張 毅，王德寬，劉曉波，文正國

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

1 智能水電廠的發(fā)展現(xiàn)狀

水電廠計算機監(jiān)控、水情水調(diào)、繼電保護(hù)、在線監(jiān)測等自動化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，為水電廠智能化建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)，國內(nèi)水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要研發(fā)單位北京中水科水電科技開發(fā)有限公司等開展了水電廠智能一體化平臺和相關(guān)智能化高級應(yīng)用技術(shù)的研究開發(fā)工作，成都勘測設(shè)計研究院、西北勘測設(shè)計研究院、北京勘測設(shè)計研究院、昆明勘測設(shè)計研究院等設(shè)計單位也開展了智能化水電廠建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計工作。白山發(fā)電廠、松江河電廠、葛洲壩電廠、漫灣電廠及大渡河公司、五凌電力公司、清江公司、黃河水電公司等發(fā)電企業(yè)開展了智能化水電廠的規(guī)劃設(shè)計和試點實施工作。

水電廠智能化建設(shè)主要涉及如下兩方面內(nèi)容，一方面是建設(shè)全廠綜合一體化平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一管理功能以及系統(tǒng)互動、經(jīng)濟運行、優(yōu)化調(diào)度、設(shè)備狀態(tài)評估決策等智能應(yīng)用；另一方面是進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備的智能化改造，通過數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)互連互通，獲取更全面的設(shè)備狀態(tài)信息，為全廠一體化平臺和智能應(yīng)用提供支撐，同時減少硬接線解決現(xiàn)場傳感采集設(shè)備重復(fù)設(shè)置和干擾問題。

綜合調(diào)研情況分析，目前水電廠監(jiān)控、水情水調(diào)、保護(hù)測控、在線監(jiān)測等自動化系統(tǒng)一般是在不同時期由各專業(yè)廠家實施的，各系統(tǒng)通過各自的二次電纜與現(xiàn)場設(shè)備連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制，相互獨立，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)接口，現(xiàn)場總線等常規(guī)通信接口一般僅作為輔助連接方式。目前開展智能化建設(shè)試點研究的實施重點主要在全廠一體化平臺和智能化高級應(yīng)用功能上，其關(guān)注點在廠站層，基本繞開了難度較大的設(shè)備智能化改造和數(shù)字化，仍大量重復(fù)采用硬接線，離全廠數(shù)字化目標(biāo)還有較大差距。

試點電廠在進(jìn)行智能化改造時也在嘗試對LCU采用IEC61850 MMS標(biāo)準(zhǔn)接入，通過建立一體化平臺提供統(tǒng)一規(guī)范的通信接口服務(wù)，實現(xiàn)電廠各相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享、集中管理與綜合應(yīng)用。但除開關(guān)站外，智能化改造均基本限于廠站層與單元層，未涉及過程層網(wǎng)的建設(shè)，現(xiàn)地數(shù)字化程度仍較低，智能設(shè)備應(yīng)用未獲得突破，缺乏支撐全廠智能化應(yīng)用的完整設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致智能化研究和應(yīng)用的實施效果不甚理想。這主要是因為與變電站相比，水電廠所涉及的設(shè)備與系統(tǒng)更多更復(fù)雜，特別是缺少適合水電廠的IED設(shè)備，進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)的技術(shù)難度更大，同時水電廠智能化技術(shù)發(fā)展方向還缺乏共識，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范還不夠完善。

總體而言智能化在水電領(lǐng)域目前還處于試點探索階段，雖在全廠智能一體化平臺建設(shè)上取得了一定進(jìn)展，但遇到了較大的數(shù)字化難題?，F(xiàn)階段開展過程層數(shù)字化研究探索，加大水電廠智能化設(shè)備研制和現(xiàn)場設(shè)備智能化改造力度，切實解決水電廠傳感采集設(shè)備重復(fù)配置和信號干擾問題就顯得尤為重要。亟需通過數(shù)字化試點探索推動水電廠智能化研究與建設(shè)進(jìn)程，努力突破當(dāng)前困境并取得實效，充分發(fā)揮智能化建設(shè)的優(yōu)勢，為全廠一體化平臺及智能高級應(yīng)用提供更加有力的支撐，并為最終實現(xiàn)全數(shù)字化的智能水電廠提供技術(shù)基礎(chǔ)。

2 水電廠數(shù)字化概念及特點

目前智能化水電廠的概念比較模糊，缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識和被廣泛接受的明確定義，數(shù)字化則更加明確具體。我們認(rèn)為，數(shù)字化水電廠通過現(xiàn)場設(shè)備的智能化建設(shè)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)互連與數(shù)據(jù)共享，即所有數(shù)據(jù)從現(xiàn)場設(shè)備源頭開始即按統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)通信接口以數(shù)字化形式傳輸，設(shè)備間具有良好的互操作性。最顯著的特征是在單元層和過程層之間組建獨立的過程層網(wǎng)絡(luò)，逐步減少水電廠I/O硬接線和常規(guī)模擬量，而全數(shù)字化水電廠可能要在經(jīng)歷一個相當(dāng)長的數(shù)字化與I/O硬接線共存的過渡階段后才能最終實現(xiàn)。

數(shù)字化智能水電廠的主要特點如下：

（1）實現(xiàn)現(xiàn)地過程層設(shè)備的數(shù)字化互連

現(xiàn)地設(shè)備智能化程度高并建立過程層網(wǎng)絡(luò)，用通信光纜取代傳統(tǒng)的二次電纜。過程層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與智能設(shè)備一起將以其優(yōu)越的性能成為未來水電廠技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的方向。

（2）系統(tǒng)和設(shè)備遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

解決傳統(tǒng)水電廠各自動化系統(tǒng)和設(shè)備接口種類繁多，數(shù)據(jù)共享、互動困難的不利局面。雖然IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)在水電應(yīng)用還存在諸多不完善的地方，但它仍然是目前唯一可采用的通用標(biāo)準(zhǔn)。

（3）構(gòu)建全廠綜合一體化平臺

構(gòu)建全廠一體化平臺系統(tǒng)，在水電廠過程層數(shù)字化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)全廠各自動化系統(tǒng)信息的共享與互動、統(tǒng)一管理與綜合應(yīng)用，并為高級智能決策功能提供技術(shù)支撐。

（4）生產(chǎn)決策與設(shè)備管理的智能化

基于全廠一體化平臺開展數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)分析與智能高級應(yīng)用，實現(xiàn)生產(chǎn)決策支持與設(shè)備管理的智能化，有效提升電廠生產(chǎn)運行管理的智能化水平，提高設(shè)備故障診斷水平以及設(shè)備安全運行的可靠性，減少運行維護(hù)及檢修成本，全面提升經(jīng)濟效益。

3 水電廠數(shù)字化體系結(jié)構(gòu)

3.1 水電廠數(shù)字化總體架構(gòu)

根據(jù)目前我國水電廠運行方式，全廠各自動化系統(tǒng)采用分區(qū)、分層分布的總體架構(gòu)設(shè)計，由一系列具有特定功能的專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)有機集成構(gòu)成分層分布式系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)；數(shù)字化水電廠在物理上可分為兩類，即智能化的現(xiàn)地設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為“過程層”、“單元層”、“廠站層”3個層次，廠站層和單元層通過標(biāo)準(zhǔn)的廠站層網(wǎng)絡(luò)連接，單元層設(shè)備(包括機組LCU、開關(guān)站LCU、公用LCU)通過過程層網(wǎng)絡(luò)與過程層智能設(shè)備連接。

3.2 廠站層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

廠站層網(wǎng)絡(luò)采用分區(qū)部署的方案，即在系統(tǒng)安全I(xiàn)區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)中，分別部署廠站層網(wǎng)絡(luò)，通過統(tǒng)一規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)接口，接入本安全分區(qū)各系統(tǒng)，并通過網(wǎng)絡(luò)安全隔離設(shè)備實現(xiàn)與其他安全區(qū)系統(tǒng)的互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享。實現(xiàn)跨分區(qū)全廠信息的統(tǒng)一管理、共享與互動。

安全Ⅰ區(qū)廠站層網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有常規(guī)水電廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本相同，采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，安全Ⅰ區(qū)的所有服務(wù)器工作站均接入廠站層網(wǎng)絡(luò)，主要由采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、調(diào)度通信服務(wù)器、操作員站、廠內(nèi)通信服務(wù)器等組成，單元層的IED設(shè)備和系統(tǒng)根據(jù)需要均可直接接入廠站層網(wǎng)絡(luò)，包括順控PLC、測控、保護(hù)、調(diào)速、勵磁等。廠站層設(shè)備采用雙絞線接入，單元層設(shè)備均采用光纜接入。

廠站層通過提供IEC61850通信客戶端和服務(wù)器端功能接口模塊，實現(xiàn)IEC61850的抽象通信服務(wù)接口 (ACSI)以及MMS、GOOSE等應(yīng)用協(xié)議及其映射，采集匯總?cè)珡S的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全廠集中監(jiān)控及人機聯(lián)系功能。按與調(diào)度通信的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)動規(guī)約（IEC60870-5-104），將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送往調(diào)度或控制中心，并接收調(diào)度或集控中心有關(guān)控制命令，轉(zhuǎn)單元層、過程層執(zhí)行。

廠站層網(wǎng)絡(luò)除直接接入單元層IED設(shè)備和系統(tǒng)外，采集服務(wù)器可采用網(wǎng)關(guān)的方式，接入包括暫不支持IEC61850及不宜與廠站層網(wǎng)絡(luò)直接連接的系統(tǒng)。

3.3 過程層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

過程層網(wǎng)絡(luò)一般包括采樣值(SV)網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)和IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)對時網(wǎng)絡(luò)，目前過程層采樣值網(wǎng)（SV）和GOOSE組網(wǎng)方式主要有光纜點對點直接連接、交換機分別組網(wǎng)、合并組網(wǎng)等幾種方式。過程層網(wǎng)絡(luò)的典型報文主要有多播采樣值(SV)報文和通用面向?qū)ο笞冸娬臼录?GOOSE)報文，以及IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)對時報文。

采用光纜點對點直接連接方式IED設(shè)備需提供多個直連光纖網(wǎng)絡(luò)接口，除特殊使用要求外，一般不宜采用此方式。交換機分別組網(wǎng)方式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所需要的交換機數(shù)量較多，采用雙重化冗余配置時數(shù)量會成倍增加。過程層可采用共網(wǎng)方式，減少交換機數(shù)量?？紤]極端情況下對時報文會有上百毫秒的修正延時，智能設(shè)備時鐘同步宜采用IRIG-B碼進(jìn)行對時。

根據(jù)智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范中保護(hù)裝置采用“直采直連”的要求，合并單元應(yīng)以直連的方式給保護(hù)裝置傳輸采樣數(shù)據(jù)，對保護(hù)跳閘網(wǎng)絡(luò)須采用GOOSE網(wǎng)直連方式，以更好地滿足跳閘時延要求。另外，考慮到水電廠的實際情況，大量的現(xiàn)場設(shè)備尚不具備接入標(biāo)準(zhǔn)過程層網(wǎng)絡(luò)的能力，特別是輔機及非電量采集，現(xiàn)階段過程層可采用現(xiàn)場總線網(wǎng)連接。典型的過程層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 過程層網(wǎng)GOOSE+SV（采樣值）及現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)圖

3.4 時間同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

精準(zhǔn)的系統(tǒng)時間是水電廠進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、統(tǒng)計計算、故障處理及事故分析的基礎(chǔ)。數(shù)字化水電廠系統(tǒng)和智能裝置多、分布廣，應(yīng)統(tǒng)一建設(shè)分布式全廠衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)，推薦采用一、二級時鐘系統(tǒng)的方案，其中一級時鐘為雙機熱備冗余配置，同時接收北斗和GPS衛(wèi)星時鐘信號，主站設(shè)備和單元層設(shè)備可采用NTP網(wǎng)絡(luò)對時，時鐘精度可達(dá)到10 ms。在各LCU現(xiàn)地柜設(shè)置二級時鐘，通過冗余光纖與2臺一級時鐘連接，接收一級時鐘的時鐘同步脈沖信號，分別采用PTP方式和IRIG-B碼為現(xiàn)地過程層交換機和智能設(shè)備提供1 μs精度對時信號。

4 數(shù)字化水電廠整體解決方案

4.1 廠站層解決方案

廠站層采用一體化平臺解決方案，通過在安全Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)分區(qū)部署一體化平臺，將各安全區(qū)域系統(tǒng)和設(shè)備采用分層分布式結(jié)構(gòu)有機接入一體化平臺。

安全Ⅰ、Ⅱ區(qū)的一體化平臺采用DL/T680（IEC61850-8-1 MMS）標(biāo)準(zhǔn)接入單元層設(shè)備，對不具備標(biāo)準(zhǔn)接口的單元層設(shè)備，應(yīng)采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議直接接入，不宜采用外接IEC61850協(xié)議轉(zhuǎn)換器，避免降低系統(tǒng)性能、增加故障點。安全Ⅲ區(qū)的系統(tǒng)可采用IEC61970標(biāo)準(zhǔn)（WEB Services接口）或其他通用通信協(xié)議接入一體化平臺。

一體化平臺采用面向服務(wù)的架構(gòu)(Service-Oriented Architecture，縮寫SOA)，以分布式服務(wù)總線為基礎(chǔ)，系統(tǒng)采用的分布式的服務(wù)組件模式，具有良好的開放性，通過標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口提供對第三方應(yīng)用的支持，可滿足水電廠對實現(xiàn)監(jiān)控、水情水調(diào)、經(jīng)濟運行、狀態(tài)監(jiān)測、決策支持及綜合展示等多業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的需求。

從層級結(jié)構(gòu)上看，基于SOA的廠站層一體化系統(tǒng)分為硬件層、操作系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、基礎(chǔ)應(yīng)用層、集控應(yīng)用層。硬件層應(yīng)支持x86、RISC等各類硬件，特別是對主流國產(chǎn)服務(wù)器及工作站的支持。系統(tǒng)關(guān)鍵服務(wù)器和工作站應(yīng)采用中文企業(yè)級UNIX或Linux操作系統(tǒng)，輔助功能的計算機可采用Windows操作系統(tǒng)。

全廠一體化平臺應(yīng)具有完整的通信規(guī)約庫，支持的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議除IEC61850外，還支持包括Modbus TCP等所有主流PLC通信協(xié)議，國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約 IEC60870-5-101/102/103/104、IEC60870-6-TASE.2，以及DL476、DNP3.0等常用通信規(guī)約，以滿足當(dāng)前系統(tǒng)和設(shè)備接入需求。

面對日益增長的海量數(shù)據(jù)，一體化平臺安全I(xiàn)II區(qū)數(shù)據(jù)中心建議采用分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以高可用性、可擴展性和并發(fā)訪問性能滿足全廠智能應(yīng)用需要。

4.2 現(xiàn)地單元層解決方案

現(xiàn)地單元層主要實現(xiàn)本單元的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能，并提供本單元的現(xiàn)地人機交互功能。在水電廠數(shù)字化3層結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)地單元層擔(dān)負(fù)著承上啟下的通信功能，通過廠站層網(wǎng)上傳本單元的實時數(shù)據(jù)，接收廠站層設(shè)備下發(fā)的控制調(diào)節(jié)命令，實現(xiàn)與廠站層的數(shù)據(jù)采集和控制功能。現(xiàn)地單元層設(shè)備主要包括現(xiàn)地LCU、在線監(jiān)測、保護(hù)單元、輔機控制、閘門控制以及電能計量、安防門禁等系統(tǒng)；通過過程層網(wǎng)絡(luò)或I/O接點方式及常規(guī)通信接口實現(xiàn)過程層智能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與控制功能。

4.2.1 設(shè)備選型

現(xiàn)地單元層設(shè)備應(yīng)重點關(guān)注其采集控制與網(wǎng)絡(luò)通信能力，是沿用傳統(tǒng)水電廠的PLC控制器，還是采用在數(shù)字化/智能化變電站廣泛應(yīng)用的測控單元，需分別對其優(yōu)劣進(jìn)行分析。

PLC控制器能在水電廠現(xiàn)場惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠運行，具有較強的數(shù)據(jù)采集與控制能力，特別是提供了靈活方便、功能強大的順控能力，非常適合完成水電廠現(xiàn)場設(shè)備的實時控制，可完全滿足水電廠現(xiàn)地?zé)o人值班與安全穩(wěn)定的運行需要。PLC控制器性能瓶頸主要在網(wǎng)絡(luò)通信能力上。

目前各PLC廠家均推出了支持IEC61850功能的網(wǎng)絡(luò)模塊，據(jù)我們調(diào)查了解和實際測試，一般主流PLC均實現(xiàn)了IEC61850-8-1客戶端功能，即具備接入IEC61850 IED設(shè)備的能力。與廠站層進(jìn)行IEC61850通信時，因數(shù)據(jù)量大，能完全滿足功能和實時性能要求的不多，大部分需采用外接協(xié)議轉(zhuǎn)換器的方式實現(xiàn)，PLC主要完成穩(wěn)態(tài)實時數(shù)據(jù)的采集和順控功能，不需要高速采集的瞬態(tài)數(shù)據(jù)，故不需與過程層采樣值網(wǎng)通信，部分PLC支持GOOSE通信，可滿足數(shù)字化水電廠基本應(yīng)用需要。

測控單元具有較強的數(shù)據(jù)采集處理和網(wǎng)絡(luò)通信能力，能實現(xiàn)與廠站層和過程層通信，滿足水電廠數(shù)據(jù)采集處理和開關(guān)刀閘等單一設(shè)備的控制操作要求。但測控裝置主要用于變電站間隔層，尚無法保證其適用于主輔設(shè)備多，控制流程相對復(fù)雜的水電廠應(yīng)用環(huán)境。與變電站間隔層的主要區(qū)別在于水電廠單元層需完成控制相對復(fù)雜的主輔設(shè)備順控流程，包括：機組開/停機順序控制、機組單步開機/停機順序控制、運行監(jiān)視及水機保護(hù)控制、事故停機與緊急停機控制、機組有功/無功負(fù)荷調(diào)節(jié)控制及公用輔助系統(tǒng)設(shè)備的控制等。雖然測控單元可將大部分復(fù)雜的順控流程在廠站層實現(xiàn)，且便于流程統(tǒng)一集中管理、維護(hù)，但會顯著降低系統(tǒng)的響應(yīng)時間，對系統(tǒng)控制的實時性與可靠性帶來不利影響，一旦廠站層網(wǎng)絡(luò)故障或通信阻塞，還存在直接導(dǎo)致電廠控制功能失效的風(fēng)險。

此外，水電廠設(shè)備按單元分布，現(xiàn)地單元LCU需具有較強的系統(tǒng)管理能力，能自成系統(tǒng)，必要時可脫離廠站層獨立完成本單元相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與控制功能；但測控單元一般比較難以滿足上述要求，因測控裝置由各廠家自行研制，現(xiàn)場維護(hù)人員較難以完全掌握，設(shè)備的運行維護(hù)一般需依賴各設(shè)備廠家的技術(shù)支持來進(jìn)行。

綜上所述，我們認(rèn)為在現(xiàn)有單元控制設(shè)備水平的條件下，水電廠實施現(xiàn)地單元數(shù)字化時，不宜單獨采用測控裝置，而應(yīng)綜合各類設(shè)備的優(yōu)勢，充分借鑒數(shù)字化/智能化變電站成功經(jīng)驗，采用測控裝置實現(xiàn)與過程層設(shè)備的數(shù)字化連接，同時，LCU繼續(xù)采用PLC控制器實現(xiàn)電廠主輔設(shè)備數(shù)據(jù)采集與順控，滿足水電廠安全穩(wěn)定應(yīng)用需求，共同完成現(xiàn)地單元層全部功能。

4.2.2 解決方案

現(xiàn)地單元層在采用傳統(tǒng)單元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即本單元設(shè)備互連接入LCU的基礎(chǔ)上，借鑒扁平化連接結(jié)構(gòu)，必要時將LCU以下設(shè)備同時接入廠站層網(wǎng)，有利于各系統(tǒng)設(shè)備的互聯(lián)互通和面向?qū)ο蠼！?/p>

PLC控制器是LCU的關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)采用高品質(zhì)的國際主流產(chǎn)品，關(guān)鍵部件采用冗余配置。主要完成水電廠機組、公用等現(xiàn)場主輔設(shè)備的實時順序控制，并承擔(dān)現(xiàn)地單元LCU的集中管理功能，采用觸摸屏作為人機界面，實現(xiàn)對本單元現(xiàn)地設(shè)備的操作控制，方便LCU進(jìn)行現(xiàn)地調(diào)試和監(jiān)控。PLC應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際分布設(shè)置測溫、進(jìn)水口門等遠(yuǎn)程I/O單元，就近接入設(shè)備信號減少硬接線I/O電纜；并通過工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線接口接入調(diào)速、勵磁、保護(hù)設(shè)備等，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的所有狀態(tài)量及報警量（包含內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)等）上送廠站層，改變硬接線采集信號不全，特別是缺乏內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)信息的現(xiàn)狀。

SV（采樣值）網(wǎng)高速采樣數(shù)據(jù)主要用于保護(hù)裝置，對設(shè)備要求高、技術(shù)風(fēng)險較大，由于目前電子式互感器存在穩(wěn)定性不夠等問題，仍需采用常規(guī)互感器，組建SV網(wǎng)實際意義不大，故不推薦采用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置示意圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置示意圖

機組、主變保護(hù)及線路保護(hù)裝置根據(jù)運行情況可采用目前較為成熟的智能保護(hù)測控設(shè)備，直接接入廠站層平臺。機組、主變在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可配置狀態(tài)監(jiān)測主機集中采集來自現(xiàn)地監(jiān)測設(shè)備的信息，然后采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議傳輸接入數(shù)字化改造后的廠站層平臺。

4.3 過程層解決方案

過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，目前常規(guī)水電廠自動化系統(tǒng)變送器重復(fù)設(shè)置、信號重復(fù)采集、結(jié)構(gòu)繁雜、信息源多，且易受到電磁干擾；通過數(shù)字化減少現(xiàn)場重復(fù)的采集裝置并消除復(fù)雜的二次電纜接線是水電廠未來技術(shù)的發(fā)展方向。

具備條件的水電廠可開展過程層網(wǎng)絡(luò)建設(shè)試點和智能設(shè)備改造，智能設(shè)備主要包括電子式互感器、合并單元、智能終端等?，F(xiàn)場暫不具備IEC61850過程層接口的設(shè)備和系統(tǒng)，可采用工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線或常規(guī)通信方式接入LCU，如現(xiàn)地壓縮空氣系統(tǒng)、濾水器、油壓裝置、消防濾水器、主變冷卻水、通風(fēng)、排水等控制系統(tǒng)，必要時可采用升級PLC或增加現(xiàn)場總線模塊的方式進(jìn)行改造。已經(jīng)實現(xiàn)通信的設(shè)備，應(yīng)增加與設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)上送，并減少I/O硬接線。

考慮到目前數(shù)字化傳感器和智能開關(guān)組件尚不成熟和穩(wěn)定，雖然無源全光纖互感器仍是未來發(fā)展方向，但存在著性能不夠穩(wěn)定、精度易受環(huán)境溫度影響等問題，目前變電站已暫緩?fù)茝V使用，目前智能水電廠建設(shè)不宜采用電子式互感器。

基于通信網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性問題，在水電廠開展數(shù)字化建設(shè)時，應(yīng)保留部分與控制直接相關(guān)硬接線，在現(xiàn)有條件下，建議保留的常規(guī)接線方式信號包括：機組有/無功變送器、與調(diào)速器、勵磁的常規(guī)接口。

5 結(jié)束語

本文是基于我們對水電廠數(shù)字化的理解，結(jié)合當(dāng)前我國水電廠數(shù)字化實際應(yīng)用情況編寫的，由于時間倉促，水平有限，對水電廠數(shù)字化的理解不一定完全到位，在方案和文字描述等方面難免有謬誤之處，敬請指正，以便我們在今后工作中加以改正。希望我們的研究工作對水電廠數(shù)字化建設(shè)能有所裨益。我們愿意與大家進(jìn)行廣泛交流探討，進(jìn)一步優(yōu)化完善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和方案，為我國水電廠技術(shù)水平的提高做出貢獻(xiàn)。

[1]王德寬，張毅，何飛躍，等.iP9000水電廠智能平臺[J].水電站機電技術(shù)，2014，37(3)：1-3，27.

[2]樊陳，倪益民，竇仁輝，等.智能變電站過程層組網(wǎng)方案分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2011，35(18)：67-71.