水電站電氣二次監控及保護配置問題研究

趙德權 冉哲

摘 要：隨著我國經濟的迅速發展，人們對電力資源的需求量也越來越高，各式各樣的發電站由此而建立，而水電站就是其中的代表。水電站是將水能轉換為電能的綜合工程設施，為保證水電站中各設備的正常運行和數據的可靠，要對水電站電氣進行二次監控。文章對水電站電氣二次監控及保護配置問題進行研究。

關鍵詞：水電站電氣；二次監控；保護配置

中圖分類號：TV547 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）21-0113-02

水電站的建立為我國提供了大量的電力資源，是我國重要的電力工程設施，在水電站發電的過程中，對其電氣進行二次監控和配置的保護是其中的重點，是水電站正常運行的基礎，為實現對水電站的有效二次監控，要根據水電站的發電類型和系統的設計等方面來進行考慮。

1 水電站二次監控系統的設計原則

目前我國水電站的監控系統一般采用計算機進行監控，在計算機監控系統下，水電站電氣的值班人員一般較少，對于精度較高的監控系統，也可以采取無人值班的運行方式。水電站電氣的二次監控系統一般由以下幾個方面的設計原則。

①在監控系統中，一般采用最新型的計算機系統和網絡技術，整個水電站的監控系統要有頂尖的系統設置和監控配置，以便實現對電氣的全面精準監控，在這種計算機監控系統應用到整個水電站中后，全站的運行管理不需要值班人員進行值班，在對于某些較為重要的部分，可以有少量的值班人員進行現場監管，這樣極大的節約了水電站的人工成本，并且可以避免因為人員在值班過程中的操作失誤而對水電站造成影響[1]。

②為了保證整個監控系統的可靠性，一般在關系到水電站正常運行的電氣設備或系統中采用雙重化設置和冗余技術，并且要求這些技術的各項技術性能達到國家所規定的要求，對于其中要求較高的規定，比如MTBF指標，這種指標的要求要從單機、部件和整體系統等多個方面保證其有效程度，以此來確保系統運行的高度可靠。

③監控系統的配置和設備的選擇要符合計算機網絡技術發展迅速的特點，在計算機監控系統中，其結構設計要采用模塊式的結構設計，這樣的結構設計避免因為計算機網絡技術的加快，從而導致水電站的系統配置達不到先進的水平，把整個設備的系統配置的軟件和硬件進行結構分類的話，可以結合最新的計算機網絡技術，對系統的硬件進行設備擴充，也可以對系統的規模進行擴大，這樣可以保證水電站電氣監控系統始終處于領先水平。

④為了保證水電站監控系統能夠在水力發電中正常運行，就需要整個系統擁有較高的抗干擾能力，能夠滿足水電站現場環境的使用需求，這一點在水電站的監控系統中是及其重要的。

⑤整個監控系統的操作規程不能太過于復雜，操作控制要具有簡單方便的特點。對于人與計算機之間進行數據信息交換的設備接口，要保證具有較強的功能，能夠滿足對工作人員水電站中信息的轉換和控制。

⑥在水電站中與各種機組設備有著緊密聯系的輔機系統要按照其具體的功能直接介入到監控系統中，這樣能夠保證監控系統的可靠性和準確性，便于對整個水電站的設備機組進行直接的監控，保證水電站的正常運行，也可以使水電站的監控系統具有與由獨立控制器組成的輔機控制系統聯網能力，這樣也可以保證在計算機網絡監控系統中與各個機組的系統保持一致性[2]。

⑦在如今的水電站控制系統中，一般采用現地機組遠程PLC遠程控制系統，這樣可以實現對水電站中各個設備的遠程控制，通常PLC系統要與調速器、設備的保護裝置和輔助裝置進行通信，而在監控系統的設計中，要考慮到這些設備的通信問題，并且主動與之配合。

⑧在水電站的監控系統和電子式電能表進行通信的時候，要采用統一的IEC-60875-104標準，這樣可以實現整個水電站的電能表精確采集管理的目的，保證水電站的經濟效益和管理要求。

2 水電站監控系統的結構要求

在水電站中應該采用全分布開放式網絡控制系統，這種網絡控制系統是一種全模塊化的軟件體系結構，在這種網絡控制系統中，可以實現設備與系統之間進行信息的傳送和分析，保證水電站設備的正常運行和監控的全面性，而且對于不同型號但功能相似的設備可以實現相互替換，這種系統具有可增刪性，整個系統并不是一個完全封閉的系統，而是保證系統功能模塊化，可以隨意的增加或者刪除各種功能模塊，實現了信息的同步。所以說，這種全分布開放式網絡控制系統特別適合水電站監控系統，這種系統主要分為兩個方面：站級控制層和現地控制單元層，這兩層之間通過網絡的連接，建立起一個簡單可靠的的網絡系統，這樣的網絡系統之間的通信采用性能較高的網絡交換機進行連接，可以保證信息的傳輸速度，使監控系統能夠及時接受到設備中所返回的信息，另外，LCU與交換機之間的網絡介質為光纖，這種網絡介質擁有良好的抗電磁干擾能力，可以保證水電站的監控系統能夠在各種環境下對水電站的設備進行實時的準確監控[3]。

3 水電站設備配置要求

水電站的配置應分為系統主機和操作員工作站兩個方面，其中以系統主機為主，以操作員工作站為輔，這樣的兩套操作系統，能夠過整個水電站進行全方位的管理，其中的管理內容主要包括數據的計算、數據的管理、AVC的計算和處理，保證對整個水電站中運行設備的控制，加強了水電站對電氣設備的運行監控，在監控的過程中根據相應的情況進行操作命令的發布，對電氣設備在運行工程中出現的問題信號進行數據的分析處理，同時生成相應的圖標曲線，方便工作人員對設備的管理。

網絡設備。網絡設備是水電站所配置設備中的主要設備，由計算機網絡連接的監控系統對整個水電站的相關設備進行運行監管，這些網絡設備的選擇包括網絡交換機和網絡接口，這些相關的網絡接口都在每一套的網絡交換機上進行配備，上位機系統對各控制系統和網絡交換機之間的通信可以通過雙絞線來實現，用光纖來連接網絡交換機與控制單元LCU，這樣不僅能夠提高信息傳輸的速度，并且能夠提升整個水電站監控系統的現場抗干擾能力，有效保證了監控系統的正常運行。除了網絡交換機和網絡接口外，其他的網絡設備還包括光纖收發器和其他的一些輔助設備，這些設備能夠保證光纖的正常傳輸。

現地層設備的配置要求。現地層的設備配置主要是LCU，LCU又叫做現地控制單元，主要的作用是對監控系統中監控對象的數據進行采集、分析和計算，而且可以把相關的數據信息傳送至網絡，自動服從調度上位機的命令操作和管理，并且LCU還能夠實現控制和監視的功能，這樣的功能可以在調度上位機脫機的情況下使用，作為一種功能強大、應用廣泛的現地控制系統的主要部分，在水電廠計算機監控系統中起到了較大的作用，LCU主要的控制對象為電廠的發電設備、電廠中的開關站、公共輔助設備和閘門，LCU一般在發電站的生產設備附近配置，在現場對被控制的對象進行實時的監控和控制，在水電站計算機監控系統中屬于比較底層的控制系統[4]。

4 計算機監控系統的功能

目前大部分的水電站都應用了計算機監控系統，并且在對電氣設備進行監控的過程中，一般沒有工作人員值班或者有較少的工作人員值班，所以，計算機監控系統的主要功能要實現以下幾個方面：對水電站的電氣設備進行實時的控制和調節、采集設備在運行過程中的信息數據并對其進行分析處理、安全運行監控、數據的傳輸和監控系統的自主診斷等，這些功能可以保證水電站電氣設備的正常運行。

工作人員可以根據水電站的具體運行方式來對計算機監控系統中的相關軟件進行設置，關閉沒有控制權的電氣設備，這樣可以由工作人員來選擇各控制層的控制權。這樣的計算機監控系統需要具備準確、及時和有效的特點，這樣才能對水電站的電氣設備進行準確有效的控制，保證水電站的正常運行。

水電站的控制層功能。水電站的控制功能主要分為兩個部分：數據的采集處理和安全運行監視。首先是數據的采集處理方面。水電站控制層能對水電站中主要設備的運行狀態和運行參數進行采集，這些采集的信息數據能夠進行相關的分析處理，這些數據可以通過圖表等相關方式展現出來，工作人員能夠通過這些數據了解設備的運行情況。在水電站現場的LCU可以對所控制的電氣設備進行數據的采集，這些數據包括設備的遠程控制系統等，現場的LCU可以把所采集到的數據通過光纖傳輸至控制層，這樣可以對水電站現場的設備數據有一個整體的分析處理，更好的適應現場設備的運行情況，工作人員可以對設備運行的參數進行調整；安全運行監視是計算機監控系統中最為重要的部分，對于水電站中的各類電氣設備的運行參數都可以通過計算機監控系統來進行實時監控，通過工作人員設置的參數上下限，來判斷設備運行是否正常，設備在運行過程中若出現異常狀態，或者其運行的參數超過設置的上限的時候，計算機監控系統會及時的發出警報，工作人員可以通過警報掌握發生故障設備的位置，然后對其進行故障排除，保證水電站的正常運行。安全運行監視主要包括電氣設備的異常監控、狀態變化監視和越限監視等方面內容，在最大程度上保證了電氣設備的正常運行。

5 結 語

水電站的二次監控和保護配置是保證水電站能夠正常運行的基礎，通過計算機監控系統對各個設備的數據參數進行采集、分析處理，實現了對電氣設備的二次保護、管理和控制，因計算機監控系統的準確性和及時性等特點，保證了水電站系統的正常運行，減少了人力資源的使用，提高了工作效率。人們要對水電站的二次監控系統進行不斷完善和改進，使其越來越成熟，推動水電站的快速發展。

參考文獻：

[1] 李建.某水電站電氣二次監控及保護的配置問題探討[J].信息技術， 2014（03）：117.

[2] 周業榮，嚴映峰，宋柯，等.瀑布溝水電站電氣二次系統總體設計介紹 [J].水電站機電技術，2010（06）：29.

[3] 王兆云.探討五郎河電氣二次監控及保護的配置[J].城市建設理論研 究（電子版），2011，（17）.

[4] 葉雄兵.蓮陽橋水電站電氣二次設計探討[J].廣東水利電力職業技術 學院學報，2013，11（2）：05.