簡議水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)和通信系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

蔣躍華

【摘要】水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)和通信系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備的信息充分共享，并通過遠(yuǎn)動(dòng)通信接口實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)的信息共享。為了保障其安全運(yùn)行，本文闡述了水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)和通信系統(tǒng)的主要內(nèi)容，對(duì)水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)和通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則及其安全設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述分析。

【關(guān)鍵詞】水電廠；自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)；通信系統(tǒng)；內(nèi)容；設(shè)計(jì)原則；安全設(shè)計(jì)

一、水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)和通信系統(tǒng)的主要內(nèi)容

水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)的主要內(nèi)容包括發(fā)變組保護(hù)、母線保護(hù)、電抗器和廠用電設(shè)備保護(hù)，如發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)，機(jī)組過速保護(hù)，溫度過高保護(hù)，油壓裝置事故低油壓保護(hù)，主變瓦斯保護(hù)等。水電廠內(nèi)電氣設(shè)備主要有水輪發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、斷路器等，不同的電氣設(shè)備有不同的繼電保護(hù)配置要求。大中型水電廠內(nèi)的電氣設(shè)備一般采用微機(jī)型繼電保護(hù)裝置。

水電廠通信系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)通信、站內(nèi)通信、對(duì)外通信、施工通信和水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)通信等。水電廠的通信方式總體上可分為有線通信方式和無線通信方式兩類，有線通信方式由電纜通信和光纖通信等實(shí)現(xiàn)，無線通信方式主要由電力載波通信、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、微波通信、短波及超短波通信等實(shí)現(xiàn)。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，光纖通信、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信在水電廠通信領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

二、水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)和通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)和通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則主要包括：（1）實(shí)用性及可靠性原則。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)工程中，首先考慮的是實(shí)用性和可靠性，遵循面向應(yīng)用、注重實(shí)效、急用先上、逐步完善的原則，以確保使用的技術(shù)及設(shè)備成熟可靠。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施工程中，應(yīng)該充分考慮系統(tǒng)的可靠性。（2）經(jīng)濟(jì)性原則。在完成系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，力爭用最少的投資，取得最大的效益。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型上，采用高性能價(jià)格比的方案和設(shè)備，不僅使資金的投入、產(chǎn)出比達(dá)到最大值，而且要降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本，以較低的人員與資金投入來維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（3）先進(jìn)性、成熟性與可擴(kuò)展性原則。在滿足實(shí)用性原則的基礎(chǔ)上，并結(jié)合水力發(fā)電廠的實(shí)際情況，選用先進(jìn)的設(shè)備、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)、綜合布線方式及多媒體控制技術(shù)，以適應(yīng)新世紀(jì)現(xiàn)代生產(chǎn)管理發(fā)展的需要。系統(tǒng)建設(shè)適應(yīng)行業(yè)發(fā)展，具有良好的可擴(kuò)展性，充分保證能夠?qū)⒔窈笤黾拥男略O(shè)備和新功能簡單方便地與原有系統(tǒng)相結(jié)合。（4）開放性和標(biāo)準(zhǔn)化原則。系統(tǒng)中所采用的布線設(shè)計(jì)、通信協(xié)議、系統(tǒng)設(shè)備及布線材料都符合國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和各類標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。充分利用不同網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，將它們有機(jī)地結(jié)合起來，為信息交換和設(shè)備互操作創(chuàng)造有利條件。（5）可維護(hù)性、可管理性原則。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型應(yīng)具備實(shí)施安裝方便、配置方便等特點(diǎn)，盡可能采用先進(jìn)的、直觀的管理手段，能夠合理配置、均衡和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。

三、水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

1 水電廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)表現(xiàn)為：（1）為了防止對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的不正當(dāng)利用，在進(jìn)入監(jiān)控分控系統(tǒng)時(shí)設(shè)置了各自的身份驗(yàn)證，只有通過了身份驗(yàn)證方可對(duì)各項(xiàng)功能進(jìn)行操作。系統(tǒng)中，我們?cè)O(shè)置系統(tǒng)管理員具有最高管理權(quán)限，可以對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行授權(quán)，只有經(jīng)過授權(quán)的分控點(diǎn)才可對(duì)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視和控制。采用此辦法，便可根本杜絕利用監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行的一切不正當(dāng)行為。（2）加強(qiáng)系統(tǒng)電源的管理，建議在主控中心統(tǒng)一為攝像機(jī)提供電源，以防止人為前端斷電。同時(shí)可考慮為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一配備UPS不間斷電源，保證在斷電的情況下不影響監(jiān)控系統(tǒng)正常工作。（3）數(shù)字錄像的安全性策略。采用數(shù)字智能型控制主機(jī)具有掉電重啟功能，以及權(quán)限設(shè)置、數(shù)據(jù)備份和視頻丟失報(bào)警等功能。可對(duì)16路圖像源任意授權(quán)，實(shí)施數(shù)字監(jiān)控和錄像。當(dāng)前端設(shè)備遭破壞致使視頻圖像丟失時(shí)，系統(tǒng)會(huì)有報(bào)警提示，通知使用者出現(xiàn)錯(cuò)誤的圖像源等信息，并指導(dǎo)使用者進(jìn)行設(shè)備調(diào)整；另外，系統(tǒng)還可設(shè)置視頻移動(dòng)感知報(bào)警，當(dāng)監(jiān)視畫面上出現(xiàn)物體移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)也有報(bào)警提示，通知使用者出現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域有移動(dòng)物體，提醒使用者注意該物體是否為非法入侵；

2 水電廠通信系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)。水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)由站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)動(dòng)通信接口等組成。（1）站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)。基于以太網(wǎng)優(yōu)越的綜合性能及在工業(yè)控制領(lǐng)域運(yùn)用中高占有率，水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)選用以太網(wǎng)為基礎(chǔ)構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用分層分布的體系，站用層使用100M以太網(wǎng)，間隔層使用10M以太網(wǎng)。均采用集線器（交換機(jī)）的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，傳輸介質(zhì)根據(jù)需要選擇雙絞線或光纖。現(xiàn)地層的保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、自動(dòng)裝置等具備以太網(wǎng)接口的設(shè)備直接接入現(xiàn)地層以太網(wǎng)，其它分布布置的智能設(shè)備通過規(guī)約轉(zhuǎn)換器、測(cè)控裝置或低壓保護(hù)裝置轉(zhuǎn)接入現(xiàn)地層以太網(wǎng)。根據(jù)設(shè)備所屬區(qū)域連接到適當(dāng)?shù)默F(xiàn)地層集線器（交換機(jī)）。然后再將所有現(xiàn)地層集線器（交換機(jī)）接入站用層集線器（交換機(jī)）。水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)還使用TCP/IP通信規(guī)約棧，在保證傳輸效率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了整個(gè)通信系統(tǒng)的健壯性和兼容性。（2）遠(yuǎn)動(dòng)通信接口。水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)利用專門的通信服務(wù)器完成變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和各種外部網(wǎng)絡(luò)的互連，可以收集變電站內(nèi)所有保護(hù)、測(cè)控、IED裝置的信息，使用各種標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約以一對(duì)多的方式進(jìn)行發(fā)送，并對(duì)各上位機(jī)下達(dá)的各種控制命令進(jìn)行分析后發(fā)往對(duì)應(yīng)的設(shè)備正確執(zhí)行。系統(tǒng)通信服務(wù)器在軟件上兼容多種廠商/國家/國際的遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約，也能在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)使用者特殊的規(guī)約要求。另外ZR3000型系統(tǒng)在硬件上提供多種通信接口方式，不僅兼容目前各種調(diào)制解調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的模擬通信，還能以高達(dá)64Kbps的通信速率接入各種數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，也可通過標(biāo)準(zhǔn)的10M以太網(wǎng)口和外部通信，基本上能夠適應(yīng)將來一段時(shí)間內(nèi)電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展。

結(jié)束語：

綜上所述，水電廠自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)和通信系統(tǒng)的主要工作是監(jiān)視和控制輸水發(fā)電系統(tǒng)、水力機(jī)械設(shè)備及系統(tǒng)、電氣設(shè)備及系統(tǒng)、泄洪閘門，水工建筑物等，確保水電廠的安全高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因襲必須加強(qiáng)對(duì)其安全設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

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