對水力發(fā)電廠電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)安全防護分析

【摘要】本文首先對水力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)監(jiān)控的特點重要性進行分析，指出了系統(tǒng)的組態(tài)模式、構(gòu)建及系統(tǒng)功能，最后提出了自動化監(jiān)控系統(tǒng)的安全防護措施。

【關(guān)鍵詞】水力發(fā)電廠；電氣自動化；監(jiān)控系統(tǒng)；組態(tài)模式；安全防護

1、電氣系統(tǒng)監(jiān)控的特點及重要性

1.1 電氣系統(tǒng)監(jiān)控特征

由于電氣設(shè)備的工作頻率較低。按照系統(tǒng)設(shè)置可以長時間正常運行。雖然操作次數(shù)多，但并不意味著操作簡單，對電氣設(shè)備的操作實踐要求非常嚴(yán)格。特別適用于發(fā)變組和電源斷路器的操作，操作者應(yīng)更加謹(jǐn)慎、仔細，堅持安全第一的原則。

另外，對于電氣設(shè)備裝置問題，設(shè)備需要安全可靠和快速運行。例如，發(fā)變組運行保護要求在40s以內(nèi)運作動作；而且電壓自動調(diào)節(jié)裝置在極快的速度內(nèi)完成激勵。因此，對電氣監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求非常高的。第三，電氣設(shè)備的操作結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，技術(shù)要求高。可見，對水電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的研究需要緊密結(jié)合實際并利用科技提供的有利條件。注意設(shè)備運行中的安全與維護，使日常工作中更加順利。

1.2 電氣系統(tǒng)監(jiān)控的重要性

在實際運行過程中，有關(guān)人員可以通過實時顯示的監(jiān)控系統(tǒng)來觀察和分析電廠設(shè)備的運行情況，當(dāng)出現(xiàn)問題時并迅速提出控制措施。采用電氣自動化監(jiān)控技術(shù)，所有的發(fā)電廠系統(tǒng)都在監(jiān)控范圍內(nèi)，運行管理人員對電廠設(shè)備運行情況一目了然。

這樣的監(jiān)控模式，可以迅速發(fā)現(xiàn)事故，而且對具體事故原因做出及時的反饋，使操作人員能夠迅速正確地作出反應(yīng)及處理。從而避免設(shè)備故障信息不能及時反饋，或因人為疏忽造成的處理不及時，最大限度地預(yù)防事故的發(fā)生。

2、系統(tǒng)的組態(tài)模式及構(gòu)建

2.1 組態(tài)模式

在變電站綜合自動化系統(tǒng)中以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)驗非常豐富，再加上智能電氣設(shè)備的快速發(fā)展，是實現(xiàn)水電廠電氣系統(tǒng)自動控制奠定了基礎(chǔ)。基于現(xiàn)場總線的監(jiān)控方式改進了系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)計過程可以按照間隔進行，間隔不同，相應(yīng)的功能也不同。

現(xiàn)場總線控制模式和遠程監(jiān)控對比，不僅包括其所有的優(yōu)點，而且遠程監(jiān)控模式用到的隔離裝置，終端柜和模擬量卡和其他設(shè)備大量減少，智能電氣設(shè)備還可以實現(xiàn)，原地安裝，采用通信線路連接監(jiān)控系統(tǒng)，這大大節(jié)約了控制電纜和相應(yīng)的安裝和維護成本，綜合成本大大降低。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)分層分布式多CPU系統(tǒng)設(shè)計了水電廠電氣自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。不同的設(shè)備和子系統(tǒng)由不同的結(jié)構(gòu)層組成，以實現(xiàn)相應(yīng)的功能。整個系統(tǒng)的設(shè)備可分為站控層和單元層兩層、在控制層設(shè)置以太網(wǎng)，它的主要功能是實現(xiàn)主機和監(jiān)控模塊和各單元層間的交換信息，具體操作包括運行工作站、遠動工作站、操作工作站、通信站維護工作站。

運行工作站主要是實時監(jiān)控電力系統(tǒng)運行；操作工作站主要功能是處理下層測控單元電氣運行參數(shù)及遠程控制；通信站的主要功能是實現(xiàn)水電站自動控制系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的連接和信息共享；維護站的主要功能是供系統(tǒng)工程師對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、操作界面和報表功能的修改和維護，以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備的維護。另外，維護站還可作為技術(shù)人員培訓(xùn)工作站的操作程序，在模塊中進行預(yù)演及操作人員進行培訓(xùn)和模擬操作。

3、水力發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)功能

3.1 操作控制

操作控制方式分為就地控制和上位機或DCS系統(tǒng)。操作命令的優(yōu)先級設(shè)置是根據(jù)上位機的就地控制或DCS控制順序進行的。確保遠程監(jiān)控與現(xiàn)場日常監(jiān)控互相協(xié)調(diào)，確保控制操作的安全性和一致性。

3.2 數(shù)據(jù)采集與處理

水電廠電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是采集電子信息、對故障狀態(tài)，越限信息，位移信號、模擬信息、運行狀況及相關(guān)事件進行檢測，核實信息，以及相應(yīng)的信息處理，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行實時更新。數(shù)據(jù)采集信號的類型包括脈沖量、模擬量、狀態(tài)量。脈沖量主要是無功電能與有功電能；狀態(tài)量主要是指安裝自動裝置動作和報警、機電保護裝置動作和報警、接地開關(guān)位置信號、隔離開關(guān)和斷路器的位置等。模擬量包括功率因數(shù)、溫度因數(shù)、有功功率和無功功率、電壓、電流等。

3.3 畫面顯示

體系中的模擬畫面能夠把設(shè)備正常順利運轉(zhuǎn)一次的工作情況完整的真實的模擬出一次，系統(tǒng)中的電流和電壓，隔離設(shè)施的開啟斷開，電路設(shè)施的開啟斷開和計算量，掛牌維護可以實時播出，同時自己對運轉(zhuǎn)情況進行整理。

3.4 效率監(jiān)測

水輪機效率的實時監(jiān)測在水電廠的經(jīng)濟運行中起著重要的作用。在水電廠水輪發(fā)電機組在線監(jiān)測可用于大修后現(xiàn)場驗收，方便檢查設(shè)計、制造、安裝及維修的質(zhì)量符是否達到要求，也可以通過對機組運行性能來長期連續(xù)監(jiān)測，對不同流量及工況情況下的水輪機性能提供實時數(shù)據(jù)。隨著計算機、通信、信息、測控等新技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，為在線監(jiān)測項目的開發(fā)提供了成熟的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，電力市場競價也將成為發(fā)展的趨勢，確保電力系統(tǒng)的安全運行，在滿足要求的基礎(chǔ)上，提高水資源利用率和設(shè)備利用率，降低運行維護成本，成為水電廠提高競爭力和更好面向市場的重要組成部分。

3.5 自動發(fā)電控制

自動發(fā)電控制功能是基于預(yù)定的要求與條件，電廠的有功功率可以通過快速經(jīng)濟的方法來自動控制，為了更好的滿足系統(tǒng)的要求。自動發(fā)電控制技術(shù)是基于電廠的安全運行為基礎(chǔ)，根據(jù)經(jīng)濟運行的原則，實際運行模式和操作工況不同，對水電廠所有的機組制定實時控制決策，通過自動發(fā)電控制技術(shù)來確定機組的運行臺數(shù)與負(fù)荷分配的組合，該系統(tǒng)的頻率或全廠的有功功率自動保持在當(dāng)時的設(shè)定值，這樣可以提高水電廠自動化操作水平。

3.6 事件日志

如果操作設(shè)施發(fā)生事故，系統(tǒng)可以把繼電器開關(guān)，斷路器設(shè)施信息和自動安裝的信息進行記錄，具體內(nèi)容可分為信息的類型、運動的情況、號碼、信號和運動時間，與此同時，按照實際發(fā)生的事故按照時間順序進行登記，并在陰極射線管顯示器或打印出來，而且還可以存儲在硬盤上。可以作為后期設(shè)備中發(fā)生問題以及保護情況的診斷依據(jù)。

4、電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的安全防護措施

4.1 從公司制度及聯(lián)動實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)安全防護

為了確保證電氣自動化系統(tǒng)的正常運行，公司應(yīng)制定相應(yīng)的管理和保護制度。（下轉(zhuǎn)第頁）

（上接第頁）

該制度的制定原則不能脫離實際防護工作，在制定新的制度前要對原有的防護措施進行調(diào)查與統(tǒng)計，在保護工作的基礎(chǔ)上提出較為完善的制度。

制度中主要有監(jiān)控系統(tǒng)的維護與更新時間的內(nèi)容，各個區(qū)域的防護及工作負(fù)責(zé)規(guī)定，關(guān)鍵的外部接口的管理權(quán)限規(guī)定，每個防護措施記錄規(guī)定與實施要求及其他方面的保護方案。雖然目前的監(jiān)控安全防護系統(tǒng)能夠滿足實際需要，但由于各種因素的影響，監(jiān)控安全防護系統(tǒng)還有很大的改進空間。

電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的安全防護系統(tǒng)是不一樣的，兩者都是既相關(guān)又明顯獨立。安全防護系統(tǒng)的順利保護，保證了電氣自動監(jiān)控系統(tǒng)的順利控制。兩者在反應(yīng)上有一定的間隔的延遲。首先，這兩個功能之間的聯(lián)動功能還不是很完善，實際上，安全系統(tǒng)并沒有與中樞操作功能連接，當(dāng)沒出現(xiàn)無法防御性安全隱患時只能發(fā)出警報，要求技術(shù)人員進行人員進行處理，沒有辦法通過安全防護系統(tǒng)的預(yù)防網(wǎng)絡(luò)入侵智能系統(tǒng)進行防御，所以，有必要加強兩者之間的聯(lián)動功能。

4.2 管理防護

建立和完善分級負(fù)責(zé)的安全防護體系責(zé)任制，公司主要負(fù)責(zé)人是安全防護第一人。把計算機監(jiān)控系統(tǒng)安全防護納入熱控系統(tǒng)與安全監(jiān)控系統(tǒng)中，把違反操作規(guī)程作為違反安全行為做相應(yīng)處理。

⑴建立監(jiān)控系統(tǒng)安全小組，由相關(guān)部門和IT人員組成。⑵新系統(tǒng)必須提供安全防護規(guī)劃和設(shè)計，并在技術(shù)要求上明確提出安全要求，以及系統(tǒng)升級、系統(tǒng)漏洞修復(fù)條款。⑶制定出入工程師站和電子室境的管理規(guī)定。還要制定文件與備份管理規(guī)程，由專人負(fù)責(zé)保管。定期更改系統(tǒng)密碼，只有相關(guān)人員才有相應(yīng)密碼。⑷制定邏輯修改、參數(shù)調(diào)整管理規(guī)定，實施相應(yīng)的審核程序，修改調(diào)整必須出具書面報告。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，水電力電氣自動化控制系統(tǒng)走上了領(lǐng)導(dǎo)自動化的前線舞臺。對于日后的發(fā)展，我們將在未來的實踐中得到最佳的解決方法。

4.3 軟硬件保護

監(jiān)控系統(tǒng)的保護程序是通過軟件等來監(jiān)控計算機裝置殺毒程序和防火墻，防止病毒進入監(jiān)控系統(tǒng)，減少病毒和黑客入侵。對計算機使用環(huán)境維護從一個角度來說可以減少計算機監(jiān)控和控制計算機與外部環(huán)境之間的接口數(shù)量，另一方面可以減少計算機與服務(wù)器之間的其他硬件設(shè)施的連接，然后進行相應(yīng)的設(shè)備保護程序，做好有關(guān)的裝置。

4.4 從技術(shù)人員的角度來實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)安全防護

任何公司的監(jiān)控系統(tǒng)都缺乏相應(yīng)的技術(shù)人員。在電氣自動監(jiān)測系統(tǒng)中，無論從硬件保護還是軟件保護，有的公司缺乏相應(yīng)的技術(shù)管理人員。大部分公司監(jiān)控系統(tǒng)都是由設(shè)計團隊進行設(shè)計或直接從國外引進，由于系統(tǒng)需要維護或升級，大部分售后服務(wù)工作存在滯后現(xiàn)象。雖然部分公司聘請專業(yè)技術(shù)人員進行維護，但是從長期和公司本身的利益來看這種做法是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

所以，我們應(yīng)該從根源出發(fā)，公司儲備相應(yīng)的技術(shù)人員才是解決問題的關(guān)鍵。公司必須為自動監(jiān)測系統(tǒng)派一些必要的駐地安全技術(shù)人員，主要是對日常應(yīng)急處理或維護和系統(tǒng)升級及更新。通過技術(shù)人員的儲備，避免了日常監(jiān)控系統(tǒng)的維護滯后現(xiàn)象，從根本上保護監(jiān)測系統(tǒng)不受外來入侵。

5、結(jié)論

監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用對安全防護工作提出了更高的要求。可以從硬、軟件，管理模式、技術(shù)人員方面入手，實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的安全、合理的掌握系統(tǒng)升級監(jiān)控速度，使安全保護系統(tǒng)更加獨立和堅強，從而提高收益及生產(chǎn)效率。

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