机数据采集软件下达命令，网络节点上的所有采集装置进行巡测或选测，测量完毕后将数据根据命令存储在监控上位机中；自动控制方式，采集装置按内部设定时间间隔自动进行测量，测量完毕后将数据存储，并定时将存储数据传输 到监控上位机的测值数据库中。自报测量前采集软件首先初始化各台采集装置的运行时钟，使整个系统同步运行，然后设定各台采集装置的自报时间间隔，设定完成后各台采集装置自动按自报时间间隔进行测量，存储测量数据并定时传送给采集软件。当监控上位机系统发生故障或通信故障的情况下，各台采集装置也能按自报时间间隔进行测量，自动存储数据，实现对水电站电气工程运行情况的全面了解。在远程监控与控制方面，系统通过数据传输通信设备和互联网技术，将采集到的数据传输到远程监控中心，实现对水电站电气工程的远程监控和控制。运维人员可以通过远程终端设备，对水电站电气工程相关的设备进行远程操作和控制。在水轮机控制方面，系统实施监测和控制水轮机的运行，并会根据电网需求和水电站的调度要求，控制水轮机的转速和负荷，使其在最佳工作状态下发电。在输电线路控制方面，系统系会检测输电线路的电压、电流等参数，确保线路的安全运行，并根据电网的需要调节输电线路的负荷。在通信方面，设备需要实时与电网进行信息交换和通信，以保持与电网的同步和协调。为此，系统配备了通信模块，用于与电网操作员进行数据交互、接收调度指令等。3.4 提高设备安全检测技术 随着自动化技术的进步，大部分水电站设备实现不同程度地实现了安全监测自动化。本次尝试借助智慧设备管理系统，将工业无线 WIFI、智能识别、虚拟现实、人员定位、移动互联、大数据等设备和先进技术，融入到安全管理体系，构建安全风险管控平台，实现电气工程安全业务闭环管控、现场管理流程规范、安全数据深度挖掘、风险有效监控预防，确保作业过程安全、作业行为安全和系统设备安全。智慧设备管理系统基于完整的设备数据采集，以提高设备运行性能为目标，结合设备健康状态诊断模型，进行主、辅机设备性能在线监控及性能劣化原因的分析，实现设备状态监测、故障诊断、预防性维护及状态检修。包含水轮机运行性能在线分析、水轮机故障预警、设备故障预警、发电机定子堵塞诊断、设备三维可视化等功能。智慧设备管理系统采用工业大数据挖掘算法，结合先进的监测技术和手段，对全水电站电气工程重要经济指标进行准确计算和可视化监视，有效且直观地对现场生产状况进行实时反馈，为机组能耗指标的监控和诊断分析提供准确的数据支持。智慧设备管理系统利用设备历史数据、实时数据，结合专家库，运用机器学习算法，对水轮机振动、调速等方面进行在线故障诊断。实时对设备参数和指标进行监测和预测，预估报警和保护动作时间。对异常参数进行标识，提醒运行人员。3.5 建立专业的队伍人才 人才培养是一个自动化技术在水电站电气工程中实际应用非常重要的部分，它不仅可以帮助水电站提高工作人员技能和绩效，而且还可以确保自动化技术的顺利开展。水电站需重视对自动化技术的人才培养，定期对工作内容开展相应的培训内容，包括自动化控制理论、电路原理、电力电子技术、数字电子技术、信号与系统分析、传感器技术、发电厂、变电站、输电线路和配电网络等知识，使工作人员学习新技能、中国科技期刊数据库 工业 A-43-提高现有技能，从而增加自身的能力和价值。此外，水电站还可以通过外部培训、学徒制度等方式，使工作人员更好地理解和支持水电站的使命和目标，这将有助于构建一个更加协调、稳定和有组织的工作环境，从而提高水电站电气工程的生产效率和安全性。4 结束语 总之，水电站作为重要的能源供应设施，安全性一直是重中之重。在运行过程中需时刻关注设备状态和各种运行信息。经上文分析发现自动化技术在水电站电气工程过程中存在自动化技术重视度不足、缺乏有效的管理机制、设备陈旧、设备安全检测技术有待提高、工作人员专业水平偏低等问题，并尝试从加强自动化技术的应用与推广、健全管理机制、引进新型设备、提高设备安全检测技术、建立专业的队伍人才等优化策略入手，防止水电站电气工程相关问题的发生，有助于实现水资源的高效管理和保护，为社会可持续发展提供坚实的保障。参考文献 1晏迎秋.自动化技术在水电站电气工程中的应用及展望J.陕西水利,2019(7):139-140.2赵楠.水电站电气工程自动化技术的应用探讨J.造纸装备及材料,2022,51(5):54-56.3雷国伟.自动化技术在水电站电气工程中的应用及展望J.中国科技投资,2021(20):117-125.4贺文杰.水电站电气工程自动化信息技术及节能措施的研究J.现代工业经济和信息化,2023,13(7):78-79.5魏强.探讨水电站电气工程自动化技术及其应用J.科技创新与应用,2017(4):197.