中小型水电站电气二次监控及保护配置问题探讨

中小型水电站电气二次监控及保护配置问题探讨

林岳

广东梅雁吉祥水电股份有限公司

摘要：中小型水电站作为地方电力的重要来源，保证其运行状况和发电效率极为重要。在进行水电站优化运行时，必须要结合水电站的实际情况，严格遵循相应的优化原则，不断改进运行程序，以确保水电站的运行管理水平，提高其经济效益。本文遵循系统设计的原则，并且从实际情况出发，对中小型水电站电气二次监控及保护配置问题进行了探讨，以期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；二次监控；保护配置

1、水电站二次监控系统的设计原则

目前我国水电站的监控系统一般采用计算机进行监控，在计算机监控系统下，水电站电气的值班人员一般较少，对于精度较高的监控系统，也可以采取无人值班的运行方式。水电站电气的二次监控系统一般由以下几个方面的设计原则。

①监控系统中，一般采用最新型的计算机系统和网络技术，整个水电站的监控系统要有顶尖的系统设置和监控配置，以便实现对电气的全面精准监控，在这种计算机监控系统应用到整个水电站中后，全站的运行管理不需要值班人员进行值班，在对于某些较为重要的部分，可以有少量的值班人员进行现场监管，这样极大的节约了水电站的人工成本，并且可以避免因为人员在值班过程中的操作失误而对水电站造成影响[1]。

②为了保证整个监控系统的可靠性，一般在关系到水电站正常运行的电气设备或系统中采用双重化设置和冗余技术，并且要求这些技术的各项技术性能达到国家所规定的要求，对于其中要求较高的规定，比如MTBF指标，这种指标的要求要从单机、部件和整体系统等多个方面保证其有效程度，以此来确保系统运行的高度可靠。

③监控系统的配置和设备的选择要符合计算机网络技术发展迅速的特点，在计算机监控系统中，其结构设计要采用模块式的结构设计，这样的结构设计避免因为计算机网络技术的加快，从而导致水电站的系统配置达不到先进的水平，把整个设备的系统配置的软件和硬件进行结构分类的话，可以结合最新的计算机网络技术，对系统的硬件进行设备扩充，也可以对系统的规模进行扩大，这样可以保证水电站电气监控系统始终处于领先水平。

④为了保证水电站监控系统能够在水力发电中正常运行，就需要整个系统拥有较高的抗干扰能力，能够满足水电站现场环境的使用需求，这一点在水电站的监控系统中是及其重要的。

⑤整个监控系统的操作规程不能太过于复杂，操作控制要具有简单方便的特点。对于人与计算机之间进行数据信息交换的设备接口，要保证具有较强的功能，能够满足对工作人员水电站中信息的转换和控制。

⑥在水电站中与各种机组设备有着紧密联系的辅机系统要按照其具体的功能直接介入到监控系统中，这样能够保证监控系统的可靠性和准确性，便于对整个水电站的设备机组进行直接的监控，保证水电站的正常运行，也可以使水电站的监控系统具有与由独立控制器组成的辅机控制系统联网能力，这样也可以保证在计算机网络监控系统中与各个机组的系统保持一致性[2]。

⑦在如今的水电站控制系统中，一般采用现地机组远程PLC远程控制系统，这样可以实现对水电站中各个设备的远程控制，通常PLC系统要与调速器、设备的保护装置和辅助装置进行通信，而在监控系统的设计中，要考虑到这些设备的通信问题，并且主动与之配合。

⑧在水电站的监控系统和电子式电能表进行通信的时候，要采用统一的IEC-60875-104标准，这样可以实现整个水电站的电能表精确采集管理的目的，保证水电站的经济效益和管理要求。

2、水电站监控系统的结构要求

在水电站中应该采用全分布开放式网络控制系统，这种网络控制系统是一种全模块化的软件体系结构，在这种网络控制系统中，可以实现设备与系统之间进行信息的传送和分析，保证水电站设备的正常运行和监控的全面性，而且对于不同型号但功能相似的设备可以实现相互替换，这种系统具有可增删性，整个系统并不是一个完全封闭的系统，而是保证系统功能模块化，可以随意的增加或者删除各种功能模块，实现了信息的同步。所以说，这种全分布开放式网络控制系统特别适合水电站监控系统，这种系统主要分为两个方面：站级控制层和现地控制单元层，这两层之间通过网络的连接，建立起一个简单可靠的的网络系统，这样的网络系统之间的通信采用性能较高的网络交换机进行连接，可以保证信息的传输速度，使监控系统能够及时接受到设备中所返回的信息，另外，LCU与交换机之间的网络介质为光纤，这种网络介质拥有良好的抗电磁干扰能力，可以保证水电站的监控系统能够在各种环境下对水电站的设备进行实时的准确监控[3]。

3、水电站设备配置要求

水电站的配置应分为系统主机和操作员工作站两个方面，其中以系统主机为主，以操作员工作站为辅，这样的两套操作系统，能够过整个水电站进行全方位的管理，其中的管理内容主要包括数据的计算、数据的管理、AVC的计算和处理，保证对整个水电站中运行设备的控制，加强了水电站对电气设备的运行监控，在监控的过程中根据相应的情况进行操作命令的发布，对电气设备在运行工程中出现的问题信号进行数据的分析处理，同时生成相应的图标曲线，方便工作人员对设备的管理。

网络设备。网络设备是水电站所配置设备中的主要设备，由计算机网络连接的监控系统对整个水电站的相关设备进行运行监管，这些网络设备的选择包括网络交换机和网络接口，这些相关的网络接口都在每一套的网络交换机上进行配备，上位机系统对各控制系统和网络交换机之间的通信可以通过双绞线来实现，用光纤来连接网络交换机与控制单元LCU，这样不仅能够提高信息传输的速度，并且能够提升整个水电站监控系统的现场抗干扰能力，有效保证了监控系统的正常运行。除了网络交换机和网络接口外，其他的网络设备还包括光纤收发器和其他的一些辅助设备，这些设备能够保证光纤的正常传输。

现地层设备的配置要求。现地层的设备配置主要是LCU，LCU又叫做现地控制单元，主要的作用是对监控系统中监控对象的数据进行采集、分析和计算，而且可以把相关的数据信息传送至网络，自动服从调度上位机的命令操作和管理，并且LCU还能够实现控制和监视的功能，这样的功能可以在调度上位机脱机的情况下使用，作为一种功能强大、应用广泛的现地控制系统的主要部分，在水电厂计算机监控系统中起到了较大的作用，LCU主要的控制对象为电厂的发电设备、电厂中的开关站、公共辅助设备和闸门，LCU一般在发电站的生产设备附近配置，在现场对被控制的对象进行实时的监控和控制，在水电站计算机监控系统中属于比较底层的控制系统[4]。

4、计算机监控系统的功能

目前大部分的水电站都应用了计算机监控系统，并且在对电气设备进行监控的过程中，一般没有工作人员值班或者有较少的工作人员值班，所以，计算机监控系统的主要功能要实现以下几个方面：对水电站的电气设备进行实时的控制和调节、采集设备在运行过程中的信息数据并对其进行分析处理、安全运行监控、数据的传输和监控系统的自主诊断等，这些功能可以保证水电站电气设备的正常运行。

工作人员可以根据水电站的具体运行方式来对计算机监控系统中的相关软件进行设置，关闭没有控制权的电气设备，这样可以由工作人员来选择各控制层的控制权。这样的计算机监控系统需要具备准确、及时和有效的特点，这样才能对水电站的电气设备进行准确有效的控制，保证水电站的正常运行。

水电站的控制层功能。水电站的控制功能主要分为两个部分：数据的采集处理和安全运行监视。首先是数据的采集处理方面。水电站控制层能对水电站中主要设备的运行状态和运行参数进行采集，这些采集的信息数据能够进行相关的分析处理，这些数据可以通过图表等相关方式展现出来，工作人员能够通过这些数据了解设备的运行情况。在水电站现场的LCU可以对所控制的电气设备进行数据的采集，这些数据包括设备的远程控制系统等，现场的LCU可以把所采集到的数据通过光纤传输至控制层，这样可以对水电站现场的设备数据有一个整体的分析处理，更好的适应现场设备的运行情况，工作人员可以对设备运行的参数进行调整；安全运行监视是计算机监控系统中最为重要的部分，对于水电站中的各类电气设备的运行参数都可以通过计算机监控系统来进行实时监控，通过工作人员设置的参数上下限，来判断设备运行是否正常，设备在运行过程中若出现异常状态，或者其运行的参数超过设置的上限的时候，计算机监控系统会及时的发出警报，工作人员可以通过警报掌握发生故障设备的位置，然后对其进行故障排除，保证水电站的正常运行。安全运行监视主要包括电气设备的异常监控、状态变化监视和越限监视等方面内容，在最大程度上保证了电气设备的正常运行。

5、结束语

水电站的二次监控和保护配置是保证水电站能够正常运行的基础，通过计算机监控系统对各个设备的数据参数进行采集、分析处理，实现了对电气设备的二次保护、管理和控制，因计算机监控系统的准确性和及时性等特点，保证了水电站系统的正常运行，减少了人力资源的使用，提高了工作效率。人们要对水电站的二次监控系统进行不断完善和改进，使其越来越成熟，推动水电站的快速发展。

参考文献：

[1]李建.某水电站电气二次监控及保护的配置问题探讨[J].信息技术，2014（03）：117.

[2]周业荣，严映峰，宋柯，等.瀑布沟水电站电气二次系统总体设计介绍[J].水电站机电技术，2010（06）：29.

[3]叶雄兵.莲阳桥水电站电气二次设计探讨[J].广东水利电力职业技术学院学报，2013，11（2）：05.