談水電站電氣二次及通信系統設計要點

何含芳

（資興市浙江水電站，湖南 資興423408）

水電站的建設過程中，給予二次設計的目的，即提高水電工程運行安全系數，提高電力資源的生產效率，二次設計中，主要包括計算機監控、繼電保護、勵磁、直流電源、通信等結構，設計人員給予以上元素有機組合，則能夠大為提升工程的運行質量，減少一些故障現象的產生，真正為社會的發展提供動力。但設計工作中涉及的元素眾多，為了能更好的開展二次設計，實現通信系統的可靠應用，則需要設計人員加強對設計要點的了解。

1 計算機監控系統的合理設計

1.1 自動化控制系統設計

作為計算機監控系統中的重要組成部分，自動化控制系統結構的設計極為關鍵，為滿足功能性要求，該系統主要設計為分布式結構，有功能層、數據層等。系統控制部分分為廠站層、現場控制單元2 層，系統連接依靠局域網絡，采用寬帶連接，其寬帶頻率可以達到100Mbps。針對其數據庫而言，主要包含全廠數據庫與歷史數據庫這兩方面。而不同的數據庫單元則會被分在LCU之中，可以發揮出不同單元的功能作用。這與各個節點的系統功能有關，由于其節點功能的存在，使得相關指令得以被執行，通信和系統網絡二者之間被有效連接。針對現場地面控制器單元而言，其功能作用也較為凸顯，這與單控制器結構的應用有關，其中的冗余模件可以提供切換擾動的功能。

1.2 計算機監控系統設計

計算機監控系統設計也是重點設計環節，在該系統結構設計過程中，主要可以分為主控級和單元控制級這兩級，通過加強這兩級的控制，能夠起到監控的效果。就主控級而言，它主要作為實時監控中心而存在，負責實時監視與控制重要的機電設備等，從而實現系統的有效管理，方便推進自動化建設。另一方面，單元控制級而言，功能在于生產過程中的數據采集，同時針對采集的數據進行預處理、調節以及通信聯絡等。這些功能的共同作用，使得計算機監控系統得以完善，充分發揮出該系統設計的實際效果。此外，對于遠程控制，主要采用將遠程I/O 硅與本地控制柜相連，實現遠程控制，其通信媒介為光纖設備。另外，為了確保自動化控制系統的運行安全，且能夠在存有事故時快速停機，機組本地控制系統中，還設置了一套單獨的監控系統，其中包括緊急停機按鈕、緊急關閉水閥門按鈕等。

2 繼電保護系統設計

2.1 發電機的保護設計

發電機系統是較為復雜的結構組合，因此，數字保護設計中，采用盡量細化的保護模式，提升發電機的運行安全系數。（1）發電機的縱差保護，主要是對發電機的解列、停機、跳滅磁開關故障的保護，當以上任何一種故障現象發生時，保護系統都會啟動消防控制系統。（2）裂相橫差的保護，對于比率差動的發電機而言，其定子相間出現短路、定子匝間短路、分支斷線故障時，保護系統則會啟動。（3）單元件的橫差保護，基于電流比率制動的發電機，出現系統內部雜間短路、相間短路時，消防控制系統會自動啟動。（4）定子接地保護，基于三次諧波差動原理的定子而言，繞城出現接地故障，保護系統直接作用于停機。（5）定子過壓保護，定子繞組出現異常電壓時，保護系統會啟動，作用于解列、滅磁，形成系統的保護。（6）定子負荷過載時，保護系統會自動啟動，形成保護作用。

2.2 變壓器保護設計

水電站繼電保護系統設計過程中，變壓器保護設計是不得不考量的重要部分，為確保變壓器保護裝置的正常使用，有關方面應當做好市場調研工作，并合理進行變壓器保護裝置的采購。一般而言，變壓器保護裝置的配置部件較多，主要包含主變差動、瓦斯、油溫與母線低壓側接地保護等，通過采取這樣的配置設計方式，可以達到預期變壓器保護效果，促使繼電保護器正常安全運轉。

3 直流系統設計

直流系統設計過程中，要求設計者充分考量電源系統與電壓等級，一般而言，電壓等級為220V，水電站至少應該配備一套直流電源系統，從而起到供電作用。針對其中的蓄電池而言，可以使用閥控式密封鉛酸蓄電池，在事故放電一小時的情況下，蓄電池容量還留有500Ah，滿足其使用要求。針對其直流系統而言，工作人員采取的是單母線分段接線方式。在實際設計過程中，每段母線上都應增添1 套充電裝置、1 組蓄電池，同時注意在直流母線之間設置相應的聯絡開關。如果出現充電設備故障情況，或者是電池耗盡情況等，該段母線的直流符合則會被轉移，進而提供后續供電服務。就直流系統的應用而言，應當與相關接口進行有效連接，將數據信息送到監控系統中，方便進行檢測與判斷，維持整體系統的正常運轉。

4 水電站二次設計中自動化系統的設計要點分析

首先，對于自動化系統的控制來看，非專業人員也可以給予控制，這可能造成系統運行中的相關問題產生。對此，為了避免系統中的人為操作故障產生，設計工作中，結合現代化技術，應加強操作人員的身份驗證，避免相關誤操作現象發生。其次，對于自動系統的運行而言，還應充分考慮電源的可靠性，防止系統運行過程中出現一些問題，真正確保系統的安全、穩固運行。為了能夠有效保障電源的可靠，除了確保線路連接質量外，設計人員還可以在系統設置電源控制驗證身份的方法，進一步提升電源的穩定性。另外，基于電源對于系統運行的重要性，設計工作中，設計人員還應設計科學的備用電源，這便能夠在突然斷電情況下，給予系統提供持續的電源，減少一些故障的問題的產生。最后，設計工作中，設計人員還注重監控錄像的設計，注重錄像設備的持續、穩定設計，這便利于時刻監控一些故障產生的原因，形成系統運行控制的安全保障。

5 通信系統設計

5.1 電力通信系統

實際上，電力通信方式有很多種，但是載波、光纖這兩種通信方式常被應用于水電站二次設計環節中。通過合理設計這兩種方式，能夠提升通信系統的穩定性，利于系統的可靠運行。對于電力通信系統的施工建設而言，需要安裝一套電力載波、濾波設備，確保系統通信的可靠、穩定，與此同時，還應建設線路保護裝置以及其他裝置等。針對近距離的通信，則可以利用載波通信，實施相地結合，發揮出電力通信系統的功能與作用。

5.2 電站的內部通信設計

電站內部通信中，可以設置一套容量為256 線的生產調度系統，結合行政通信系統，這樣便能夠方便站內的通信，將調度與行政通信連接，則可以實現同時通信。此外，針對站內而言，也需要進行通信系統的設計，該系統設計過程中，可以嘗試使用2 套調度臺、1 套數字錄音設備、500 回線的音頻配線柜等設備等，進而實現內部通信質量的提升。

5.3 通信系統的設計

通信過程的安全是重要因素，也是保證自動化運行可靠的關鍵，對此，通信系統的設計中，應著重對系統的安全給予科學合理的設計。通信過程中，是基于以太網進行通信，因此，通信系統的安全保護設計中，應加強對以太網的保護，從水電站的整體布局來看，系統網絡采用分層體系，間隔層應采用10Mbps 的以太網。為了確保通信的可靠性看，設計人員應盡量在間隔層采用光纖傳輸。為了保障自動化監控系統的穩定通信，應單獨設置監控系統的通信服務器，這樣便利于對自動化系統的監督控制，有效收集信息。單獨服務器的設計形式，則能夠采用多種標準通信方法通信，提高通信的質量，也可以傳輸相關指令，實現對健康系統的有效控制。另外，單獨控制方案，還有利于提高控制指令的執行速度，利于系統的運行穩定、安全。

5.4 視頻監視系統設計

通常而言，視頻監視系統會有主控站與分控站之分，其中還會安裝各種攝像頭。通過加強視頻服務器、攝像頭、顯示器等設備的應用，可以實現視頻的數字化監控，還能呈現出高清、網絡化的特點，減少多余的人員進行值守。

6 結論

綜上所述，水電站對人們的用電具有重要意義，水電站的安全、穩固運行，勢必利于提高人們的生活質量，推動社會的進步。隨著時代的發展，水電站的運行過程中，給予二次設計，使其與現代自動化控制技術、監控技術、通信技術結合，不僅能夠形成水電站生產發展過程中的監控，還有利于保障水電站的運行安全，提供可靠的電力。這便能夠加快水電站的進步，提升生產效率，造福于社會。