水電站電氣二次監(jiān)控及保護(hù)配置問(wèn)題研究

趙德權(quán) 冉哲

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)電力資源的需求量也越來(lái)越高，各式各樣的發(fā)電站由此而建立，而水電站就是其中的代表。水電站是將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施，為保證水電站中各設(shè)備的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的可靠，要對(duì)水電站電氣進(jìn)行二次監(jiān)控。文章對(duì)水電站電氣二次監(jiān)控及保護(hù)配置問(wèn)題進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：水電站電氣；二次監(jiān)控；保護(hù)配置

中圖分類號(hào)：TV547 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）21-0113-02

水電站的建立為我國(guó)提供了大量的電力資源，是我國(guó)重要的電力工程設(shè)施，在水電站發(fā)電的過(guò)程中，對(duì)其電氣進(jìn)行二次監(jiān)控和配置的保護(hù)是其中的重點(diǎn)，是水電站正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站的有效二次監(jiān)控，要根據(jù)水電站的發(fā)電類型和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等方面來(lái)進(jìn)行考慮。

1 水電站二次監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

目前我國(guó)水電站的監(jiān)控系統(tǒng)一般采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下，水電站電氣的值班人員一般較少，對(duì)于精度較高的監(jiān)控系統(tǒng)，也可以采取無(wú)人值班的運(yùn)行方式。水電站電氣的二次監(jiān)控系統(tǒng)一般由以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)原則。

①在監(jiān)控系統(tǒng)中，一般采用最新型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整個(gè)水電站的監(jiān)控系統(tǒng)要有頂尖的系統(tǒng)設(shè)置和監(jiān)控配置，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣的全面精準(zhǔn)監(jiān)控，在這種計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到整個(gè)水電站中后，全站的運(yùn)行管理不需要值班人員進(jìn)行值班，在對(duì)于某些較為重要的部分，可以有少量的值班人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，這樣極大的節(jié)約了水電站的人工成本，并且可以避免因?yàn)槿藛T在值班過(guò)程中的操作失誤而對(duì)水電站造成影響[1]。

②為了保證整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，一般在關(guān)系到水電站正常運(yùn)行的電氣設(shè)備或系統(tǒng)中采用雙重化設(shè)置和冗余技術(shù)，并且要求這些技術(shù)的各項(xiàng)技術(shù)性能達(dá)到國(guó)家所規(guī)定的要求，對(duì)于其中要求較高的規(guī)定，比如MTBF指標(biāo)，這種指標(biāo)的要求要從單機(jī)、部件和整體系統(tǒng)等多個(gè)方面保證其有效程度，以此來(lái)確保系統(tǒng)運(yùn)行的高度可靠。

③監(jiān)控系統(tǒng)的配置和設(shè)備的選擇要符合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要采用模塊式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免因?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的加快，從而導(dǎo)致水電站的系統(tǒng)配置達(dá)不到先進(jìn)的水平，把整個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)配置的軟件和硬件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類的話，可以結(jié)合最新的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)充，也可以對(duì)系統(tǒng)的規(guī)模進(jìn)行擴(kuò)大，這樣可以保證水電站電氣監(jiān)控系統(tǒng)始終處于領(lǐng)先水平。

④為了保證水電站監(jiān)控系統(tǒng)能夠在水力發(fā)電中正常運(yùn)行，就需要整個(gè)系統(tǒng)擁有較高的抗干擾能力，能夠滿足水電站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的使用需求，這一點(diǎn)在水電站的監(jiān)控系統(tǒng)中是及其重要的。

⑤整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的操作規(guī)程不能太過(guò)于復(fù)雜，操作控制要具有簡(jiǎn)單方便的特點(diǎn)。對(duì)于人與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換的設(shè)備接口，要保證具有較強(qiáng)的功能，能夠滿足對(duì)工作人員水電站中信息的轉(zhuǎn)換和控制。

⑥在水電站中與各種機(jī)組設(shè)備有著緊密聯(lián)系的輔機(jī)系統(tǒng)要按照其具體的功能直接介入到監(jiān)控系統(tǒng)中，這樣能夠保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，便于對(duì)整個(gè)水電站的設(shè)備機(jī)組進(jìn)行直接的監(jiān)控，保證水電站的正常運(yùn)行，也可以使水電站的監(jiān)控系統(tǒng)具有與由獨(dú)立控制器組成的輔機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)能力，這樣也可以保證在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中與各個(gè)機(jī)組的系統(tǒng)保持一致性[2]。

⑦在如今的水電站控制系統(tǒng)中，一般采用現(xiàn)地機(jī)組遠(yuǎn)程PLC遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站中各個(gè)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，通常PLC系統(tǒng)要與調(diào)速器、設(shè)備的保護(hù)裝置和輔助裝置進(jìn)行通信，而在監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要考慮到這些設(shè)備的通信問(wèn)題，并且主動(dòng)與之配合。

⑧在水電站的監(jiān)控系統(tǒng)和電子式電能表進(jìn)行通信的時(shí)候，要采用統(tǒng)一的IEC-60875-104標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)水電站的電能表精確采集管理的目的，保證水電站的經(jīng)濟(jì)效益和管理要求。

2 水電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要求

在水電站中應(yīng)該采用全分布開放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，這種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一種全模塊化的軟件體系結(jié)構(gòu)，在這種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備與系統(tǒng)之間進(jìn)行信息的傳送和分析，保證水電站設(shè)備的正常運(yùn)行和監(jiān)控的全面性，而且對(duì)于不同型號(hào)但功能相似的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)相互替換，這種系統(tǒng)具有可增刪性，整個(gè)系統(tǒng)并不是一個(gè)完全封閉的系統(tǒng)，而是保證系統(tǒng)功能模塊化，可以隨意的增加或者刪除各種功能模塊，實(shí)現(xiàn)了信息的同步。所以說(shuō)，這種全分布開放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)特別適合水電站監(jiān)控系統(tǒng)，這種系統(tǒng)主要分為兩個(gè)方面：站級(jí)控制層和現(xiàn)地控制單元層，這兩層之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的連接，建立起一個(gè)簡(jiǎn)單可靠的的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這樣的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的通信采用性能較高的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行連接，可以保證信息的傳輸速度，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)接受到設(shè)備中所返回的信息，另外，LCU與交換機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)為光纖，這種網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)擁有良好的抗電磁干擾能力，可以保證水電站的監(jiān)控系統(tǒng)能夠在各種環(huán)境下對(duì)水電站的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的準(zhǔn)確監(jiān)控[3]。

3 水電站設(shè)備配置要求

水電站的配置應(yīng)分為系統(tǒng)主機(jī)和操作員工作站兩個(gè)方面，其中以系統(tǒng)主機(jī)為主，以操作員工作站為輔，這樣的兩套操作系統(tǒng)，能夠過(guò)整個(gè)水電站進(jìn)行全方位的管理，其中的管理內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)的計(jì)算、數(shù)據(jù)的管理、AVC的計(jì)算和處理，保證對(duì)整個(gè)水電站中運(yùn)行設(shè)備的控制，加強(qiáng)了水電站對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控，在監(jiān)控的過(guò)程中根據(jù)相應(yīng)的情況進(jìn)行操作命令的發(fā)布，對(duì)電氣設(shè)備在運(yùn)行工程中出現(xiàn)的問(wèn)題信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，同時(shí)生成相應(yīng)的圖標(biāo)曲線，方便工作人員對(duì)設(shè)備的管理。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是水電站所配置設(shè)備中的主要設(shè)備，由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)水電站的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)管，這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選擇包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)接口，這些相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)接口都在每一套的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上進(jìn)行配備，上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)各控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之間的通信可以通過(guò)雙絞線來(lái)實(shí)現(xiàn)，用光纖來(lái)連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與控制單元LCU，這樣不僅能夠提高信息傳輸?shù)乃俣?，并且能夠提升整個(gè)水電站監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力，有效保證了監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。除了網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)接口外，其他的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還包括光纖收發(fā)器和其他的一些輔助設(shè)備，這些設(shè)備能夠保證光纖的正常傳輸。

現(xiàn)地層設(shè)備的配置要求。現(xiàn)地層的設(shè)備配置主要是LCU，LCU又叫做現(xiàn)地控制單元，主要的作用是對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和計(jì)算，而且可以把相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳送至網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)服從調(diào)度上位機(jī)的命令操作和管理，并且LCU還能夠?qū)崿F(xiàn)控制和監(jiān)視的功能，這樣的功能可以在調(diào)度上位機(jī)脫機(jī)的情況下使用，作為一種功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的現(xiàn)地控制系統(tǒng)的主要部分，在水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中起到了較大的作用，LCU主要的控制對(duì)象為電廠的發(fā)電設(shè)備、電廠中的開關(guān)站、公共輔助設(shè)備和閘門，LCU一般在發(fā)電站的生產(chǎn)設(shè)備附近配置，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)被控制的對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和控制，在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中屬于比較底層的控制系統(tǒng)[4]。

4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能

目前大部分的水電站都應(yīng)用了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并且在對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的過(guò)程中，一般沒有工作人員值班或者有較少的工作人員值班，所以，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面：對(duì)水電站的電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制和調(diào)節(jié)、采集設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的信息數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析處理、安全運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)的傳輸和監(jiān)控系統(tǒng)的自主診斷等，這些功能可以保證水電站電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

工作人員可以根據(jù)水電站的具體運(yùn)行方式來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的相關(guān)軟件進(jìn)行設(shè)置，關(guān)閉沒有控制權(quán)的電氣設(shè)備，這樣可以由工作人員來(lái)選擇各控制層的控制權(quán)。這樣的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)需要具備準(zhǔn)確、及時(shí)和有效的特點(diǎn)，這樣才能對(duì)水電站的電氣設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確有效的控制，保證水電站的正常運(yùn)行。

水電站的控制層功能。水電站的控制功能主要分為兩個(gè)部分：數(shù)據(jù)的采集處理和安全運(yùn)行監(jiān)視。首先是數(shù)據(jù)的采集處理方面。水電站控制層能對(duì)水電站中主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，這些采集的信息數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行相關(guān)的分析處理，這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)圖表等相關(guān)方式展現(xiàn)出來(lái)，工作人員能夠通過(guò)這些數(shù)據(jù)了解設(shè)備的運(yùn)行情況。在水電站現(xiàn)場(chǎng)的LCU可以對(duì)所控制的電氣設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，這些數(shù)據(jù)包括設(shè)備的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等，現(xiàn)場(chǎng)的LCU可以把所采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳輸至控制層，這樣可以對(duì)水電站現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備數(shù)據(jù)有一個(gè)整體的分析處理，更好的適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，工作人員可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；安全運(yùn)行監(jiān)視是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中最為重要的部分，對(duì)于水電站中的各類電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)工作人員設(shè)置的參數(shù)上下限，來(lái)判斷設(shè)備運(yùn)行是否正常，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)異常狀態(tài)，或者其運(yùn)行的參數(shù)超過(guò)設(shè)置的上限的時(shí)候，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)的發(fā)出警報(bào)，工作人員可以通過(guò)警報(bào)掌握發(fā)生故障設(shè)備的位置，然后對(duì)其進(jìn)行故障排除，保證水電站的正常運(yùn)行。安全運(yùn)行監(jiān)視主要包括電氣設(shè)備的異常監(jiān)控、狀態(tài)變化監(jiān)視和越限監(jiān)視等方面內(nèi)容，在最大程度上保證了電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

5 結(jié) 語(yǔ)

水電站的二次監(jiān)控和保護(hù)配置是保證水電站能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行采集、分析處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣設(shè)備的二次保護(hù)、管理和控制，因計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性等特點(diǎn)，保證了水電站系統(tǒng)的正常運(yùn)行，減少了人力資源的使用，提高了工作效率。人們要對(duì)水電站的二次監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善和改進(jìn)，使其越來(lái)越成熟，推動(dòng)水電站的快速發(fā)展。

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