淺談水電站GIS智能監(jiān)控的幾種模式

摘要：文章結(jié)合目前水電站GIS智能監(jiān)控系統(tǒng)在各水電站的應(yīng)用情況，通過對幾種主要監(jiān)控模式在技術(shù)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、可實施性等方面的比較，對當(dāng)前水電站GIS的監(jiān)控模式的選擇提出指導(dǎo)性建議。

關(guān)鍵詞：水電站；GIS智能監(jiān)控系統(tǒng)；智能匯控柜；計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；開關(guān)站LCU 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM564 文章編號：1009-2374（2015）29-0127-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.064

隨著現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、電力電子和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，基于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備的綜合自動化系統(tǒng)在變電站的應(yīng)用越來越多，基于IEC61850的數(shù)字化智能變電站應(yīng)用也越來越廣泛，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的變電站GIS（氣體絕緣開關(guān)）智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用也越發(fā)成熟。針對國內(nèi)水電站，不論從技術(shù)連接還是從管理歸屬角度，GIS開關(guān)站都屬于水電站不可分割的一部分，但同時又相對獨立，目前GIS智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用并不十分普遍。大部分水電站GIS的監(jiān)控仍然普遍采用全廠共用一套計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視和控制，且多年來的運行經(jīng)驗證明是穩(wěn)定、可靠的。隨著智能變電站技術(shù)的推廣使用，其部分優(yōu)勢也逐步在少量水電站的GIS監(jiān)控中得以體現(xiàn)，由此發(fā)展而來的GIS智能監(jiān)控技術(shù)在部分電站逐步推廣。

1 GIS監(jiān)控模式介紹

目前，國內(nèi)水電站并存的開關(guān)站GIS監(jiān)控有以下三種模式：

1.1 傳統(tǒng)的開關(guān)站LCU監(jiān)控模式（方案一）

該模式基于全廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在GIS開關(guān)站設(shè)置一套獨立的現(xiàn)地控制單元（開關(guān)站LCU），GIS采用傳統(tǒng)的匯控柜模式接線。與開關(guān)站相關(guān)的所有監(jiān)視信息，包括GIS開關(guān)設(shè)備，繼電保護(hù)及自動裝置，交、直流電源系統(tǒng)等的狀態(tài)和報警信息，均通過LCU的輸入模板進(jìn)行采集，并統(tǒng)一由監(jiān)控系統(tǒng)處理，同時通過輸出模板直接控制到斷路器、隔離開關(guān)等被控對象，同期選線和合閘等功能由安裝在開關(guān)站LCU上的同期裝置統(tǒng)一完成，與GIS匯控柜有關(guān)的接線均采用硬接線連接。

該監(jiān)控模式為目前的主流控制模式，在中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計院設(shè)計的大部分電站均采用了該模式，包括雅礱江干流上已投產(chǎn)的錦屏一級、錦屏二級、官地、桐梓林水電站、大渡河上的瀑布溝電站，均采用了常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)和GIS匯控柜方式進(jìn)行設(shè)計。

1.2 水電站GIS智能監(jiān)控模式（方案二）

該模式以智能控制、監(jiān)視、測量一體化的GIS智能控制柜為核心，同時結(jié)合分布式500kV GIS保護(hù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與保護(hù)、監(jiān)控主機(jī)連接實現(xiàn)500kV GIS保護(hù)、控制、監(jiān)視、測量功能的分布式系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由后臺機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及前端的智能匯控柜和分布的保護(hù)裝置等構(gòu)成。開關(guān)站相關(guān)的監(jiān)視信號均通過GIS智能匯控柜內(nèi)的智能模件進(jìn)行采集上送，智能匯控柜包括現(xiàn)地柜和智能柜兩部分，前者主要安裝開關(guān)電機(jī)、接觸器、操作模擬等傳統(tǒng)回路，后者布置智能裝置、操作箱和交換機(jī)等，兩柜并柜安裝，通過插接端子連接，將傳統(tǒng)匯控柜內(nèi)的二次測控與GIS監(jiān)控結(jié)合起來，優(yōu)化了部分操控回路，減少了傳統(tǒng)回路中大量電纜。開關(guān)的遠(yuǎn)方控制和同期功能也通過智能裝置完成。本GIS智能控制系統(tǒng)內(nèi)部采用61850規(guī)約，并通過通信裝置經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換與遠(yuǎn)方的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)交換信息。調(diào)度需要的直采直送信息也通過該通信裝置傳遞到計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上送。對各開關(guān)的控制，是通過電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)廠站層負(fù)責(zé)發(fā)操作命令，并負(fù)責(zé)監(jiān)視GIS設(shè)備狀態(tài)，GIS智能控制系統(tǒng)則負(fù)責(zé)完成操作的軟件閉鎖、操作過程、同期及設(shè)備狀態(tài)的反饋，同時在智能匯控柜保留完整的硬接線閉鎖功能。

目前中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計院設(shè)計的電站中，只有溪洛渡電站、大崗山電站采用了此模式，此外，三峽地下電站、向家壩等巨型水電站也采用了該模式。但上述電站均保留了傳統(tǒng)的開關(guān)站LCU，用于采集開關(guān)站的一些公用信息以及必要的一些500kV系統(tǒng)關(guān)鍵量“直采直送”重要信號。

1.3 全數(shù)字式智能GIS監(jiān)控模式（方案三）

在水電站全盤采用數(shù)字化變電站模式，也是基于面向61850規(guī)約的一種嘗試。該模式在第二種模式的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，基于一、二次設(shè)備的全面智能化，從前段采集到后臺處理均基于光纖構(gòu)架，從CT、PT回路到開關(guān)量輸入等均統(tǒng)一采集，各保護(hù)、測控裝置、操作機(jī)構(gòu)等應(yīng)用系統(tǒng)均通過通信方式完成輸入輸出，閉鎖回路也采用通信方式完成。系統(tǒng)由合并單元（前端CT、PT采集單元）、智能終端單元（跳閘輸出單元）、保護(hù)裝置、智能測控裝置、交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及后臺設(shè)備等組成，統(tǒng)一組成智能匯控柜?？玳g隔的開關(guān)操作閉鎖功能通過通信完成，不再保留硬接線閉鎖，本間隔的閉鎖仍保留硬接線。與監(jiān)控系統(tǒng)的分工及通信與第二種模式基本類似。

該模式目前在電網(wǎng)智能變電站的應(yīng)用十分廣泛，但中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計院設(shè)計院設(shè)計的水電站尚無使用案例，已經(jīng)投運的湖北葛洲壩水電站改造項目和正在實施的由中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計院設(shè)計院設(shè)計的猴子巖電站部分采用了該模式（一次設(shè)備尚未完全智能化，例如500kV電子式CT/PT在水電站尚無使用

案例）。

2 三種方案的比較

2.1 方案一

2.1.1 優(yōu)點：（1）全廠采用同一套監(jiān)控系統(tǒng)，對全廠的監(jiān)控有完整、可靠的保證，系統(tǒng)之間不存在規(guī)約轉(zhuǎn)換、對上級調(diào)度完全滿足“直采直送”的要求；（2）同一套監(jiān)控系統(tǒng)便于維護(hù)方便、減少備件和運行管理成本；（3）前端采用硬接線連接，不依賴于通信網(wǎng)絡(luò)，可靠安全；（4）整體設(shè)備費用較方案二略低。

2.1.2 缺點：（1）二次回路硬接線復(fù)雜，尤其是前端匯控柜系統(tǒng)具有較復(fù)雜邏輯的操作回路和閉鎖回路，容易出現(xiàn)接線錯誤；（2）前端電纜較多，設(shè)備較多，占地面積相對較大；（3）一次和二次設(shè)備之間的聯(lián)調(diào)復(fù)雜、費力；（4）電纜接線復(fù)雜，設(shè)計院工作

量大。

2.2 方案二

2.2.1 優(yōu)點：（1）為今后推行61850數(shù)字化電站打好了基礎(chǔ)。優(yōu)化了二次回路和結(jié)構(gòu)，減少了硬接線，從而節(jié)約了電纜等設(shè)備投資以及相應(yīng)的施工投資，對于大型開關(guān)站優(yōu)點更為突出；（2）減少了開關(guān)站LCU的采集量，節(jié)約了同期裝置，簡化了回路；（3）由于回路減少，占地面積可適當(dāng)減少；（4）聯(lián)調(diào)在出廠前完成，現(xiàn)場調(diào)試工作量減少；（5）設(shè)計院工作量減少。

2.2.2 缺點：（1）全廠采用了兩套監(jiān)控系統(tǒng)，一定意義上破壞了系統(tǒng)的完整性。與調(diào)度間的通信經(jīng)過了轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，是否能取得電網(wǎng)調(diào)度認(rèn)可需進(jìn)一步核實；（2）由于是兩套系統(tǒng)，對運行維護(hù)增加了成本，同時兩個系統(tǒng)間有冗余設(shè)置的一些功能；（3）雖然監(jiān)控系統(tǒng)的配置和電纜節(jié)約了一定的成本，但由于增加了一套獨立系統(tǒng)，總體造價比方案一偏高；（4）水電站有應(yīng)用業(yè)績的相關(guān)系統(tǒng)廠商較少。

2.3 方案三

2.3.1 優(yōu)點：（1）優(yōu)點同方案二，但接線更為簡化，占地更為減少，調(diào)試更為方便；（2）提供了系統(tǒng)間更好的交互性、提高信息化管理水平；（3）基于通信和組態(tài)軟件的聯(lián)鎖功能比傳統(tǒng)硬接點聯(lián)鎖方便和簡單；（4）縮小了與互感器的電氣距離，減輕了互感器的負(fù)載；（5）由于優(yōu)化了大量接線，與傳統(tǒng)的方案一比較，造價不會更高。

2.3.2 缺點：（1）對網(wǎng)絡(luò)的依賴性較強，大量使用交換機(jī)；（2）由于無較多的水電站應(yīng)用業(yè)績，系統(tǒng)運行是否穩(wěn)定、與外圍系統(tǒng)的接口是否存在隱患等不確定因素；（3）需一次設(shè)備配套使用智能裝置，根據(jù)開關(guān)站的規(guī)模，投資或許增大；（4）其他同方案二。

3 水電站GIS監(jiān)控模式選擇的建議

綜合上述比較，三種監(jiān)控模式各有其優(yōu)缺點。針對各水電站GIS的監(jiān)控模式選擇，若出于經(jīng)濟(jì)、實用和可靠方面的考慮，傳統(tǒng)的方案一是較好的選擇。若考慮今后數(shù)字化發(fā)展趨勢，簡化設(shè)計回路，減少占地面積，敢于在水電站數(shù)字化進(jìn)程中做有益嘗試，可選擇方案三。由于方案二屬于一種過渡方案，部分冗余的接線和配置反而使系統(tǒng)復(fù)雜化，尤其對于中、小規(guī)模水電站使用的意義不大，建議不必考慮。

4 結(jié)語

作為水電站不可分割的開關(guān)站GIS設(shè)備，對其的監(jiān)視和控制起著至關(guān)重要的作用。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和IEC 61850的逐步推廣，智能化GIS監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的應(yīng)用必將成為趨勢。但就目前國內(nèi)水電站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀而言，要做到大量推廣和成熟應(yīng)用，還需各大生產(chǎn)商、集成商及業(yè)主、設(shè)計院的共同努力，統(tǒng)一平臺、達(dá)成共識，應(yīng)當(dāng)還有較長的路要走。但目前部分電站的成功應(yīng)用實例，已經(jīng)在數(shù)字化進(jìn)程中做出了有益嘗試，也為后續(xù)電站在GIS監(jiān)控方面的模式選擇提供了寶貴的經(jīng)驗。

作者簡介：李伶（1969-），女，四川宜賓人，中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司高級工程師，電氣二次室副主任，研究方向：電氣二次設(shè)計、咨詢和管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）