浅谈水电站电气一次设备智能化技术

浅谈水电站电气一次设计的特点及思路发布时间：2021-09-15T06:13:19.511Z 来源：《科技新时代》2021年6期作者：陈红[导读] 电气一次设计必须通过详细的计算分析，才能确保电气设备参数的准确性，保证选用设备的合理性。

贵州乌江清水河水电开发有限公司贵州贵阳 550000摘要：水电站作为电源点，在整个供电系统中发挥着保障供电安全性、可靠性的作用，因此，水电站的安全稳定运行显得尤为重要。

本文对水电站电气一次设计进行了概述说明，对当前水电站电气一次设计遇到的各种常见问题进行分析，并对短路电流的计算进行探讨，最后对水电站电气一次设计特点和设计思路进行了说明。

希望能对相关人员、专业、行业起到一定的借鉴作用。

关键词：水电站、电气一次设计、电气接线、安全运行运行、厂用电、远程集控、少人值守、无人值班1引言水电站电气一次设计直接影响到整个电站运行的安全性、稳定性，从而保证工作效率，影响深远。

因此，在水电站电气一次设计时，必须兼顾一次系统各个电气部分选择和布置的合理性，同时要确认整个系统结构的科学性。

电气一次设计必须通过详细的计算分析，才能确保电气设备参数的准确性，保证选用设备的合理性。

2水电站电气一次设计概述作为电力系统的重要组成部分，水电站电气设备的安全稳定运行对整个电网供电起到至关重要的作用。

根据用途的不同，水电站中的电气设备可分为电气一次设备和电气二次设备。

其中，电气一次设备主要指电站内各种高压设备，它对整个水电站的生产制造活动、电能的运输和分配起着关键的作用，是整个水电站的重要组成部分，是电站规划设计的主设备。

涉及电气一次设备的设计就是水电站电气一次设计。

水电站中电气一次设备主要由变压器、断路器、发电机、母线等。

这些电气设备的一次回路构成了整个水电站的一次设计主体，不仅影响到整个水电站的投资建设，而且对水电站的日常运行和维护起着关键的影响。

正是因为如此，水电站一次回路设计在布局之前必须要以输出电力需求、电厂地理环境、电网规划等诸多因素作为依据，并结合当地政策，从电气技术、设备的选型、材料的使用等各方面要做好充分调研和论证，切实保障水电站电气一次设计具有合理性、规范性、科学性。

小型水电站电气一次摘要该水电站拟装机组2*8MW，以一回110kV 线路接入相邻电站 110kV 母线，24.5公里的线路长度，约等于5000小时的年最大负荷利用小时数。

水电站的一次主接线方案在本文中先进行确定，再根据已确定的主接线方案进行必要的短路电流计算，根据具体的计算结果依次选择相应的设备（如变压器、开关等）以及对后面的部分设备进行继电保护。

关键词：一次主接线，短路电流计算，设备选择，继电保护1 绪论水电站是一座发、变电设施。

它通过水轮机将水能转变为机械能，能通过发电机将机械能转变为电能，而后由变压器升高电压，再经输电线路将此电能输送到用户或电力系统中去。

水电站的电气设备可分为电气一次设备和电气二次设备。

电气一次设备是直接生产、输送和分配电能的高压设备，它是水电站的主要设备，因此常称为主设备。

主设备包括发电机、变压器、电力开关(断路器、自动开关、隔离开关)、电力电缆、母线、电抗器和互感器等；电气二次设备是对一次设备的工作进行监视、测量、控制和保护的低压设备，它包括测量仪表、继电器、自动装置、远动装置、操作开关、信号器具和控制电缆等。

2电气主接线主接线的基本形式可分为有汇流母线和无汇流母线两大类，他们又各分为多种不同的接线形式，下面将逐一介绍。

2.3.1有汇流母线①单母线接线1）不分段单母线接线不分段单母线接线最简单，只有一组(指A、B、C三相)母线，所有进、出线回路均连接到这组母线上，见图2.1.图 2.l不分段单母线接线不分段单母线接线的优缺点：a.接线简单清晰，设备少、投资低，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配电装置。

另外，隔离开关仅仅用于检修，不作为操作电器，不易发生误操作。

b.可靠性不高，不够灵活。

断路器检修时该回路需停电，母线或母线隔离开关故障或检修时则需全部停电。

适用范围：不分段单母线接线一般只适用于 6——220KV系统中只有一台发电机或一台主变压器的以下三种情况。

3短路电流的计算3.1短路计算的规定及假设3.1.1短路计算的一般规定①验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的那个短路电流，应按工程设计规划容量计算。

智能水电站的自动化控制系统研究第一章：绪论近年来，随着互联网，物联网等技术的迅速发展，人类的生活质量与水平大幅提高。

智能化技术在各行各业得到广泛应用，其中外围型水电站也不例外。

智能水电站可以实现对水流的智能控制，大大提高了水电站的效率。

智能水电站具有不断监测和自我控制的能力，是自动化技术成功应用的一个典型例子。

本文将介绍智能水电站的自动化控制系统的研究。

第二章：智能水电站的构成智能水电站由闸门、水轮、发电设备、监测系统、控制系统等构成。

其中控制系统是智能水电站的核心。

智能水电站控制系统由自动化控制器、计算机、触摸屏等组成，包括三个过程控制环节，即控制对象的传感、输出控制和决策控制，以及一个监测环节，实时获取水轮、发电机的数据。

控制系统可以自动化地完成水轮、大坝坝体、泄洪设施、电力变压器、发电机组等各种设备的模拟量和数字量的测量、控制和保护工作。

第三章：智能水电站控制系统的架构智能水电站控制系统采用分布式控制架构，控制系统由三部分组成，即中心控制器、分布式控制器和现场控制器。

其中，中心控制器位于中央控制室，通过广域网与分布式控制器通讯，分布式控制器位于各个子控制室，通过局域网连接，现场控制器则位于水电站不同的区域，用于与水电站各个控制设备进行信息交流。

通过分布式控制架构，实现对各个环节控制及信息采集的集中控制和实时监测。

第四章：智能水电站控制系统的功能与性能智能水电站控制系统的主要功能有以下几方面。

第一，实时监测水流量、水位、坝体变形等各种数据，并对水流控制设备进行精确控制。

第二，预测水流波动情况，及时调整水流控制设备工作状态。

第三，监测发电机、水轮的运行情况，进行设备的保护。

最后，对水电站进行运行状态的全面分析和评估，提供科学依据。

智能水电站控制系统的性能主要包括以下方面。

第一，可靠性高，能够实现24小时稳定运行。

第二，具有灵活性，在不同环节能够按需求进行调整。

第三，智能化程度高，能够根据环境变化和工艺要求自动进行控制和调整。

水电站智能化改造现状分析及建设思考摘要：国家能源局发布《水电发展“十三五"规划》指出：我国将建设“互联网+”智能化水电站，促进智能水电站、智能电网友好互动。

2020年国家电网有限公司确立了建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业的战略目标，并在2021年国家电网公司年初职代会上提出了“一业为主、四翼齐飞、全要素发力”的总体发展布局。

为适应界河流域电站发展实际需要，东北分部对各单位未来各阶段发展作出了明确规划，界河各单位迈入了全新的发展阶段。

但由于一些水电站建设的时间较早，智能化水平相对较低，在当前信息化社会环境中，对水电站进行相应的智能化改造，已经受到重点的关注。

通过在水电站中应用相应的智能化控制技术，能够有效节省人力物力，提高工作的效率，提升安全稳定运行可靠性。

基于此，本文阐述了传统水电站存在的问题，对水电站的智能化改造进行了探讨分析。

关键词：水电站问题；智能化改造要求；注意事项；方案随着水电行业装备技术水平的飞速发展，水电站自身以及外部环境均发生了很大的改变，水电作为智能电网的一部分，正面临着提高智能化水平，满足智能电网安全可靠、经济高效要求的挑战。

太平湾发电厂作为投产近40年的中等规模水电厂，随着设备运行年限的增加，基础设施、水工建筑物、主辅设备老旧问题逐步显现，电气一次、二次设备自动化水平与界河流域化管理不相适应，加大设备改造投入力度、强化设备运行维护任务比较繁重。

水电站智能化改造要加强其运行的自动化程度，减少相关发电设备存在的安全隐患，及时排除其中存在的故障问题，从而保障水电站的持续性供电以及保证电力系统的正常运行。

1传统水电站存在的主要问题分析1.1系统缺少标准性和规范性传统水电站二次系统之间进行数据信息交换的通信接口和通信协议，缺少统一的标准和规范，大部分二次系统采用大量的现场总线进行数据信息的通信，这不仅降低了数据信息交换的效率，且无法实现数据信息在水电站范围内的共享。

智能化水电站技术应用摘要：现阶段，计算机技术的发展带动了智能化技术的发展，如今智能化技术应用的范围也越来越广泛，比如在水电站中应用相应的智能化以及自动化控制技术，可以在很大程度上节省相应的人力、财力、物力，且有利于水电站工作效率的提高，形成对水电站各类工作系统进行有效的监控。

然而现阶段世界范围内的智能化水电站建设工作比较成功的屈指可数，因此本文通过分析探讨智能化水电建设的必要性、结构体系和具体实施措施等问题，深入推进我国智能水电站的建设与发展。

关键词：智能化；水电站；技术应用引言随着经济的快速发展，水电站作为清洁能源，具有较低的运营成本，在发电行业应用越来越多，同时也能够对水利环境进行有效的改善。

作为水电站不可忽视的一个环节，电气设计的好坏与水电站的发电性能之间有很大的关系。

1传统水电站中存在的相关问题1.1水电站相关设备没有统一的标准对于大多数建造时间比较早的水电站，相关设备大多数没有使用统一的标准，造成大多数水电站中的大量关键设备都要连接到中央监控系统的相关设备，比如调速器、主变压器保护装置等，由于相关设备的生产厂家不同，设备的通信方式、协议都不一致，这也导致相关工作人员会花费大量的时间和精力，不但降低了水电站机组的运行效率，而且也会影响到相关设备检修的效率。

1.2管理水平相对落后对于传统的水电站而言，在运行的过程中相关管理方法及技术都相对落后，对相关设备的监控、操作没有实现相应的智能化，整体的智能化水平也相对较低。

当水电站运行过程中的发电机出现相应的异常情况时，水电站不能够实现自动报警功能，造成水电站机组运转的安全可靠性降低。

1.3智能化水平相对落后一般的智能化系统主要作用是实现数据处理、人机展示功能，缺乏对收集到的数据的整理和分析，或者由于具有较大的专业跨度，不能够对智能化系统产生的数据进行及时的分析。

相关智能化设备的性能较差，质量也比较差等。

2水电站设备智能化技术特点在水电站运行过程中，应用电气一次设备智能化技术，有其自身的特点和优势。

水电站管理智能化技术研究随着信息化和科技的快速发展，水电站管理智能化已经成为水利行业的趋势。

水电站是一种复杂的工程系统，管理效率和质量的提高是非常重要的。

下面将从智能水电站的概念、管理智能化技术的现状、存在的问题和发展趋势等方面进行探讨。

一、智能水电站的概念智能水电站是指已经应用了现代高科技智能技术，如先进的控制系统、自动计量、通信和信息网络、人工智能等先进技术的水电站。

智能水电站可以实现自动化控制，自动监测和预警，以及实时的远程调度等一系列智能化管理。

智能水电站能够更好地利用水资源，减轻对环境的影响，从而提高水电站的管理质量和工程效益。

二、管理智能化技术的现状目前，我国水电站大部分仍处于手动控制和管理状态。

传统的水电站管理存在一些问题，如信息化不充分、指挥调度不灵活、人员效率低下，以及环保压力等问题。

管理智能化技术，包括自动化技术、信息化技术、智能化技术和远程控制技术等，可以极大地改善水电站管理效率和质量。

自动化技术是智能化水电站的核心技术，是智能化水电站实现高效运行、降低运行成本的重要手段。

包括PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分散控制系统）和SCADA（监视、控制和数据采集系统）等技术。

信息化技术主要是指信息化平台的建设，采用高速传输数据的通信技术，通过信息技术将各个管理层面，包括水文、地质、气象、水动力学等各种数据进行有系统的整合处理，然后对最终的监测结果进行统筹管理。

智能化技术包括小型微机、专家系统、模型预测、人工智能等技术。

特别是人工智能技术，通过建立有效的智能算法和智能系统，能够更加准确的进行分析、预测和决策，提高水电站的管理水平和效率。

远程控制技术，是通过数字通信技术，将水电站调度指令传输到水电站现场，实现在远程条件下对水电站设备和工程的监控和操作，从而降低人为因素对水电站运行的干预，提高水电站的安全性、可靠性和管理效率。

三、存在的问题虽然国内智能水电站的普及已经逐渐提高，但是智能化技术方面仍旧存在一些问题。

水电站机电设计手册电气一次水电站机电设计手册电气一次1. 引言在水电站的机电设计过程中，电气一次是其中非常重要的一个环节。

它涉及到水电站的电气系统设计和运行，直接影响着水电站的安全稳定运行。

本文将从深度和广度的角度对水电站机电设计手册中的电气一次进行全面评估，并为您呈现一篇有价值的文章。

2. 概述水电站机电设计手册电气一次水电站机电设计手册电气一次，是指在水电站的机电设计中，涉及到的所有与电气系统相关的一次设备和设施。

它包括发电机、变压器、开关设备、电缆线路等。

电气一次的合理设计对于水电站的安全运行和电力输出至关重要。

2.1 发电机发电机是水电站的核心设备之一，它负责将水能转换为电能。

在机电设计手册中，对发电机的电气参数、额定容量、运行方式等进行了详细的规定和描述。

在实际操作中，我们需要根据设计手册上的要求，对发电机进行定期的维护和检查，以确保其正常运行。

2.2 变压器变压器在水电站中起着电压升降的作用，将发电机输出的电能升压后输送到变电站，再由变电站将电能输出到输电网中。

在机电设计手册中，关于变压器的选择、容量、绝缘等级等有着详细的规定。

我们需要严格按照设计手册中的要求进行安装和维护，以保证变压器的安全稳定运行。

2.3 开关设备开关设备包括断路器、隔离开关、接地刀闸等，在水电站中起着安全控制和电能分配的作用。

在机电设计手册中，对于这些开关设备的类型、额定电流、操作方式等有着详细的描述。

我们需要确保这些开关设备的正常运行，以保证水电站的安全运行。

2.4 电缆线路电缆线路是水电站内部电能输送的主要途径，它承担着将发电机产生的电能输送到变压器和开关设备中的重要任务。

在机电设计手册中，对电缆线路的敷设方式、绝缘材料、敷设规范等有着详细的规定。

我们需要严格按照设计手册的要求进行电缆线路的敷设，以保证其安全可靠。

3. 个人观点和理解电气一次在水电站的机电设计中起着非常重要的作用，它直接关系到水电站的安全稳定运行和电能输出。

中小型水电站自动化的发展方向——数字化水电站摘要：我国中小型水电站已实现了“少人值班”的综合自动化系统，并在逐步实现“水电站现场完全无人值班”的运行模式。

对中小型水电站自动化系统的发展作了初步的探讨，提出了数字化水电站的技术方案。

关键词：中小型水电站；少人值班；完全无人值班；数字化水电站中小型水电站采用计算机监控技术已经有 20余年的历史，近年来，由于工业以太网及可编程控制器 PLC 的成熟和发展，更使水电站的自动化技术趋于完善，其自动控制水平与可靠性得到了进一步的提高。

中小型水电站由于控制设备较为复杂，发展速度比变电站落后一个节拍，但也已经从“少人值班”发展到了“完全无人值班”。

可以预料，下一步的发展一定是走“数字化水电站”的道路。

1 什么是数字化水电站数字化水电站是以水电站一次设备和二次设备为数字化对象，将实际的设备虚拟化，以高速光纤网络通信平台为基础，对数字化信息进行规范化、标准化，实现信息共享和互操作，满足运行安全、控制可靠、技术先进、经济运行要求的水电站。

数字化水电站要满足下面 4 个条件：水电站的所有一次设备（水轮机、发电机、各种油气水泵、闸门、阀门、变压器、断路器、电压电流互感器等）都应该是智能化的设备。

二次设备是光纤通信网络化的设备。

全部水电站应该是自动化的管理系统。

水电站的一切设备均按 IEC61850 的通信规约工作。

2 智能化的一次设备水电站的所有一次设备均是智能化的，所谓“智能化”是指一次设备均有自我监测功能，可以自我监测自身的状态，是具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化特征的高压设备，包括水轮发电机的定子和转子的绝缘、温升、最高发电能力、振动、摆动、噪声、空蚀状态等；主变压器的绝缘、温升、变压器油的绝缘能力、油中气体及微水的监测、介质损耗、漏油状态、瓦斯状态、绝缘闪烁、局部放电的监测、铁芯的接地电流等；断路器的真空状态、SF6 的漏气状态、分合闸时间、分合闸的速度、触头的电蚀、触头的接触电阻、触头的温升，触头电流过零的分闸、电压过零的合闸等；避雷器的泄漏电流监测、避雷器动作次数监测。

水电站自动化技术应用水电站自动化技术概念的引入水电站的组成部分主机设备：水轮机、发电机、变压器辅助设备、一次输变电设备、二次测量、监视、操纵、爱护设备、消防监控系统、水文自动测报系统一、水电站自动化概述1.水电站自动化的作用水电站自动化确实是要使水电站生产过程的操作、操纵和监视，能够在无人（或少人）直截了当参与的情形下，按预定的打算或程序自动地进行。

水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志，同时，自动化技术又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。

水电站自动化的作用要紧表现在以下几个方面：（1）提高工作的可靠性：水电站实现自动化后，一方面可通过各种自动装置快速、准确、及时地进行检测、记录和报警，既可防止不正常工作状态进展成事故,又可使发生事故的设备免遭更严峻的损坏，从而提高了供电的可靠性。

另一方面，通过各种自动装置来完成水电站的各项操作和操纵（如开停机操作和并列），不仅能够大大减少运行人员误操作的可能，从而也减少了发生事故的机会；而且还可大大加快操作或操纵的过程，专门在发生事故的紧急情形下，保证系统的安全运行和对用户的正常供电，具有专门重大的意义。

（2）提高运行的经济性：水电站实现自动化后，可依照系统分配给电站的负荷和电站的具体条件，合理地进行调度，保持高水头运行，同时合理选择开机台数，使机组在高效率区运行，以获得较好的经济效益。

如何实现各电站合理最优调度，幸免不必要的弃水，充分利用好水力资源，关于梯级电站来说尤为重要。

此外，水电站通常是水力资源综合利用的一部分，要兼顾电力系统、航运、灌溉、防洪等多项要求，经济运行条件复杂，单凭人工操纵专门难实现，实现自动化以后，将有助于电站经济运行任务的实现。

专门是关于具有调剂能力的水电站，应用电子运算机不但可对水库来水进行预报运算，还可综合水位、流量、系统负荷和各机组参数等参量，按经济运行程序进行自动操纵，大大提高运行的经济性。

（3）保证电能质量：我们明白，电压和频率作为衡量电能质量好坏两项差不多指标。