六盘水北盘江水电开发有限公司 贵州六盘水 553000
摘要：水电站作为我国经济发展的重要组成部分，与使用化石燃料为主的燃煤电站相比具有较大的优势，满足了国家倡导节能环保的要求，能够满足我国经济发展的需求的同时，从而成为当前我国经济发展的重要组成部分之一和电力工业的发展趋势。但目前，部分水电站还存在一些问题，如水电站工作效率受水流影响较大，在面临较大降雨时，会造成水电站工作运行不稳定，造成一定的安全事故，因此，将PLC自动控制装置应用于水电站，它可以对水电站的工作进行控制，不仅大大提高了水电站的工作效率，而且达到了预测预报的目的，大大降低了事故隐患。它对电力工业的稳定运行和发展起着重要的作用。
关键词：水电站；PLC；应用
1 PLC技术概述
PLC技术与传统技术有很大的区别，它是以微处理器为核心的数字运算电子系统设备，设计的出发点是工业现场。使用的存储具有强大的编辑、执行、计算、存储控制和算术运算,如各种操作指令需要的内部内存、生产过程需要使用数字输入和输出接口控制,功能也非常多样化,如逻辑控制,输出控制,通信、网络等等。PLC及相关外围设备在设计时，始终需要坚持一个基本原则，即易于与工业控制系统形成一个整体并扩展其功能。
现在水电站控制系统中较为常用的一种中型PLC系统是SIEMENSS7-300系列PLC。它具有的优势是：高性价比、高电磁兼容性、超强抗冲性，并且适应性较强，近些年在电力、能源、汽车、纺织等各行各业中的应用十分广泛，能实现监测和控制的目的。最为关键的一点是能最大限度满足中等性能的使用要求，比如各单独模块可以根据实际的需求进行合理的组合与扩展。同时，具有易掌握的特征，能最大限度节省成本，是非常受欢迎的一种型号。
2水电站的自动化技术需求
目前，大多数水电站主要依靠以太网和继电保护PLC程序来保证水电站的平稳运行，为不同的时间节点提供稳定的保护，可以减少外部环境对水电站工作的影响。为了提高工作效率，降低工作风险，自动装置的应用已成为一种发展趋势。通过以计算机为主体，添加可编程、大数据、数字化等现代技术的PLC自动装置，可以满足水电站以下几个方面的需求:
2.1确保优质电力供应需求
在经济飞速发展的今天，各个生产领域对电能的需求不仅体现在巨大的使用需求上，也对电能的质量提出了更高的要求。电能质量的判断指标主要体现在频率和电压上。频率主要由系统的有功功率平衡决定，而电压主要由系统的无功功率平衡决定。然而，仅靠人工操作难以满足电荷不确定的电能质量需求，通过自动系统可以精确调节有功和无功功率的输出，以满足频率和电压稳定的要求。
2.2保障水电站工作的安全性
在水电站设备中应用自动化装置可以保证准确、高效、稳定的工作效率，满足数据分析和事故预警的实时监测要求。具体来说，一方面可以减少事故隐患的发生和扩大(自动控制系统控制开关并发出报警);另一方面也可以保证水电站的安全生产，保持正常运行(自动使用备用设备)，从而减少停机造成的损失。同时，在水电站中应用自动控制系统可以显著降低因运行不当造成的风险，大大减少隐患事故的发生。
2.3保障水电站设备的经济运行
在水电站工作时,理想的状态是,涡轮在满载工作很长一段时间达到最有效的能力,但在实践中,相对很难实现这一稳定状态由于水流的大小,设备故障等原因。通过采用自动控制系统，该系统能有效结合当前的水流量，准确计算出水电站机组设备的最佳运行参数，即使用最小的水量也能产生最大的电能。
2.4提升电能输出的可靠性
在国民经济快速稳定发展的要求下，我国经济发展对用电量呈现逐年递增的趋势，这也对我国水电站的电能可靠输出提出了更高的要求。如果水电站的输电能力和稳定性较差，将严重影响社会经济的稳定发展和稳定运行。在水电站中应用先进的自动控制系统，可以大大增加发电量，保证对城市的稳定供电，避免大规模停运和停电事故。
3 PLC自动装置在水电站中的应用
3.1顺序控制
随着水电站发电机组容量的不断增加，系统变得越来越复杂，对自动化装置提出了更高的要求。在水电站中，主要包括发电机组运行工况的改造调整和公共设备的自动控制。每个控制顺序是根据生产工艺的要求和生产设备的特点设置的。
传统水电站可通过继电控制盘实现顺序控制的目的。其设备线路众多，占地面积大，工作效率低，维护成本高，维护相对困难，尤其是可靠性和安全性较差，与计算机的计算和存储功能相比，容易发生误操作。因此，传统的继电器控制面板逐渐被PLC取代，大大提高了水电站的综合自动化能力，主要体现在以下几点:（1）PLC是采用微机技术的大型集成电路，代替了接线逻辑控制电路，具有能耗低、成本低、重量轻、体积小等优点；（2）PLC自动控制装置界面简单，线路工作量小，在工作环境较差的情况下，仍能保证正常工作，且不易发生故障，运行稳定，易于维护；（3）PLC采用扫描工作方式，运行速度快；（4）水电站的顺序控制系统流程相对复杂，采取常规继电器硬接线控制方式往往会造成维护困难、故障不易查找和系统较为庞大等问题。通过将PLC应用于水电站后，不仅可提高水电站设备靠性高，而且易于对控制系统进行修改。
3.2生产控制
在遵循安全性、可靠性、合理性等基本原则的基础上，对系统进行编程时，首先要根据整个生产控制过程的需要，将程序划分为若干块。其次，要合理使用指令，严格注意信号名称的定义，正确编写程序。通过对系统的整体调试，对不适当的程序进行相应的修改。只有运行一定时间后，才能投入实际的现场工作。块结构程序是根据项目的特点,将控制项目分为几个简单的和小的控制任务,这些控制任务可以分配给子程序,子程序的编译器控制程序特定任务,最后,通过主程序调用整个控制程序。
3.3监控控制
在水电站中，机组附近应配备一些主要辅机设备，这些设备的运行状况已成为影响水电站稳定运行的关键因素。可应用自动化装置技术对水电站运行进行监控，过程如下:通过将“监控设备-控制节点-控制节点”的辅助设备参数传输到计算机，将数据库与预置的数据进行对比分析，以确定辅助设备的健康状态并控制辅助设备的运行状态。
3.4保护控制
水电站保护控制系统具有有功调节和无功调节功能。PLC技术凭借其优异的逻辑功能在保护和控制过程中具有很高的稳定性和可靠性，可以替代传统的继电器控制。辅助设备的主要保护和控制内容如下：（1）检查定子和转子回路工作情况；（2）检查定子绕组的铁心温度；（3）检查机组的润滑度、变速系统和制冷系统；（4）上述问题任何一部分出现问题，自动化装置都会立即启动应急程序和保护措施，同时，将故障信息进行警示。
电气设备的主要保护和控制内容如下:(1)对于不会立即影响发电机组的异常情况(如机组冷却水源中断、温度超限、油箱油位异常等)，只提醒现场工作人员提高预防和应对意识。(2)对于超过保护极限值的事故隐患(如机组超速、调速器故障、导水刀片剪切、铜管破裂等)，自动装置将立即断开断路器，同时，关闭进水口闸门。
结束语
从长远发展的角度来看，PLC自动化装置在水电站工作中的应用有着广阔的应用前景，一方面，大大提高了水电站的工作效率，同时保证了现场工作人员的安全，减少人为误操作造成的事故隐患；另一方面，大大提高了生活水资源的合理利用，同时提高了供电和输电质量的稳定性。因此，它是我国电力工业发展的重要方向之一。
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