華電四川發(fā)電有限公司寶珠寺水力發(fā)電廠 任 棖

近年來，由于信息技術和智能控制技術的不斷發(fā)展，水電廠的自動化水平不斷提升，一些水力發(fā)電廠都采用了電力自動化控制系統(tǒng)，節(jié)約了大量的人力、物力，使水力發(fā)電廠的運行效率得到了明顯的改善。為保證電力自動化系統(tǒng)運行的安全性和能源效率，通常會在系統(tǒng)中添加一個全過程監(jiān)測模塊，也就是監(jiān)測系統(tǒng)。

但整個系統(tǒng)的運行都是基于信息技術與智能技術，因此監(jiān)測系統(tǒng)不可避免地要面對相應的安全問題，為了提高監(jiān)測系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，必須根據(jù)監(jiān)測模塊的特點，制定一種新型的安全防范措施。

1 水電廠電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 結(jié)構(gòu)模式分析

現(xiàn)代變電站的自動化系統(tǒng)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線最為常用，隨著科學技術的進步，電力設備創(chuàng)新以及電力系統(tǒng)的完善，為自動化控制提供了堅實的基礎。系統(tǒng)的計劃是按照現(xiàn)場總線的安排來進行的，計劃可以根據(jù)時間的不同而進行，不同的時間間隔，相應的表現(xiàn)也不同。相比現(xiàn)場總線的監(jiān)控控制方式，遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)不僅要做到這一點，而且還要將隔離設施、終端柜、仿真設備等減少。另外，還可以在現(xiàn)場安裝自動化設備，通過通信線路和監(jiān)控設備進行連接，從而降低控制線路和相關設備的維護成本，切實有效地減少系統(tǒng)構(gòu)成的成本。

1.2 構(gòu)建分析

在水力發(fā)電廠的電力一體化自動化控制系統(tǒng)中，采用分層、分散、多CPU 的方式，由多個設備和子系統(tǒng)構(gòu)成不同的結(jié)構(gòu)層次，以完成相應的功能。從整體上看，其二次裝置可分成兩個層次：站控層和單元層。站控層是以太網(wǎng)，主要功能是實現(xiàn)主機與顯示器與單元層的數(shù)據(jù)交換，具體包括運行工作站、遠程工作站、操作工作站、通信工作站和工程師工作站。

其中，運行工作站的功能主要是對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測；操作臺的主要功能是對下級測控設備的電氣參數(shù)進行遠程控制；通信工作站的主要功能是與水力發(fā)電廠的其他系統(tǒng)進行互聯(lián)和信息交流；工程師工作站的主要功能是對數(shù)據(jù)庫、操作界面、報表等進行系統(tǒng)的修改、維護以及網(wǎng)絡監(jiān)控設備的維護。同時，工程師工作站也可以作為技術人員的培訓工作站，在此平臺上進行操作過程的模擬演練，以及對操作人員進行仿真培訓等。

2 設計思路

2.1 電源要求

電源是整個系統(tǒng)中的重要組成部分，其供電方式應能滿足系統(tǒng)中各個裝置的供電負荷。I 級電力系統(tǒng)若有UPS，則可采用輻射型或樹干型供電；在II級電力系統(tǒng)中，可以采用接近電力的方式進行供電；采用CPU 控制的電源，應保持72h 以上的工作時間，以支持各種控制器的工作，并能滿足特定條件下的長期需要。

2.2 布線要求

在進行布線時要滿足相應的裝配要求，嚴格選擇信號線路的控制電纜，為確保其工作的獨立性和可靠性，可以采用分槽、分岔的方式。在配線時，應保證其工作地與其他弱電項目的公用接地線保持良好連接，此外為了確保系統(tǒng)的工作穩(wěn)定，在某些線路上必須有專用的導線。

3 電氣自動化體系的監(jiān)控模塊

3.1 自動化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集特征

電力自動化監(jiān)測控制系統(tǒng)的主要工作是采集、分析和處理各種數(shù)據(jù)。由于該過程的動態(tài)特性，不同的數(shù)據(jù)采集的準確度要求也會有所差別，因此監(jiān)測系統(tǒng)的這一功能更為復雜。一般需要收集各種模擬量、脈沖量、狀態(tài)量等，有些狀態(tài)量與報警功能有直接關聯(lián)，與安全保護密切相關。

3.2 自動化監(jiān)控系統(tǒng)的畫面顯示特征

監(jiān)測系統(tǒng)的屏幕顯示可分成三大類：一是對上述各種采集數(shù)據(jù)進行顯示；二是對視頻進行實時的多媒體監(jiān)測；三是為全電站自動控制系統(tǒng)的仿真圖像，用以反映電路的開斷、電流、電壓等操作。一旦對監(jiān)測系統(tǒng)進行了攻擊，三類圖像都會出現(xiàn)顯示誤差，甚至不能顯示，造成整體監(jiān)測功能失效。

3.3 自動化監(jiān)控系統(tǒng)的操作控制特征

作為電力監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要組成部分，其運行控制采用了遠距離控制和現(xiàn)場控制相結(jié)合的方式。盡管監(jiān)控模塊是自動化系統(tǒng)中的一部分，具有一定的智能特性，但其對人工的要求較高，很多控制功能都是人工完成的，因此在安裝安全保護裝置時，必須考慮到其與人工控制的適應性。

3.4 自動化監(jiān)控系統(tǒng)的效率監(jiān)測特征

與常規(guī)電力自動化系統(tǒng)中的監(jiān)控模塊相比，這樣的系統(tǒng)模塊必須具有實時的運行效率監(jiān)測功能。這類監(jiān)測系統(tǒng)長時間持續(xù)地進行，要求系統(tǒng)具備及時性和穩(wěn)定性，因此必須確保監(jiān)控系統(tǒng)具有以上兩個特點。

3.5 自動化監(jiān)控系統(tǒng)的事件記錄特征

在電力自動化系統(tǒng)中，不能完全避免操作故障和操作事故，因此監(jiān)測系統(tǒng)必須能對故障和事故進行詳細的記錄。但因為這些記錄有時會被系統(tǒng)自身的原因所干擾，因此必須在一定程度隔離功能，將故障記錄與故障本身分開，并在必要時提供外部備份。

回顧城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的發(fā)展歷史，從過去從屬于土木工程學科到今天的獨立學科，城鄉(xiāng)規(guī)劃的教學改革變化不大，雖然有來自德國的金經(jīng)昌教授、英國的朱泰信教授、美國梁思成教授等教育先驅(qū)引入各國教育理念，但主要沿襲1952年按照蘇聯(lián)模式建立起來的框架（侯麗2013），傳統(tǒng)城鄉(xiāng)規(guī)劃院校教學模式依舊是以建筑學為背景，除了新增城市社會學、經(jīng)濟學等選修課，引入計算機輔助設計軟件教學，整體教學框架變化不大，無法滿足廣州城鄉(xiāng)管理發(fā)展需求。

4 水電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的具體功能

4.1 數(shù)據(jù)的采集及處理

監(jiān)控和控制系統(tǒng)主要負責收集相關的數(shù)據(jù)，包括活動、系統(tǒng)運行、信號變化、事故情況、模擬量、超限制數(shù)據(jù)等，以及其他的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)更新。主要的數(shù)據(jù)類別有狀態(tài)量、脈沖量和模擬量，這里主要是模擬溫度、功率系數(shù)、有功功率、無功功率、電流電壓和頻率。狀態(tài)量指的是斷路器、隔離調(diào)節(jié)設備、接地調(diào)節(jié)設備的部分信號、繼電保護設備的安裝、自動設備的設置、警報功能以及運行監(jiān)測信號等。脈沖功率是指有功功率和無功功率的功率。

4.2 畫面顯示

系統(tǒng)畫面可以實時地顯示出一臺設備的運行狀態(tài)，系統(tǒng)中的電壓、隔離設施的開關以及電路的開關、計算、維修等情況，都可以實時地顯示出來，并且還可以對系統(tǒng)的運行情況進行分析。

4.3 操作控制

其運行控制方式可分為現(xiàn)場控制和PC 或DCS兩種。對運行指令進行優(yōu)先權設定，可按先在現(xiàn)場進行，后由PC 或DCS 進行，確?，F(xiàn)場設備與遠程監(jiān)視相互融合、相互配合，使遠程監(jiān)視與現(xiàn)場常規(guī)監(jiān)視相協(xié)調(diào)，保障運行控制的安全與連貫性。

4.4 事件記錄

如果設備在運行中出現(xiàn)了故障，系統(tǒng)可記錄繼電器的開關狀態(tài)、斷路設施的信息以及相關的安裝情況，可以將信息的種類、數(shù)量、運動情況、信號情況、運動時間等信息進行詳細的記錄，并且將這些信息以不同的順序進行記錄，通過顯示屏將其顯示出來，然后保存在硬盤中[1]。之后，可以根據(jù)設備故障的原因，以及故障的診斷來確定故障。

4.5 效率監(jiān)測

實時監(jiān)控機組的效率，是電廠經(jīng)濟運行的關鍵。水輪發(fā)電機的在線監(jiān)控，可以作為水力發(fā)電廠在完成檢修后進行的現(xiàn)場驗收測試，這樣既可以檢驗設計、制造、安裝、檢修的質(zhì)量，又可以長期持續(xù)地監(jiān)測機組的工作狀態(tài)，通過對各種工況下的水輪機性能的實時監(jiān)測，可為合理確定啟動臺數(shù)、優(yōu)化負荷配置、設備狀態(tài)維修等決策提供依據(jù)。

4.6 狀態(tài)檢修

設備狀況的檢驗和維護以及使用期評估，是設備維護工作發(fā)展的必然模式。要采用先進的檢測設備和分析方法，在水力發(fā)電廠的主要設備的關鍵部位參數(shù)，定子放電、變壓設施的絕緣狀況等進行及時的在線收集、監(jiān)測，通過收集運行、檢查、試驗等數(shù)據(jù)，結(jié)合專家經(jīng)驗，分析設備的運行規(guī)律和可能存在的問題，盡快找出設備的缺陷和故障，并對設備進行針對性的檢查和維修[2]。在實踐中，可以將其視為一個獨立的系統(tǒng)，但國內(nèi)的許多水力發(fā)電廠，都擁有完善的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，擁有大量的監(jiān)控設備。從節(jié)省資金和使用的角度來說，設備狀態(tài)檢查維護系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)是需要共享的，在進行設備檢修的時候，必須考慮到已經(jīng)建成的監(jiān)控系統(tǒng)，將兩者結(jié)合在一起，既可以節(jié)省資金，還可使操作控制人員在監(jiān)督和控制生產(chǎn)過程中及時發(fā)現(xiàn)問題，并合理地分配設備的工作量[3]。同時，還可以通過生產(chǎn)計劃來自動設置設備的工作負荷，在此過程中，要考慮到設備的正常運行所能承擔的負荷，從而保證生產(chǎn)計劃的可靠性。

5 電氣自動化體系的監(jiān)控防護

5.1 通過硬件手段實現(xiàn)監(jiān)控模塊的防護

對于自動控制系統(tǒng)中的監(jiān)測模塊而言，其安全性主要來源于其自身的硬件性能。特別是電力自動化系統(tǒng)中的監(jiān)測系統(tǒng)，技術指標和準確度均較高，若不能達到這些指標，將導致監(jiān)測系統(tǒng)自身運行效率低下，從而造成安全隱患[4]。在建立監(jiān)測系統(tǒng)時，要慎重地選用系統(tǒng)的硬件，以確保采集元件、畫面顯示元件等達到指標，并與相應的安全保護方案相結(jié)合，預先做好相應的安全保護，如隔離轉(zhuǎn)換裝置、系統(tǒng)故障時的后備設備等。

5.2 通過軟件手段實現(xiàn)監(jiān)控模塊的防護

5.3 通過制度手段實現(xiàn)監(jiān)控模塊的防護

制定一套合理、完整的管理和保護體系，以確保監(jiān)測系統(tǒng)的軟、硬件保護措施的有效運行。防護體系的制定不能脫離實際的防護措施，所以在制定防護措施前，應研究現(xiàn)有的防護措施、防護條件等，以制定具有清晰職責的防護計劃。一般的安全保護計劃應包含下列條款：操作、維護和升級的規(guī)定；關于保護措施的文件和備份；有關場地的進出規(guī)則；負責各保護區(qū)塊的職責；關鍵界面的口令許可；執(zhí)行條例，以管理計劃本身為目標[5]。

5.4 通過人力手段實現(xiàn)監(jiān)控模塊的防護

就目前而言，水力發(fā)電廠無論是硬件保護，還是軟件保護，都缺少專業(yè)的技術人員，通常都是從國外引進專業(yè)的技術人員來維護、升級、改進。雖然提升了保安系統(tǒng)的專業(yè)性，但是在日常運行和維護方面卻出現(xiàn)了滯后的情況。為此，水力發(fā)電廠在其自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，必須配備專職的安全技術人員，進行日常的維修和突發(fā)事件的應急處理。

5.5 通過聯(lián)動手段實現(xiàn)監(jiān)控模塊的防護

目前的監(jiān)控系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)幾乎是兩個獨立的系統(tǒng)，這樣可以確保各自的安全和獨立，但在響應速度上卻不可避免地會有延遲。另一方面，兩者之間的聯(lián)系還不夠完美，保安系統(tǒng)沒有與監(jiān)控系統(tǒng)的智能控制中心相連通，當出現(xiàn)安全風險或者無法防御外來攻擊時，只能對控制臺發(fā)出報警，讓操作員進行人工處理，而不能通過智能控制設備進行必要的“緊急剎車”。所以，增強監(jiān)測和安全保護系統(tǒng)之間的聯(lián)系，增強兩者的整體性能，可以進一步增強安全保護的能效。

綜上，和傳統(tǒng)的控制方式不同，水力發(fā)電廠的自動控制系統(tǒng)升級的速度較快，同時為保證自動化，水力發(fā)電廠的監(jiān)控系統(tǒng)也會隨之升級。在此背景下，要科學掌握安全保護體系的升級與更新速度，在監(jiān)控系統(tǒng)更新過程中，相關工作人員要根據(jù)具體的更新狀況進行分析，以避免不必要的升級和消耗。