摘 要：随着现代科技的不断发展，电气工程的组成部分越来越繁杂，高新技术在生产、科研和生活中的应用如：计算机网络系统，高科技通讯系统等的推广应用，使电气工程所占的位置越来越重要。现主要对电气自动化水电站典型设计、水电站自动化应用及电气自动化的发展趋势三个方面进行了阐述。
　　关键词：电气自动化；水电站；设计；应用
　　1 电气自动化水电站典型设计和内容
　　1.1 电气工程设计原则。1）优化供配电设计，促进电能合理利用例如，我们在进行水库电气系统设计时，首先考虑的是设计的适应性，就是必须为水利工作提供必要的动力；为在水库建筑物建设提供良好的环境；还应满足各项电力的符合和供应要求；应能保证电气设备对于控制方式的要求，保证电气设备能发挥最大的作用，保证运行的稳定性和可靠性。其次设备的安全运行，也是设计过程中考虑的关键，电气线路应有足够的绝缘距离、绝缘强度、负荷能力、热稳定与动稳定的裕度；要保证供电和配电的安全运行，以及要有可靠的防雷装置；防雷设计，在保证水库进行特殊功能运行的情况下，还应有防静电、防浪涌的技术措施；按水利建筑物的重要性与火灾潜在危险程度制定必要的保护措施。在满足水库电力设备稳定运行的情况下，通过先进的科学技术，完善电气设备管理。2）提高设备运行效率，减少电能的直接或间接损耗我们在设计的过程中，应首先满足建筑对运行要求的制定和维护其安全运行的前提下，尽力减少成本，最大程度的降低和减少各种消耗。选用节能设备、均衡负荷、补偿无功、减少线路损耗、降低运行与维护费用，提高电力设备的利用率，减少电能的直接或间接损耗。3）合理调整负荷，提高设备利用率在满足水工建筑物对使用功能的要求和确保安全的前提下，设计时尽可能提高电能质量、合理调整负荷，选取合理的设计系数。在特殊用电的情况下选择合理的节能措施，提高负荷率和设备利用率节约电能。
　　1.2 水电站自动化的内容。水电站自动化的内容，与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、水电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的来说，水电站自动化包括以下几个方面：1）完成对水轮发电机组运行方式的自动控制：一方面，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化，使得上述各项操作按设定的程序自动完成；另一方面，自动维持水轮发电机组的经济运行，根据系统要求和电站的具体条件自动选择最佳运行机组数，在机组间实现负荷的经济分配，根据系统负荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此外，在工作机组发生事故或电力系统频率降低时，可自动起动并投入备用机组；系统频率过高时，则可自动切除部分机组。2）完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视：如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等。出现不正常工作状态或发生事故时，迅速而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。3）完成对辅助设备的自动控制：包括对各种油泵、水泵和空压机等的控制，并发生事故时自动地投入备用的辅助设备。4）完成对主要电气设备（如变压器、母线及输电线路等）的控制、监视和保护。5）完成对水工建筑物运行工况的控制和监视：如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视，上下游水位的测量监视，引水压力管的保护（指引水式电站）等。
　　2水电站自动化应用
　　随着水电站自动化水平的提高，水轮发电机组所需自动化元件愈来愈多，其作用就愈重要。但由于目前主机配套的自动化元件的性能不够稳定、灵敏度差、精度低等因素以及自动化设计上的不足使水电站的自动控制的安全受到不同程度的影响，这就需要对设备进行选型和自动化设计。
　　2.1 PLC 在轴流桨式水轮机调速器中的应用。轴流转浆式水轮机被广泛使用于中低水头电站。由于它的水轮机叶片随水不同可与导叶协联动作而使用水轮机的动行水头范围增大。这样可为电厂创造更多经济效益。水轮发电机组制造厂家为其制造的水轮机提供了一组不同水头下导叶开度与浆叶转角的协联曲线，调整器制造厂按此曲线设置了调速器内导叶与浆叶的协联关系。但是由于实际电站运行时，水轮机水头的变化及上下游水位的变化，与厂家提供参数相差甚运，故按协联曲线运行时机组运行性能差不能达到最佳状态。因此对于此类机组的调整器须采用可改变程序的PLC 可编程控制器的调速器。在机组试运转过程中和今后的运行中可先针对不同水头及上、下游水位及手动协联导叶、浆叶，取得最佳协联曲线而后修改原协联曲线输入 PLC而使机组处实际最佳状态。
　　2.2 PLC 在调节水库式电站调速器中的应用。水库式电站的运行水头变化范围大：此类电站的调速器和起动开度一般按水轮机设计水头设计，但当电站水头降低，水轮机处于低水头下运行时，电液调整器往往不能使机组达到额定转速（自动状态）为使调整器的起动开度增大，往往需更换芯片或在开度指示仪中串接电阻而使调节器输出值与开度指示产生差值开机组。当电站水头更小于设计水头时，为使机组开机不致过速，而又必须换回芯片或撤除串接电阻，若采用PLC 可编程控制器，则可根据电站水头高低，修改其程序来改变起动开度即可。
　　2.3 基于 CAN 的水电站综合自动化系统。这里设计的监控系统使用CAN 总线，采用分层分布式、模块化结构。分布式是按功能控制单元设计的，采用主从CPU协同工作方式。监控设备和被监控设备都直接挂接在 CAN 总线网络上，通过总线网络实现信息采集与控制、调节。这一系统将所有的现场设备传感器，执行机构，驱动器等与控制器用一根电缆连接在一起，形成设备及车间级的数字化通信网络，完成现成状态监测，控制，远程诊断等功能。下位机一般由PM子系统（以多 CPU 为基础的各种智能模块构成的数据采集和处理单元）及顺序控制的PLC 组成，能实现采集各控制对象的有关数据，主要完成模拟量采集和处理，数字量采集和处理，脉冲量采集和处理，综合量的计算等。同时各下位机之间也可以进行互相通信，实现资源共享，这样就节省了资源，也打破了传统的集权管理系统，彻底实现分权管理，大大提高了各单元的工作效率。下位机把采集到的数据通过CAN总线及时、准确地传送到上位机中，同时接收来自上位机的控制命令。上位机主要实现全站的集中监视和控制，具有数据库，记录与分析，打印报表，防误操作与报警等功能，并可通过广域网把信息向上传送到梯级调度中心。这样，整个水电站（包括所管辖的各区域）都能实时接收到上级调度命令，并向调度中心及时汇报站内的各种状态信息.这种分层分布式控制可以充分利用上、下位机的长处，弥补它们各自功能上的不足，实现控制和管理科学化。
　　3电气自动化的发展趋势
　　我们可以利用电气自动化来改变现代工业的发展，节约有效的资源，降低成本费用，以此来获得更好的社会、经济效益。大力发展电气传动自动化技术，可以将我国的电气化使用提高到一定的水平，缩短与世界大国的发展距离，实现自主研发，对国民经济的发展起着十分重要的作用。规范我国电气传动自动化技术方面的标准，实现规模化、规范化生产、工业电气自动化的发展趋势就是现代分布式、开放式的信息化。分布式的结构可以保证网络中建立起独立的网络，以实现危险分散，促进系统的正常运行；开放化就是要将系统与外界联系，实现各方的网络连接，提高信息的处理能力；而信息化就是实现设备与网络技术结合，实现网络自动化和管控一体化如今，我们已经到了开创电气自动化的新时代了，实现自主研发，是我们对未来发展的展望。现代市场竞争越来越激烈，为了从价格上赢得优势，我们的电气自动化要吸取先进的经验和技术，为实现自主研发提供条件。
　　结束语
　　综上所述，水电站采用综合自动化系统后不仅提高水电站运行的经济性和工作的可靠性、保证电能质量；而且提高劳动生产率、改善劳动条件和减少运行人员，从而提高电站运行的效益，水电站综合自动化系统与水电站的生产、效益密切相关，随着国家能源结构的调整，水资源开发利用程度的加大，水电站综合自动化系统在越来越多的水利枢纽工程中得到更广泛的应用，发挥更大的作用。