淺談水電站GIS智能監控的幾種模式

摘要：文章結合目前水電站GIS智能監控系統在各水電站的應用情況，通過對幾種主要監控模式在技術性、可靠性、經濟性、可實施性等方面的比較，對當前水電站GIS的監控模式的選擇提出指導性建議。

關鍵詞：水電站；GIS智能監控系統；智能匯控柜；計算機監控系統；開關站LCU 文獻標識碼：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

隨著現代計算機技術、電力電子和通訊技術的飛速發展，基于數字化、網絡化二次設備的綜合自動化系統在變電站的應用越來越多，基于IEC61850的數字化智能變電站應用也越來越廣泛，在此基礎上發展起來的變電站GIS（氣體絕緣開關）智能監控系統的應用也越發成熟。針對國內水電站，不論從技術連接還是從管理歸屬角度，GIS開關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智能監控系統的應用并不十分普遍。大部分水電站GIS的監控仍然普遍采用全廠共用一套計算機監控系統進行統一監視和控制，且多年來的運行經驗證明是穩定、可靠的。隨著智能變電站技術的推廣使用，其部分優勢也逐步在少量水電站的GIS監控中得以體現，由此發展而來的GIS智能監控技術在部分電站逐步推廣。

1 GIS監控模式介紹

目前，國內水電站并存的開關站GIS監控有以下三種模式：

1.1 傳統的開關站LCU監控模式（方案一）

該模式基于全廠計算機監控系統，在GIS開關站設置一套獨立的現地控制單元（開關站LCU），GIS采用傳統的匯控柜模式接線。與開關站相關的所有監視信息，包括GIS開關設備，繼電保護及自動裝置，交、直流電源系統等的狀態和報警信息，均通過LCU的輸入模板進行采集，并統一由監控系統處理，同時通過輸出模板直接控制到斷路器、隔離開關等被控對象，同期選線和合閘等功能由安裝在開關站LCU上的同期裝置統一完成，與GIS匯控柜有關的接線均采用硬接線連接。

該監控模式為目前的主流控制模式，在中國電建集團成都勘測設計院設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，均采用了常規監控系統和GIS匯控柜方式進行設計。

1.2 水電站GIS智能監控模式（方案二）

該模式以智能控制、監視、測量一體化的GIS智能控制柜為核心，同時結合分布式500kV GIS保護，通過通信網絡實現與保護、監控主機連接實現500kV GIS保護、控制、監視、測量功能的分布式系統。該系統主要由后臺機、網絡設備以及前端的智能匯控柜和分布的保護裝置等構成。開關站相關的監視信號均通過GIS智能匯控柜內的智能模件進行采集上送，智能匯控柜包括現地柜和智能柜兩部分，前者主要安裝開關電機、接觸器、操作模擬等傳統回路，后者布置智能裝置、操作箱和交換機等，兩柜并柜安裝，通過插接端子連接，將傳統匯控柜內的二次測控與GIS監控結合起來，優化了部分操控回路，減少了傳統回路中大量電纜。開關的遠方控制和同期功能也通過智能裝置完成。本GIS智能控制系統內部采用61850規約，并通過通信裝置經規約轉換與遠方的計算機監控系統交換信息。調度需要的直采直送信息也通過該通信裝置傳遞到計算機監控系統上送。對各開關的控制，是通過電站計算機監控系統廠站層負責發操作命令，并負責監視GIS設備狀態，GIS智能控制系統則負責完成操作的軟件閉鎖、操作過程、同期及設備狀態的反饋，同時在智能匯控柜保留完整的硬接線閉鎖功能。

目前中國電建集團成都勘測設計院設計的電站中，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的開關站LCU，用于采集開關站的一些公用信息以及必要的一些500kV系統關鍵量“直采直送”重要信號。

1.3 全數字式智能GIS監控模式（方案三）

在水電站全盤采用數字化變電站模式，也是基于面向61850規約的一種嘗試。該模式在第二種模式的基礎上更進一步，基于一、二次設備的全面智能化，從前段采集到后臺處理均基于光纖構架，從CT、PT回路到開關量輸入等均統一采集，各保護、測控裝置、操作機構等應用系統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）、保護裝置、智能測控裝置、交換機網絡以及后臺設備等組成，統一組成智能匯控柜。跨間隔的開關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。與監控系統的分工及通信與第二種模式基本類似。

該模式目前在電網智能變電站的應用十分廣泛，但中國電建集團成都勘測設計院設計院設計的水電站尚無使用案例，已經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成都勘測設計院設計院設計的猴子巖電站部分采用了該模式（一次設備尚未完全智能化，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 優點：（1）全廠采用同一套監控系統，對全廠的監控有完整、可靠的保證，系統之間不存在規約轉換、對上級調度完全滿足“直采直送”的要求；（2）同一套監控系統便于維護方便、減少備件和運行管理成本；（3）前端采用硬接線連接，不依賴于通信網絡，可靠安全；（4）整體設備費用較方案二略低。

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

量大。

2.2 方案二

2.2.1 優點：（1）為今后推行61850數字化電站打好了基礎。優化了二次回路和結構，減少了硬接線，從而節約了電纜等設備投資以及相應的施工投資，對于大型開關站優點更為突出；（2）減少了開關站LCU的采集量，節約了同期裝置，簡化了回路；（3）由于回路減少，占地面積可適當減少；（4）聯調在出廠前完成，現場調試工作量減少；（5）設計院工作量減少。

2.2.2 缺點：（1）全廠采用了兩套監控系統，一定意義上破壞了系統的完整性。與調度間的通信經過了轉換環節，是否能取得電網調度認可需進一步核實；（2）由于是兩套系統，對運行維護增加了成本，同時兩個系統間有冗余設置的一些功能；（3）雖然監控系統的配置和電纜節約了一定的成本，但由于增加了一套獨立系統，總體造價比方案一偏高；（4）水電站有應用業績的相關系統廠商較少。

2.3 方案三

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

2.3.2 缺點：（1）對網絡的依賴性較強，大量使用交換機；（2）由于無較多的水電站應用業績，系統運行是否穩定、與外圍系統的接口是否存在隱患等不確定因素；（3）需一次設備配套使用智能裝置，根據開關站的規模，投資或許增大；（4）其他同方案二。

3 水電站GIS監控模式選擇的建議

綜合上述比較，三種監控模式各有其優缺點。針對各水電站GIS的監控模式選擇，若出于經濟、實用和可靠方面的考慮，傳統的方案一是較好的選擇。若考慮今后數字化發展趨勢，簡化設計回路，減少占地面積，敢于在水電站數字化進程中做有益嘗試，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復雜化，尤其對于中、小規模水電站使用的意義不大，建議不必考慮。

4 結語

作為水電站不可分割的開關站GIS設備，對其的監視和控制起著至關重要的作用。隨著數字化技術的發展和IEC 61850的逐步推廣，智能化GIS監控系統在水電站的應用必將成為趨勢。但就目前國內水電站監控系統的發展現狀而言，要做到大量推廣和成熟應用，還需各大生產商、集成商及業主、設計院的共同努力，統一平臺、達成共識，應當還有較長的路要走。但目前部分電站的成功應用實例，已經在數字化進程中做出了有益嘗試，也為后續電站在GIS監控方面的模式選擇提供了寶貴的經驗。

作者簡介：李伶（1969-），女，四川宜賓人，中國電建集團成都勘測設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：電氣二次設計、咨詢和管理。

（責任編輯：蔣建華）