談水電站電氣二次及通信系統(tǒng)設(shè)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(shè)過程中，給予二次設(shè)計的目的，即提高水電工程運行安全系數(shù)，提高電力資源的生產(chǎn)效率，二次設(shè)計中，主要包括計算機監(jiān)控、繼電保護、勵磁、直流電源、通信等結(jié)構(gòu)，設(shè)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(zhì)量，減少一些故障現(xiàn)象的產(chǎn)生，真正為社會的發(fā)展提供動力。但設(shè)計工作中涉及的元素眾多，為了能更好的開展二次設(shè)計，實現(xiàn)通信系統(tǒng)的可靠應(yīng)用，則需要設(shè)計人員加強對設(shè)計要點的了解。

1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的合理設(shè)計

1.1 自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

作為計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的重要組成部分，自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計極為關(guān)鍵，為滿足功能性要求，該系統(tǒng)主要設(shè)計為分布式結(jié)構(gòu)，有功能層、數(shù)據(jù)層等。系統(tǒng)控制部分分為廠站層、現(xiàn)場控制單元2 層，系統(tǒng)連接依靠局域網(wǎng)絡(luò)，采用寬帶連接，其寬帶頻率可以達到100Mbps。針對其數(shù)據(jù)庫而言，主要包含全廠數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫這兩方面。而不同的數(shù)據(jù)庫單元則會被分在LCU之中，可以發(fā)揮出不同單元的功能作用。這與各個節(jié)點的系統(tǒng)功能有關(guān)，由于其節(jié)點功能的存在，使得相關(guān)指令得以被執(zhí)行，通信和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)二者之間被有效連接。針對現(xiàn)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(jié)構(gòu)的應(yīng)用有關(guān)，其中的冗余模件可以提供切換擾動的功能。

1.2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計也是重點設(shè)計環(huán)節(jié)，在該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)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(jiān)控的效果。就主控級而言，它主要作為實時監(jiān)控中心而存在，負責(zé)實時監(jiān)視與控制重要的機電設(shè)備等，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的有效管理，方便推進自動化建設(shè)。另一方面，單元控制級而言，功能在于生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集，同時針對采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、調(diào)節(jié)以及通信聯(lián)絡(luò)等。這些功能的共同作用，使得計算機監(jiān)控系統(tǒng)得以完善，充分發(fā)揮出該系統(tǒng)設(shè)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(xiàn)遠程控制，其通信媒介為光纖設(shè)備。另外，為了確保自動化控制系統(tǒng)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(tǒng)中，還設(shè)置了一套單獨的監(jiān)控系統(tǒng)，其中包括緊急停機按鈕、緊急關(guān)閉水閥門按鈕等。

2 繼電保護系統(tǒng)設(shè)計

2.1 發(fā)電機的保護設(shè)計

發(fā)電機系統(tǒng)是較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組合，因此，數(shù)字保護設(shè)計中，采用盡量細化的保護模式，提升發(fā)電機的運行安全系數(shù)。（1）發(fā)電機的縱差保護，主要是對發(fā)電機的解列、停機、跳滅磁開關(guān)故障的保護，當以上任何一種故障現(xiàn)象發(fā)生時，保護系統(tǒng)都會啟動消防控制系統(tǒng)。（2）裂相橫差的保護，對于比率差動的發(fā)電機而言，其定子相間出現(xiàn)短路、定子匝間短路、分支斷線故障時，保護系統(tǒng)則會啟動。（3）單元件的橫差保護，基于電流比率制動的發(fā)電機，出現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部雜間短路、相間短路時，消防控制系統(tǒng)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(xiàn)接地故障，保護系統(tǒng)直接作用于停機。（5）定子過壓保護，定子繞組出現(xiàn)異常電壓時，保護系統(tǒng)會啟動，作用于解列、滅磁，形成系統(tǒng)的保護。（6）定子負荷過載時，保護系統(tǒng)會自動啟動，形成保護作用。

2.2 變壓器保護設(shè)計

水電站繼電保護系統(tǒng)設(shè)計過程中，變壓器保護設(shè)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(guān)方面應(yīng)當做好市場調(diào)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(cè)接地保護等，通過采取這樣的配置設(shè)計方式，可以達到預(yù)期變壓器保護效果，促使繼電保護器正常安全運轉(zhuǎn)。

3 直流系統(tǒng)設(shè)計

直流系統(tǒng)設(shè)計過程中，要求設(shè)計者充分考量電源系統(tǒng)與電壓等級，一般而言，電壓等級為220V，水電站至少應(yīng)該配備一套直流電源系統(tǒng)，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(tǒng)而言，工作人員采取的是單母線分段接線方式。在實際設(shè)計過程中，每段母線上都應(yīng)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(shè)置相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。如果出現(xiàn)充電設(shè)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(zhuǎn)移，進而提供后續(xù)供電服務(wù)。就直流系統(tǒng)的應(yīng)用而言，應(yīng)當與相關(guān)接口進行有效連接，將數(shù)據(jù)信息送到監(jiān)控系統(tǒng)中，方便進行檢測與判斷，維持整體系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

4 水電站二次設(shè)計中自動化系統(tǒng)的設(shè)計要點分析

首先，對于自動化系統(tǒng)的控制來看，非專業(yè)人員也可以給予控制，這可能造成系統(tǒng)運行中的相關(guān)問題產(chǎn)生。對此，為了避免系統(tǒng)中的人為操作故障產(chǎn)生，設(shè)計工作中，結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)，應(yīng)加強操作人員的身份驗證，避免相關(guān)誤操作現(xiàn)象發(fā)生。其次，對于自動系統(tǒng)的運行而言，還應(yīng)充分考慮電源的可靠性，防止系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)一些問題，真正確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)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(zhì)量外，設(shè)計人員還可以在系統(tǒng)設(shè)置電源控制驗證身份的方法，進一步提升電源的穩(wěn)定性。另外，基于電源對于系統(tǒng)運行的重要性，設(shè)計工作中，設(shè)計人員還應(yīng)設(shè)計科學(xué)的備用電源，這便能夠在突然斷電情況下，給予系統(tǒng)提供持續(xù)的電源，減少一些故障的問題的產(chǎn)生。最后，設(shè)計工作中，設(shè)計人員還注重監(jiān)控錄像的設(shè)計，注重錄像設(shè)備的持續(xù)、穩(wěn)定設(shè)計，這便利于時刻監(jiān)控一些故障產(chǎn)生的原因，形成系統(tǒng)運行控制的安全保障。

5 通信系統(tǒng)設(shè)計

5.1 電力通信系統(tǒng)

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(yīng)用于水電站二次設(shè)計環(huán)節(jié)中。通過合理設(shè)計這兩種方式，能夠提升通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性，利于系統(tǒng)的可靠運行。對于電力通信系統(tǒng)的施工建設(shè)而言，需要安裝一套電力載波、濾波設(shè)備，確保系統(tǒng)通信的可靠、穩(wěn)定，與此同時，還應(yīng)建設(shè)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(jié)合，發(fā)揮出電力通信系統(tǒng)的功能與作用。

5.2 電站的內(nèi)部通信設(shè)計

電站內(nèi)部通信中，可以設(shè)置一套容量為256 線的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，結(jié)合行政通信系統(tǒng)，這樣便能夠方便站內(nèi)的通信，將調(diào)度與行政通信連接，則可以實現(xiàn)同時通信。此外，針對站內(nèi)而言，也需要進行通信系統(tǒng)的設(shè)計，該系統(tǒng)設(shè)計過程中，可以嘗試使用2 套調(diào)度臺、1 套數(shù)字錄音設(shè)備、500 回線的音頻配線柜等設(shè)備等，進而實現(xiàn)內(nèi)部通信質(zhì)量的提升。

5.3 通信系統(tǒng)的設(shè)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(guān)鍵，對此，通信系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)著重對系統(tǒng)的安全給予科學(xué)合理的設(shè)計。通信過程中，是基于以太網(wǎng)進行通信，因此，通信系統(tǒng)的安全保護設(shè)計中，應(yīng)加強對以太網(wǎng)的保護，從水電站的整體布局來看，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用分層體系，間隔層應(yīng)采用10Mbps 的以太網(wǎng)。為了確保通信的可靠性看，設(shè)計人員應(yīng)盡量在間隔層采用光纖傳輸。為了保障自動化監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定通信，應(yīng)單獨設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)的通信服務(wù)器，這樣便利于對自動化系統(tǒng)的監(jiān)督控制，有效收集信息。單獨服務(wù)器的設(shè)計形式，則能夠采用多種標準通信方法通信，提高通信的質(zhì)量，也可以傳輸相關(guān)指令，實現(xiàn)對健康系統(tǒng)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(zhí)行速度，利于系統(tǒng)的運行穩(wěn)定、安全。

5.4 視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計

通常而言，視頻監(jiān)視系統(tǒng)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(wù)器、攝像頭、顯示器等設(shè)備的應(yīng)用，可以實現(xiàn)視頻的數(shù)字化監(jiān)控，還能呈現(xiàn)出高清、網(wǎng)絡(luò)化的特點，減少多余的人員進行值守。

6 結(jié)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(wěn)固運行，勢必利于提高人們的生活質(zhì)量，推動社會的進步。隨著時代的發(fā)展，水電站的運行過程中，給予二次設(shè)計，使其與現(xiàn)代自動化控制技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、通信技術(shù)結(jié)合，不僅能夠形成水電站生產(chǎn)發(fā)展過程中的監(jiān)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(chǎn)效率，造福于社會。