某水電站電氣二次監(jiān)控及保護(hù)的配置問題探討

【摘要】主要針對(duì)水電站電氣二次監(jiān)控及保護(hù)的配置問題進(jìn)行探討，在分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況，重點(diǎn)分析了監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求及廠站層設(shè)備配置要求，希望本文能夠?qū)τ谙嚓P(guān)的水電站電氣設(shè)備安裝起到一定借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】水電站；電氣設(shè)備；電氣二次監(jiān)控；監(jiān)控系統(tǒng)

1、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

此發(fā)電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)為4臺(tái)，總裝機(jī)容量為32MW，為引水式電站，主要以發(fā)電為主，其中機(jī)組為混流式水輪發(fā)電機(jī)組。其中，110kV為出線電壓等級(jí)，一回出線，一回備用。按照無人值班的運(yùn)行方式來設(shè)計(jì)此二級(jí)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

第一，為確保系統(tǒng)的高度可靠性，采用冗余技術(shù)，或者是雙重化設(shè)計(jì)技術(shù)在電站安全運(yùn)行密切相關(guān)設(shè)備中，按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)都能達(dá)到要求，包括DL/T5065-1999《水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》、DL/T578-95《水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》等，其中選擇要求比較高的MTBF指標(biāo)，高可靠性要求可以從單機(jī)、部件，以及系統(tǒng)等多個(gè)層次進(jìn)行有效保證；第二，采用最為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件、硬件和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，要求能夠達(dá)到國(guó)內(nèi)同類型的較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控水平。無人值班（或少人值守）能夠在系統(tǒng)投入使用以后，有條件的達(dá)到；第三，全站的控制操作具有靈活、方便和簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的人機(jī)接口功能；第四，具有比較強(qiáng)的抗干擾能力，要求實(shí)時(shí)性能比較強(qiáng)，滿足電站的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的使用需求；第五，在現(xiàn)實(shí)電站監(jiān)控系統(tǒng)與電子式電能表的通信時(shí)，統(tǒng)一采用IEC-60875-104標(biāo)準(zhǔn)，滿足全站的電能表實(shí)現(xiàn)精確采集、管理及統(tǒng)計(jì)的要求；第六，在進(jìn)行系統(tǒng)中的設(shè)備選型中，考慮到計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)的要求，軟件和硬件的選擇則是采用結(jié)構(gòu)化、模塊化的設(shè)計(jì)，有利于擴(kuò)充硬件設(shè)備，以及相關(guān)擴(kuò)展系統(tǒng)規(guī)模的要求；第七，對(duì)于現(xiàn)地機(jī)組PLC來說，能夠?qū)崿F(xiàn)與保護(hù)裝置、調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)和輔助設(shè)備進(jìn)行通信的功能，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該主動(dòng)配合和支持這一功能；第八，在監(jiān)控系統(tǒng)中，電站監(jiān)控系統(tǒng)能夠包括把機(jī)組聯(lián)系緊密的輔機(jī)系統(tǒng)等包括進(jìn)去，對(duì)于獨(dú)立控制器組成的輔機(jī)控制系統(tǒng)，也能夠具備相關(guān)的聯(lián)網(wǎng)能力。

2、監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求

全分布開放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)則為二級(jí)電站所采取的形式，其中，此系統(tǒng)分為兩層，主要有現(xiàn)地控制單元層和站級(jí)控制層。為了使得高可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成成為可能，采用以太網(wǎng)總線連接兩層。在高性能的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)幫助下，可以有效連接網(wǎng)絡(luò)通信，通過光纖連接LCU與交換機(jī)，具備比較好的抗電磁干擾能力，還具有比較高的傳輸速率。

3、廠站層設(shè)備配置要求

3.1系統(tǒng)主機(jī)兼操作員工作站

具有兩套系統(tǒng)操作員工作站，能夠利用互為熱備用方式而進(jìn)行工作，能夠管理整個(gè)電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，還包括相關(guān)的在線及離線計(jì)算、數(shù)據(jù)庫管理、AGC/AVC計(jì)算和處理等，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)電站的閉環(huán)控制以及運(yùn)行監(jiān)視問題，并且進(jìn)行操作命令的相關(guān)發(fā)布操作，包括相關(guān)的故障信號(hào)的分析處理以及各種圖表曲線的生成等功能。

3.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

分析系統(tǒng)所選用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要有2套網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，24個(gè)相關(guān)的10/100M RJ45以太網(wǎng)接口都在每一套的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上進(jìn)行配備，另外，通過8類屏蔽雙絞線來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)各控制系統(tǒng)、設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)間的通信，與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連的各現(xiàn)地控制單元LCU的通信介質(zhì)則為光纖，這樣能夠有效使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力得到增強(qiáng)。

還配備有相關(guān)的光纖收發(fā)器、光纖及固定盒、配置標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)柜、以及相關(guān)的固定箱等輔助設(shè)備。具體分析如下，包括2臺(tái)，具有24口以上的，100MB交換機(jī)；200m長(zhǎng)的超五類網(wǎng)絡(luò)電纜；800m的多模光纖；200m的超五類網(wǎng)絡(luò)電纜；以及光纖接頭及接頭消耗材料等。

3.3智能式電度表

智能式電子式電度表則會(huì)在電站計(jì)量系統(tǒng)中采用，借助RS485串口，電度表和開關(guān)站/公用LCU進(jìn)行串行通信，電度表輸出的各種電度信號(hào)能夠得以采集。正、反向及分時(shí)的有功、無功電度都能夠在監(jiān)控系統(tǒng)上進(jìn)行顯示，在一塊電度表屏上安裝全電站的12只電度表，其參數(shù)滿足系統(tǒng)要求。

3.4現(xiàn)地層設(shè)備配置要求

這里主要存在有現(xiàn)地控制單元（LCU）5套。其中LCU1-LCU4為4套機(jī)組，LCU5則為公用及升壓站設(shè)備LCU。監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)采集、相關(guān)的數(shù)據(jù)預(yù)處理這些都是由LCU所完成，具有把數(shù)據(jù)信息向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的功能，對(duì)于調(diào)度層上位機(jī)的命令和管理進(jìn)行自動(dòng)服從。同樣，調(diào)價(jià)操作、控制以及監(jiān)視的相關(guān)功能也在LCU中所具備，能夠在配備相關(guān)的指示元件和現(xiàn)地操作按鈕的基礎(chǔ)上，滿足實(shí)現(xiàn)必要的控制和監(jiān)視功能，依然可以在上位機(jī)系統(tǒng)脫機(jī)情況下而實(shí)現(xiàn)。全站共4套LCU，每臺(tái)機(jī)組都配置一套在發(fā)電機(jī)層機(jī)組的機(jī)旁，在中控室布置公用的LCU。

3.5計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能

3.5.1監(jiān)控系統(tǒng)功能概述

分析此電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中無人值班設(shè)計(jì)要求，其具體的需要實(shí)現(xiàn)的基本功能包括以下幾個(gè)方面：現(xiàn)地控制層主要實(shí)現(xiàn)的功能包括：實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)、安全運(yùn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)據(jù)通信、事件順序檢測(cè)以及系統(tǒng)自診斷等；電站的運(yùn)行方式主要包括三種：現(xiàn)地自動(dòng)方式、廠站級(jí)遠(yuǎn)方自動(dòng)方式和上級(jí)調(diào)度中心遠(yuǎn)方自動(dòng)方式；通過設(shè)置相關(guān)必要的必要的硬件和軟件在電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，讓操作人員閉鎖無控制權(quán)的控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了選擇控制權(quán)在各控制層之間由運(yùn)行人員進(jìn)行有效選擇。要求計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于被控對(duì)象的安全監(jiān)視和控制過程，具有準(zhǔn)確、迅速、有效特點(diǎn)。相關(guān)的安全運(yùn)行監(jiān)視、實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)、屏幕顯示、數(shù)據(jù)采集和處理以及相關(guān)的事故處理指導(dǎo)和恢復(fù)操作指導(dǎo)都能在電站控制層得以實(shí)現(xiàn)，還包括相應(yīng)的文件打印、鍵盤操作、數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)診斷、電站設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理以及軟件開發(fā)及培訓(xùn)等方面功能。

3.5.2電站控制層功能

（1）數(shù)據(jù)采集與處理。電站主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)都能夠被系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行采集，能夠進(jìn)行相關(guān)的處理，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算、控制功能，進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)畫面顯示等。電站各自的現(xiàn)地LCU裝置能夠完成現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)的采集，包括相關(guān)的PLC裝置、LCU上的交流采樣裝置等。通過進(jìn)行相關(guān)的掃查投入與退出，能夠?qū)τ谒胁杉臄?shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行處理，更好適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況，能夠人工修改其參數(shù)限值。對(duì)于壞點(diǎn)的處理，采用人工設(shè)定值取代采集值方式進(jìn)行處理。模塊主要有一般開關(guān)量的采集與處理、模擬量的采集與處理、SOE（事故順序記錄）開入模塊以及中斷開關(guān)量的采集與處理等幾個(gè)部分。

（2）安全運(yùn)行監(jiān)視

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能就是進(jìn)行安全監(jiān)視，電站各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)能夠被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于其發(fā)生的異常運(yùn)行狀態(tài)，或者是超過設(shè)定限值的情況進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警，告知值班運(yùn)行人員進(jìn)行處理。對(duì)于安全運(yùn)行監(jiān)視來說，主要包括內(nèi)容則有監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視、趨勢(shì)分析、狀態(tài)變化監(jiān)視、過程監(jiān)視、越限檢查等。

4、結(jié)束語

本文主要對(duì)于水電站的電氣二次系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改造，進(jìn)一步完善其系統(tǒng)功能，在監(jiān)控、測(cè)量和保護(hù)方面實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的二次保護(hù)、運(yùn)行管理、投運(yùn)工況和通信調(diào)度等方面的要求，使得工作量得以大大減少，系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和可靠性大大增強(qiáng)，滿足實(shí)現(xiàn)減人增效的目的。

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