水電廠電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能研究

尹博

國網(wǎng)湖南省電力有限公司水電分公司 湖南長沙 410004

近年來，隨著信息技術(shù)與智能控制技術(shù)的發(fā)展，水電廠的自動化程度越來越高，已經(jīng)有相當(dāng)一部分水電廠引入了電氣自動化控制系統(tǒng)，極大地節(jié)省了人力資源，提高了水電廠的運(yùn)作效率。為了保障電氣自動化系統(tǒng)的運(yùn)作安全與運(yùn)作能效，系統(tǒng)往往會附加全程監(jiān)控模塊，即監(jiān)控系統(tǒng)。但由于整個體系都是通過信息技術(shù)和智能技術(shù)來運(yùn)作的，所以監(jiān)控模塊必然會面臨相應(yīng)的安全威脅。因此，有必要針對監(jiān)控模塊的特征，為其訂立專門的新式安全防護(hù)措施，以提高監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)作的安全性和可靠性。

1 水電廠的電氣自動化監(jiān)控

就目前來看，水電廠可以使用的電氣自動化監(jiān)控模式可以分成三種，即集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場總線監(jiān)控。其中，集中監(jiān)控對控制站沒有較高的防護(hù)要求，并且本身的設(shè)計難度相對較低。但就實(shí)際情況來看，該種監(jiān)控模式的主機(jī)會隨著電氣設(shè)備數(shù)量的增加而出現(xiàn)運(yùn)算沉滯的問題，并且隨著電纜數(shù)量的增多，系統(tǒng)的可靠性也將隨之降低。而遠(yuǎn)程監(jiān)控方式則多用在單元較小的系統(tǒng)中，具有安裝費(fèi)用低、電纜用量少、控制面積少和可靠性高的特點(diǎn)。但是，這種監(jiān)控方式容易受到通訊速度的制約[1]。

2 水電廠電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能研究

2.1 采集數(shù)據(jù)和處理操控

采集一下的信號類型: 開關(guān)量、模擬量和脈沖量。模擬量分為電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、溫度和頻率。而脈沖量又分為有功電能和無功電能。開關(guān)量分為斷路器和隔離開關(guān)及接地開關(guān)的安全自動裝置、位置信號和繼電保護(hù)裝置的報警、動作、運(yùn)行監(jiān)視信號等等。主控級、中控室以及現(xiàn)地操作面板通過分析發(fā)出命令，現(xiàn)場機(jī)組接收后完成各種控制和調(diào)節(jié)任務(wù)：

（1）設(shè)備的正常開停機(jī)。

（2）設(shè)備同期裝置控制。

（3）設(shè)備事故緊急停機(jī)控制。

（4）設(shè)備有功、無功的針對性調(diào)節(jié)。

（5）滅磁開關(guān)控制。

（6）刀閘等控制。以及其他一系列任務(wù)處理。

2.2 通過聯(lián)動手段實(shí)現(xiàn)監(jiān)控模塊的防護(hù)

現(xiàn)有的安全防護(hù)體系雖然可以發(fā)揮出足夠的防護(hù)能效，但并非沒有進(jìn)一步提升的空間。具體來說，受限于種種因素，目前的監(jiān)控系統(tǒng)與安全防護(hù)體系是近乎完全分離的兩個系統(tǒng)，這雖然保證了各自的獨(dú)立性與安全性，但在反應(yīng)上難免出現(xiàn)一定程度的延遲。另一方面，二者的聯(lián)動功能并不完善，安全防護(hù)體系并沒有與監(jiān)控系統(tǒng)的智能操作中樞連接，在發(fā)現(xiàn)安全隱患或無法抵御外部入侵時只能向控制臺發(fā)出警報，要求操作人員進(jìn)行手動處理，無法直接通過智能控制裝置采取必要的緊急制動等措施。

2.3 監(jiān)控與報警功能

采用陰極射線管的顯示器，即CRT，能夠?qū)㈤_關(guān)站的實(shí)時運(yùn)行信息，例如設(shè)備的相關(guān)參數(shù)、操作指導(dǎo)參數(shù)和設(shè)備的四季運(yùn)行狀況等完整地顯示在屏幕上。在通常情況下，水電廠電氣自動化的監(jiān)控系統(tǒng)需要使用2 個CRT 終端分別顯示不同的信息，并且2 個終端能夠獨(dú)立、同步地生成相應(yīng)的顯示畫面，當(dāng)模擬量出現(xiàn)越限問題時，監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)缶畔⒓皶r顯示在顯示器上，并將相應(yīng)的報警信息打印出來。

2.4 自動發(fā)電控制

自動發(fā)電控制功能是根據(jù)預(yù)定好的條件及要求，通過快速且經(jīng)濟(jì)的方法對電廠的有功功率進(jìn)行自動控制，從而更好地滿足系統(tǒng)的要求。自動發(fā)電控制技術(shù)是以電廠的安全運(yùn)行為前提，遵循經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則，以實(shí)際運(yùn)行中運(yùn)行方式及運(yùn)行工況的不同，針對全廠的機(jī)組制定出實(shí)時的控制決策，從而電廠機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)、機(jī)組的組合及相關(guān)的負(fù)荷分配就由該自動發(fā)電控制技術(shù)來決定，使得系統(tǒng)頻率或者全廠的有功功率自動保持著當(dāng)時的設(shè)定值，使得電廠整體自動運(yùn)行的水平得以進(jìn)一步提高[2]。

2.5 設(shè)備操作與管理

除了進(jìn)行信息的處理與顯示，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)還具有設(shè)備操作和管理的功能。就目前來看，系統(tǒng)的操作控制模式有兩種，即上位機(jī)控制和就地控制。根據(jù)命令的優(yōu)先級，系統(tǒng)可以先完成設(shè)備的就地控制，然后再進(jìn)行上位機(jī)的控制。而通過進(jìn)行設(shè)備的操作控制，則可以使遠(yuǎn)程監(jiān)控和設(shè)備現(xiàn)場監(jiān)控兩種監(jiān)控方式更好的融合起來，繼而完成遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場監(jiān)控的協(xié)調(diào)，并保證設(shè)備操作的安全性。此外，系統(tǒng)還能夠完成對電氣設(shè)備的實(shí)時、在線管理[3]。

2.6 集中模式

集中模式即采用傳統(tǒng)的硬接線模式把強(qiáng)電流信號轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)電流信號，然后將電纜硬接線通過電子模擬量和開關(guān)信號一對一地接入I/O 模件柜中，當(dāng)進(jìn)入I/O 組態(tài)模式后，就能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣設(shè)備的自動化監(jiān)控。這種組態(tài)模式可以分為遠(yuǎn)程I/O 接入模式和直接I/O 接入模式，遠(yuǎn)程I/O 接入模式是在數(shù)據(jù)信息相對集中的原理控制室的電氣設(shè)備現(xiàn)場，創(chuàng)建相應(yīng)的遠(yuǎn)程I/O 采集柜，將通信形式和DCS 的控制系統(tǒng)與主機(jī)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控；直接I/O 接入模式是將電線直接接入凹電子設(shè)備的組屏中，實(shí)現(xiàn)對水電廠電氣設(shè)備的自動化監(jiān)控。兩者在本質(zhì)上沒有區(qū)別。集中模式的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為電氣信息的采集形式相對集中，便于管理人員管理。

3 結(jié)語

總而言之，通過利用數(shù)據(jù)采集與處理、畫面監(jiān)控與報警和信息顯示與記錄等多種功能，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以使整個水電廠的系統(tǒng)都在監(jiān)控下運(yùn)行。而運(yùn)行人員通過監(jiān)控系統(tǒng)可以全面了解水電廠的運(yùn)行情況，也可以迅速發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，并完成故障的處理。所以，利用電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)功能，可以避免水電廠的系統(tǒng)運(yùn)行事故擴(kuò)大，繼而確保水電廠的安全運(yùn)行。因此，水電廠應(yīng)該較好的進(jìn)行電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)功能的利用，以便使水電廠的各系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全可靠，繼而獲得一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。