水利设施中电气自动化应用

浅析水利设施中电气自动化的应用摘要：电气自动化是一门应用广泛、功能强大的学科，且随着计算机技术的发展，为工业生产部门提供了强大动力。

水利设施中对电气自动化的应用也越来越深入和广泛，在水电站的建设和施工应用中成效显著。

本文通过对水利设施电气自动化的内容和常用设备的简介，提供了电气自动化目前的应用内容，为今后的相关工作提供思路。

关键字：水利设施电气自动化应用
中图分类号：tu855文献标识码： a 文章编号：
1 引言
大型水利水电工程有庞大复杂的施工系统，其电气自动化设备是一个不可缺少的专业。

施工系统电气部分设计质量的优劣，对工程的施工进度、质量以及施工企业的造价有着一定的影响。

水利设施管理，是指建立运行制度，落实岗位职责，实施维修养护，开展综合经营，使之达到安全运用，充分发挥效益，促进良性循环而进行的一系列规范化活动。

2 水利设施电气自动化的内容
2.1 自动检测
对电气设备进行检测，就是要检验保护的动作功能。

首先在检测时要施加一定的讯号即模拟量，一般保护电气设备或装置可分为交流回路与直流回路二部分。

如果模拟量从交流回路加入，称为交流检测方式，如果模拟量从直流回路加入，称为直流检测方式。

在
检测时加入模拟破使被检测的保护作出反应，若保护动作为正确，则称为拒动检测，若保护不动作为正确，则称为误动检测。

2.1.1 交流检测
将交流模拟讯号通过检测装置加入保护的交流回路，最简便的方法是利用检测电气设备的接点去短接、或断开或切换保护为交流回路里的某些环节。

其作用相当于在交流回路里加入了一个足够大的交流讯号，检验保护的动作情况。

这种方法的好处是不需要外加交流讯号，但是它的适用范田有限；另一种方法是在交流回路外加的交流模拟讯号，检验保护的动作情况，通常在被检测的保护电气设备电压形成回路中增设有交流检测绕组，由于这种方法适用范围广，因此比较实用。

如果在施加交流模拟电源的检测方法中，仔细地计算加入模拟量的大小，使模拟量稍稍超过电气设备的整定值使电气设备动作，再施加稍稍低于整定位的模拟量则电气设备不动作，说明电气设备动作正确，这样二步检测，不仅能检测电气设备有否损坏现象，还可以检验电气设备的整定值的正确与否，这种检测方式虽然较为先进，但实现起来较为复杂。

2.1.2 直流检测
对某些电气设备或保护装置，由于易预坏的薄弱环节往往是直流回路，因此只要施加一讯号使直流回路翻转，即可判断保护的好坏。

由于保护通常都有闭合回路，当元件损坏直流回路部分翻转时，保护不会误动作，而且能发出元件损坏信号，因此不作误动检测也
可以。

由于直流检测方式十分简单，因此具有强大的使用价值。

但是对于某些电气设备，采用直流检测是不合适的。

例如一种相位比较电气设备，在直流回路中具有相位比较回路，如只施加直流检测讯号，往往不能正确判断直流回路工作的正确性，因此只有采用交流检测的方法是比较合适的。

采用直流检测的方法，最简单的办法是用检测电气设备接点去双按或断开或切换被检测电气设备的直流回路中的某些环节，使直流回路得到一个足够大的动作讯号，使电气设备动作。

另一个方法是附加一个直流讯号电源，当检测时将此电源加到电气设备的直流输入端，使电气设备动作。

2.2 自动控制
上述各项操作从自动控制原理的观点来看是属于开环控制性质的，电站还有许多控制属于闭环性质的，调速器属于机组转速的闭环控制系统，励磁调节属于机组电压的闭环控制系统，改变调速器的整定值可以控制机组的有功出力，同样，改变励磁调节器的整定值可以控制机组的无功出力，这两个调节器是机组也是电站的最基本的自动控制装置。

还可以设置成组调节设备，以便把全厂机组作为一台机组来调整，使之既可接受来自上一级自动装置的命令，也可以接受电站值班人员给定的命令，这样就出现了有功功率成组调节装置和自动调频装置，以及无功功率成组调节装置。

2.3 自动保护
2.3.1 控制电压的选择
水利设备上的电气控制保护元件及信号装置、执行机构是根据生产工艺和操作的要求，安装在机台的不同部位，元件分散，控制线路长。

因此，为了满足控制回路各种元件的不同工作需要和保证设备、人身安全，增加控制系统的可靠性。

按通常做法，需要设置一个控制电压，与主电路相隔离。

但目前水利电气设施所采用的控制电压，包括380v及以下各个等级。

不同型号水利设备的配套电气设备的控制电压往往各不相同。

另外，为了生产工艺的需要，在工艺自停及其信号指示回路中，采用12v和6.3v电压。

控制电压的多样化，造成了电气元器件型号、规格繁多，给用户厂的设备检修、备件购置造成困难。

为了解决这一问题，应对控制电压统一标准，减少等级。

就目前水利设施电气自动控制的需要看，只要取380、220和12v 三个电压等级即能满足需要。

其中，380v和220v供控制保护电器及电源指示用，而12v可作为工艺自停及信号指示用。

改进后交流接触器由原来的电压等级减少为2个，中间继电器的电压等级由5个减至3个，信号灯的电压等级由5个减至2个。

信号灯可统一为以下两种：nxd1系列380v氖泡信号灯，在380v和220v电路中通用；xd系列12v白炽信一号灯做工艺指示用。

以上改进除能满足控制电路的要求又给设备检修和备件购置带来方便。

2.3.2 检测装置与保护继电器的配合
以元件保护为例来说明，通常元件保护由多个保护继电器所构成。

各个保护继电器之间有较少的联系，每个保护继电器通常只占
用一点或二点的检测。

因为保护均没有闭锁回路，在元件损坏保护局部误动情况均能发出信号，因此检测装置主要用来检测保护继电器的拒功。

在被检测的继电器中，通常设有相应的检测回路。

2.3.3 检测装置与成套保护装置的配合
以双母线保护为例来说明，采用较为完善的交流检测方式，模拟内部及外部故障，检测保护装置的拒动与误动情况，并配合有故障起动继电器，在检测过程中发生故障时，可立即将检测装置退出，保护经很小的延时后投入工作。

在保护中设有出口回路解除继电器、出口回路解除确认继电器、保护装置动作判定继电器、保护装置强制复归继电器。

在保护装置交流回路中设置有检测回路，即在变流器或变压器上设置有交流检测绕组，由变压器提供检测电流。

3 水利设施电气自动化的设备
plc（programmable logic controller）是一种新型控制装置。

它吸取了继电器顺序控制设计的特点，采用了类似微型计算机的结构，又具有新的面向控制的软件。

具有以下五个特点；（1）标准组件结构，对不同工艺设备可通用；（2）程序简便，易于掌握，可以在现场及时编制或修改程序；（3）采用无触点给构和ic部件，可靠性高，不需维护；（4）能直接控制生产设备及生产过程；（5）性能好，价格低。

因此plc组成的电气自动化控制系统在国内外获得广泛应用。

现以某水利工程项目的电气设施为例，说明plc如何作为电气传动自动控制的新装置，进行分散控制。

根据不同的设备控制情况，plc的控制内容可以概括为（1）顺
序控制：包括顺序操作控制；时间控制于条件控制（联锁控制）。

（2）主干控制：包括对自动和手动的各操作方式下，各种控制所需的信息进行运算处理；下达运转指令（位信息）及速度指令（字信息），对功率控制级进行设定。

（3）位置控制。

控制系统采用的是多级控制结构，如图1所示。

设定级由小型计算机hl-dic-80承担，主要是进行设定计算及信息处理；控制、操作级的上位有4台控制用准小型计算机hidic-08e，其中两台分别用于no.1、no.2发电机进行存贮式程序控制，即spc，另外两台分别用于板坯线及方坯线上的跟踪信息处理，即sldc及bldc。

图1控制结构示意图
控制、操作级的下位，有18台plc，由于计算机仅对发电设备上的钢坯进行跟踪处理，因此18台plc中只有11台与计算机连接，另外7台是不与计算机连接的。

plc在这个多级系统中，是末级的自动控制装置，而在电气传动自动控制系统中，又是直接承担控制任务的部件。

plc通过rio既和功率级（可控硅控制盘、电动机控制盘等）、操作工（操作台及机旁开关箱）、检测装置（热、冷金属检测器、极限开关等）相连，也和控制用计算机直接相连，它要向上位计算机送出过程控制和设备控制所需要的信息，也要接受上位计算机的指示，输人控制对象的各种信息，进行运算处理后，对功率级下达运转指令和速度指令，它的地位是显而易见的。

4 总结
在未来还要进一步增加投入，使水利设施的电气自动化设备尽
快完善配套，消除隐患，发挥效益，为管理工作创造有利的条件。

水利工程不配套，长期带病运行，不仅会增加了管理的难度，还不能履行水利工程的职能。

根据水利行业管理的要求，对各类水利工程的险情观测、维修养护、隐患处理、用水管理、防洪抢险、水质监测、综合经营、岗位职责等方面，要制定出定量定性的考核指标和相应的管理制度，并定期组织阶段性达标验收，使管理工作逐步实现经常化、科学化、制度化、规范化。

参考文献
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