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摘要：水利水电工程电气自动化工程一般包括：泵站监控自动化系统、闸门监控自动化系统、大坝安全自动监测系统、水情自动监测系统等。因此为了保障发挥电气自动化在水利水电工程的作用，本文阐述了水利水电工程电气自动化系统的结构配置，对电气自动化在水利水电工程的水闸以及水电站中应用进行了探讨分析。
关键词：水利水电工程；电气自动化；结构配置；水电站；水闸；应用；
水利水电工程电气自动化系统是一种硬件和软件相结合的系统，其硬件环节多而分散，影响因素多，且间歇性使用，因此为了保障水利水电工程电气自动化系统安全运行，必须加强对电气自动化在水利水电工程中的应用进行分析。
一、水利水电工程电气自动化系统的结构配置分析
水利水电工程自动化系统大都采用二层或三层分布式系统结构，第一层为现地测量控制层，第二层为集中监控层，第三层为生产调度管理层。系统各单元间的测控计算机均通过TCP/IP高速以太网连接，其主控级与现地单元级以及现地单元级间采用星形以太网或环网连接，网络介质大都采用了网线和光缆相结合的模式。控制权分生产调度管理层、集中监控层、现地测量控制层三级，控制权可以进行设置和切换，优先顺序为“现地测量控制层—集中监控层—生产调度管理层”。其结构中的硬件配置主要有：（1）现地测量控制层一般都是由现地传感器或变送器、现地智能仪表、PLC控制系统等部分组成。现地传感器或变送器主要包括开度传感器、荷重传感器、水位变送器、压力变送器等；现地智能仪表主要包括开度测控仪、荷重测控仪、水位仪、电流表、电压表等；PLC控制系统主要由PLC系统与其输入输出接口及其电源按钮等部件组成。（2）集中监控层一般都是由主控计算机、数据服务器、打印机、UPS电源、网络设备等部分组成。系统主控应用软件安装在主控计算机中，可通过主控计算机对整个系统进行操作控制。（3）生产调度管理层一般由调度管理计算机、数据库服务器、打印机、UPS电源、网络设备等部分组成，可以进行远程调度管理和实现办公自动化。
二、电气自动化在水利水电工程的水闸中应用分析
1、某水利水电工程概况。某水利水电工程中的水闸建设规模为中型、Ⅲ级建筑物，水闸共有钢板闸门8孔，每孔净宽12m，总宽96m。设计洪水流量393m3/s；洪水标准为50年一遇。
2、水闸计算机自动化控制系统。大闸计算机监控系统覆盖的范围为8个水闸以及上下游水文测量站和一个配电房。系统充分利用计算机及自动化技术，实现对上述系统集中监控，同时对数据进行分析，给出决策信息；所有信息均实现与管理系统的互联。还可以实现远程分析与查询的功能。（1）闸体监控与控制提示。该子系统由现场操作和远程监控两部分组成，现场操作部分通过液压控制系统实现，同时由其通过自带的以太接口向远程监控系统发送闸门的实时状态。远程监控通过浙大中控DCS系统，接收液压控制系统发送的实时数据，实现在中央控制室对闸体状态的监视。（2）水文与水情监控与分析。该子系统通过以太网方式，将JX-300XDCS控制系统与水情数据服务器连接，上下游水文测量站数据可在中央控制室内实时显示，同时在该子系统内对该水文数据进行实时分析及计算、作业水情分析结论。（3）配电房监控。配电房电量参数通过电量变送器采集，和控制站I/O卡件连接，在中央控制室及应变电站实时控制电压、电流参数，并具有报警提示等功能。（4）中心数据处理。根据液压控制系统上传的数据，对水闸运行状况进行数据分析，判断水闸的运行状况。根据水情数据库的实时数据，对水文数据进行分析。可进行流量、库容、水位、雨量、风速、气温、气压的日统计、月统计，并以水文报表形式报出。对配电房相电压、相电流进行统计、分析，给出配电房运行状态。（5）PIMS管理网络。对系统实时运行情况的电量、排电量、电机和水泵等运行数据，则通过系统的报表功能产生。对于要长期保存和进行统计分析的水量、机组运行时间、闸站运行数据等通过实时数据库产生的相应文件，过一定的时间再将这些文件中的信息通过转换成通用数据库的存储格式，并存储到通用数据库中，再通过数据库管理系统对数据进行分析统计，从而产生系统所要求的各种统计分析报表。该系统使用实时数据库与通用数据库相结合的方法，可以减轻对控制系统的压力，同时又使整个系统的数据管理以及与上层管理系统的联系建立了一条较好的路径。
3、闸体原型观测自动化控制系统。大闸闸体的原型观测，考虑了沉降、水平位移、分缝和压力等因素，观测项目的设置合理。（1）系统的组成。测量系统包括64只GKD型钢弦式隙水压力仪，分别布置在观测断面即闸中心线、和中心线左、右各一个断面，以及非观测断面的闸墩轴线处。10只TS周边缝位移计，分别布置在闸室内闸墩分缝处。采用莱卡TCA-2003型全站仪，人工观测沉降和水平位移。（2）系统功能。闸体原型观测自动系统的建立，是通过计算机向各个数据采集终端发出数据采集信号，终端在收到信号后进行数据采集。计算机对所采集的数据进行处理，并形成各种实用图表及进行数据的整理，系统既可以一次对所有测点进行巡测，也可以对单个测点进行点测。
三、电气自动化在水电站中的应用分析
结合某水电站为例进行分析。具体表现为：（1）设备选型及设计。随着水电站自动化水平的不断提升，对水轮发电机组自动化元件的需求越来越高。但是目前大多数自动化元件都存在性能稳定性不够、精确度不高以及灵敏度不好等缺陷，这在一定程度上对水利水电工程项目的安全造成了影响，因此必须结合工程实际对设备进行选型和设计。（2）水轮发电机组运转模式的智能控制。某水利水电工程应用电气自动化之后，完成了同时关停机以及发电转调相的管理，并且智能化控制使其可以独立进行。电气自动化使水利发电站各组在达到经济需要的前提下正常运转，并且针对不同状况使指定的机组自动开始运作，让负荷在机组间进行最合理的分配。由于其控制发电机组的开关的特点，即可按照负荷的要求以及理论上的最大功率智能地进行机组间的变换，使实际功率尽量达到最大化。智能控制的还有一个好处就是，在出现未知的事故或者洪涝灾害导致机组频率低下的时候，备用机组会受到智能控制的响应而展开相应任务，而反之在汛期来临时，智能控制则可以使一些机组处于断开状态，避免机组受损。（3）水轮发电机组及其周围重要设备运行状态的监测。在某水利水电工程中，利用电气自动化技术，不仅对水利水电工程项目中发电机组的定子与电子中的电路进行常规检测，而且还可以判定发电机定子绕组以及铁芯中的温度是否超出设定数值。除此之外，利用电气自动化系统的监测性能，还实现了监督发电机组的各项指标，如润滑、制冷温度、变速频率等。更重要的是，假设这些指标其中之一发生未知故障，系统都会采取相应措施，并且向相关工作人员发出警报信号。
结束语
综上所述，电气自动化系统保障水利水电工程安全运行的重要系统，自动化系统采集的数据真实有效与否直接关系到水利防汛抗旱部门的决策效果，同时也关系到水利水电工程的社会经济效益，因此必须加强对其在水利水电工程中的应用进行分析。
参考文献：
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