某水电站电气二次监控及保护的配置问题探讨

【摘要】主要针对水电站电气二次监控及保护的配置问题进行探讨，在分析系统的设计原则的基础上，结合实际情况，重点分析了监控系统结构要求及厂站层设备配置要求，希望本文能够对于相关的水电站电气设备安装起到一定借鉴作用。

【关键词】水电站；电气设备；电气二次监控；监控系统

1、系统的设计原则

此发电站装机台数为4台，总装机容量为32MW，为引水式电站，主要以发电为主，其中机组为混流式水轮发电机组。其中，110kV为出线电压等级，一回出线，一回备用。按照无人值班的运行方式来设计此二级水电站计算机监控系统。

第一，为确保系统的高度可靠性，采用冗余技术，或者是双重化设计技术在电站安全运行密切相关设备中，按照相关的技术标准和规定，各项技术性能指标都能达到要求，包括DL/T5065-1999《水力发电厂计算机监控系统设计技术规定》、DL/T578-95《水电站计算机监控系统基本技术条件》等，其中选择要求比较高的MTBF指标，高可靠性要求可以从单机、部件，以及系统等多个层次进行有效保证；第二，采用最为先进的计算机软件、硬件和相关的网络技术，要求能够达到国内同类型的较为先进的计算机监控水平。无人值班（或少人值守）能够在系统投入使用以后，有条件的达到；第三，全站的控制操作具有灵活、方便和简洁的特点，具有较强的人机接口功能；第四，具有比较强的抗干扰能力，要求实时性能比较强，满足电站的现场环境的使用需求；第五，在现实电站监控系统与电子式电能表的通信时，统一采用IEC-60875-104标准，满足全站的电能表实现精确采集、管理及统计的要求；第六，在进行系统中的设备选型中，考虑到计算机发展趋势的要求，软件和硬件的选择则是采用结构化、模块化的设计，有利于扩充硬件设备，以及相关扩展系统规模的要求；第七，对于现地机组PLC来说，能够实现与保护装置、调速器、励磁系统和辅助设备进行通信的功能，监控系统应该主动配合和支持这一功能；第八，在监控系统中，电站监控系统能够包括把机组联系紧密的辅机系统等包括进去，对于独立控制器组成的辅机控制系统，也能够具备相关的联网能力。

2、监控系统结构要求

全分布开放式网络控制系统则为二级电站所采取的形式，其中，此系统分为两层，主要有现地控制单元层和站级控制层。为了使得高可靠的网络系统构成成为可能，采用以太网总线连接两层。在高性能的网络交换机帮助下，可以有效连接网络通信，通过光纤连接LCU与交换机，具备比较好的抗电磁干扰能力，还具有比较高的传输速率。

3、厂站层设备配置要求

3.1系统主机兼操作员工作站

具有两套系统操作员工作站，能够利用互为热备用方式而进行工作，能够管理整个电站的计算机监控系统，还包括相关的在线及离线计算、数据库管理、AGC/AVC计算和处理等，能够实现整个电站的闭环控制以及运行监视问题，并且进行操作命令的相关操作，包括相关的故障信号的分析处理以及各种图表曲线的生成等功能。

3.2网络设备

分析系统所选用的网络设备，主要有2套网络交换机，24个相关的10/100M RJ45以太网接口都在每一套的网络交换机上进行配备，另外，通过8类屏蔽双绞线来实现上位机系统各控制系统、设备与网络交换机间的通信，与网络交换机相连的各现地控制单元LCU的通信介质则为光纤，这样能够有效使得网络系统的现场抗干扰能力得到增强。

还配备有相关的光纤收发器、光纤及固定盒、配置标准网络柜、以及相关的固定箱等辅助设备。具体分析如下，包括2台，具有24口以上的，100MB交换机；200m长的超五类网络电缆；800m的多模光纤；200m的超五类网络电缆；以及光纤接头及接头消耗材料等。

3.3智能式电度表

智能式电子式电度表则会在电站计量系统中采用，借助RS485串口，电度表和开关站/公用LCU进行串行通信，电度表输出的各种电度信号能够得以采集。正、反向及分时的有功、无功电度都能够在监控系统上进行显示，在一块电度表屏上安装全电站的12只电度表，其参数满足系统要求。

3.4现地层设备配置要求

这里主要存在有现地控制单元（LCU）5套。其中LCU1-LCU4为4套机组，LCU5则为公用及升压站设备LCU。监控对象的数据采集、相关的数据预处理这些都是由LCU所完成，具有把数据信息向网络进行传送的功能，对于调度层上位机的命令和管理进行自动服从。同样，调价操作、控制以及监视的相关功能也在LCU中所具备，能够在配备相关的指示元件和现地操作按钮的基础上，满足实现必要的控制和监视功能，依然可以在上位机系统脱机情况下而实现。全站共4套LCU，每台机组都配置一套在发电机层机组的机旁，在中控室布置公用的LCU。

3.5计算机监控系统功能

3.5.1监控系统功能概述

分析此电站的计算机监控系统中无人值班设计要求，其具体的需要实现的基本功能包括以下几个方面：现地控制层主要实现的功能包括：实时控制和调节、安全运行监视、数据采集及处理、数据通信、事件顺序检测以及系统自诊断等；电站的运行方式主要包括三种：现地自动方式、厂站级远方自动方式和上级调度中心远方自动方式；通过设置相关必要的必要的硬件和软件在电站计算机监控系统中，让操作人员闭锁无控制权的控制设备，实现了选择控制权在各控制层之间由运行人员进行有效选择。要求计算机监控系统对于被控对象的安全监视和控制过程，具有准确、迅速、有效特点。相关的安全运行监视、实时控制和调节、屏幕显示、数据采集和处理以及相关的事故处理指导和恢复操作指导都能在电站控制层得以实现，还包括相应的文件打印、键盘操作、数据通信、系统诊断、电站设备运行维护管理以及软件开发及培训等方面功能。

3.5.2电站控制层功能

（1）数据采集与处理。电站主要设备的运行状态以及相关的运行参数都能够被系统及时进行采集，能够进行相关的处理，通过实时数据库相关技术，实现各种计算、控制功能，进行相关的计算机系统的实现画面显示等。电站各自的现地LCU装置能够完成现场的各种数据的采集，包括相关的PLC装置、LCU上的交流采样装置等。通过进行相关的扫查投入与退出，能够对于所有采集的数据点进行处理，更好适应于现场的运行情况，能够人工修改其参数限值。对于坏点的处理，采用人工设定值取代采集值方式进行处理。模块主要有一般开关量的采集与处理、模拟量的采集与处理、SOE（事故顺序记录）开入模块以及中断开关量的采集与处理等几个部分。

（2）安全运行监视

计算机监控系统的重要功能就是进行安全监视，电站各类设备的运行状态和参数能够被计算机系统进行实时监视，计算机系统对于其发生的异常运行状态，或者是超过设定限值的情况进行及时的报警，告知值班运行人员进行处理。对于安全运行监视来说，主要包括内容则有监控系统异常监视、趋势分析、状态变化监视、过程监视、越限检查等。

4、结束语

本文主要对于水电站的电气二次系统进行优化设计和改造，进一步完善其系统功能，在监控、测量和保护方面实现电气设备的二次保护、运行管理、投运工况和通信调度等方面的要求，使得工作量得以大大减少，系统的运行安全性和可靠性大大增强，满足实现减人增效的目的。

参考文献

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[2]李柏瑾，陈寅其.思林水电站控制与保护设计[J].水利水电技术，2013，（8）.