對(duì)水力發(fā)電廠電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)分析

【摘要】本文首先對(duì)水力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)監(jiān)控的特點(diǎn)重要性進(jìn)行分析，指出了系統(tǒng)的組態(tài)模式、構(gòu)建及系統(tǒng)功能，最后提出了自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的安全防護(hù)措施。

【關(guān)鍵詞】水力發(fā)電廠；電氣自動(dòng)化；監(jiān)控系統(tǒng)；組態(tài)模式；安全防護(hù)

1、電氣系統(tǒng)監(jiān)控的特點(diǎn)及重要性

1.1 電氣系統(tǒng)監(jiān)控特征

由于電氣設(shè)備的工作頻率較低。按照系統(tǒng)設(shè)置可以長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行。雖然操作次數(shù)多，但并不意味著操作簡(jiǎn)單，對(duì)電氣設(shè)備的操作實(shí)踐要求非常嚴(yán)格。特別適用于發(fā)變組和電源斷路器的操作，操作者應(yīng)更加謹(jǐn)慎、仔細(xì)，堅(jiān)持安全第一的原則。

另外，對(duì)于電氣設(shè)備裝置問(wèn)題，設(shè)備需要安全可靠和快速運(yùn)行。例如，發(fā)變組運(yùn)行保護(hù)要求在40s以內(nèi)運(yùn)作動(dòng)作；而且電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置在極快的速度內(nèi)完成激勵(lì)。因此，對(duì)電氣監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求非常高的。第三，電氣設(shè)備的操作結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，技術(shù)要求高?？梢?jiàn)，對(duì)水電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的研究需要緊密結(jié)合實(shí)際并利用科技提供的有利條件。注意設(shè)備運(yùn)行中的安全與維護(hù)，使日常工作中更加順利。

1.2 電氣系統(tǒng)監(jiān)控的重要性

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，有關(guān)人員可以通過(guò)實(shí)時(shí)顯示的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)觀察和分析電廠設(shè)備的運(yùn)行情況，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)并迅速提出控制措施。采用電氣自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)，所有的發(fā)電廠系統(tǒng)都在監(jiān)控范圍內(nèi)，運(yùn)行管理人員對(duì)電廠設(shè)備運(yùn)行情況一目了然。

這樣的監(jiān)控模式，可以迅速發(fā)現(xiàn)事故，而且對(duì)具體事故原因做出及時(shí)的反饋，使操作人員能夠迅速正確地作出反應(yīng)及處理。從而避免設(shè)備故障信息不能及時(shí)反饋，或因人為疏忽造成的處理不及時(shí)，最大限度地預(yù)防事故的發(fā)生。

2、系統(tǒng)的組態(tài)模式及構(gòu)建

2.1 組態(tài)模式

在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)驗(yàn)非常豐富，再加上智能電氣設(shè)備的快速發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)水電廠電氣系統(tǒng)自動(dòng)控制奠定了基礎(chǔ)?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線的監(jiān)控方式改進(jìn)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程可以按照間隔進(jìn)行，間隔不同，相應(yīng)的功能也不同。

現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式和遠(yuǎn)程監(jiān)控對(duì)比，不僅包括其所有的優(yōu)點(diǎn)，而且遠(yuǎn)程監(jiān)控模式用到的隔離裝置，終端柜和模擬量卡和其他設(shè)備大量減少，智能電氣設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)，原地安裝，采用通信線路連接監(jiān)控系統(tǒng)，這大大節(jié)約了控制電纜和相應(yīng)的安裝和維護(hù)成本，綜合成本大大降低。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)分層分布式多CPU系統(tǒng)設(shè)計(jì)了水電廠電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。不同的設(shè)備和子系統(tǒng)由不同的結(jié)構(gòu)層組成，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備可分為站控層和單元層兩層、在控制層設(shè)置以太網(wǎng)，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)主機(jī)和監(jiān)控模塊和各單元層間的交換信息，具體操作包括運(yùn)行工作站、遠(yuǎn)動(dòng)工作站、操作工作站、通信站維護(hù)工作站。

運(yùn)行工作站主要是實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)運(yùn)行；操作工作站主要功能是處理下層測(cè)控單元電氣運(yùn)行參數(shù)及遠(yuǎn)程控制；通信站的主要功能是實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的連接和信息共享；維護(hù)站的主要功能是供系統(tǒng)工程師對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、操作界面和報(bào)表功能的修改和維護(hù)，以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備的維護(hù)。另外，維護(hù)站還可作為技術(shù)人員培訓(xùn)工作站的操作程序，在模塊中進(jìn)行預(yù)演及操作人員進(jìn)行培訓(xùn)和模擬操作。

3、水力發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)功能

3.1 操作控制

操作控制方式分為就地控制和上位機(jī)或DCS系統(tǒng)。操作命令的優(yōu)先級(jí)設(shè)置是根據(jù)上位機(jī)的就地控制或DCS控制順序進(jìn)行的。確保遠(yuǎn)程監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)日常監(jiān)控互相協(xié)調(diào)，確?？刂撇僮鞯陌踩院鸵恢滦?。

3.2 數(shù)據(jù)采集與處理

水電廠電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是采集電子信息、對(duì)故障狀態(tài)，越限信息，位移信號(hào)、模擬信息、運(yùn)行狀況及相關(guān)事件進(jìn)行檢測(cè)，核實(shí)信息，以及相應(yīng)的信息處理，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。數(shù)據(jù)采集信號(hào)的類(lèi)型包括脈沖量、模擬量、狀態(tài)量。脈沖量主要是無(wú)功電能與有功電能；狀態(tài)量主要是指安裝自動(dòng)裝置動(dòng)作和報(bào)警、機(jī)電保護(hù)裝置動(dòng)作和報(bào)警、接地開(kāi)關(guān)位置信號(hào)、隔離開(kāi)關(guān)和斷路器的位置等。模擬量包括功率因數(shù)、溫度因數(shù)、有功功率和無(wú)功功率、電壓、電流等。

3.3 畫(huà)面顯示

體系中的模擬畫(huà)面能夠把設(shè)備正常順利運(yùn)轉(zhuǎn)一次的工作情況完整的真實(shí)的模擬出一次，系統(tǒng)中的電流和電壓，隔離設(shè)施的開(kāi)啟斷開(kāi)，電路設(shè)施的開(kāi)啟斷開(kāi)和計(jì)算量，掛牌維護(hù)可以實(shí)時(shí)播出，同時(shí)自己對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行整理。

3.4 效率監(jiān)測(cè)

水輪機(jī)效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在水電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中起著重要的作用。在水電廠水輪發(fā)電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)可用于大修后現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，方便檢查設(shè)計(jì)、制造、安裝及維修的質(zhì)量符是否達(dá)到要求，也可以通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行性能來(lái)長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，對(duì)不同流量及工況情況下的水輪機(jī)性能提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)、通信、信息、測(cè)控等新技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，為在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供了成熟的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)也將成為發(fā)展的趨勢(shì)，確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在滿足要求的基礎(chǔ)上，提高水資源利用率和設(shè)備利用率，降低運(yùn)行維護(hù)成本，成為水電廠提高競(jìng)爭(zhēng)力和更好面向市場(chǎng)的重要組成部分。

3.5 自動(dòng)發(fā)電控制

自動(dòng)發(fā)電控制功能是基于預(yù)定的要求與條件，電廠的有功功率可以通過(guò)快速經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)自動(dòng)控制，為了更好的滿足系統(tǒng)的要求。自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)是基于電廠的安全運(yùn)行為基礎(chǔ)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則，實(shí)際運(yùn)行模式和操作工況不同，對(duì)水電廠所有的機(jī)組制定實(shí)時(shí)控制決策，通過(guò)自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)來(lái)確定機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)與負(fù)荷分配的組合，該系統(tǒng)的頻率或全廠的有功功率自動(dòng)保持在當(dāng)時(shí)的設(shè)定值，這樣可以提高水電廠自動(dòng)化操作水平。

3.6 事件日志

如果操作設(shè)施發(fā)生事故，系統(tǒng)可以把繼電器開(kāi)關(guān)，斷路器設(shè)施信息和自動(dòng)安裝的信息進(jìn)行記錄，具體內(nèi)容可分為信息的類(lèi)型、運(yùn)動(dòng)的情況、號(hào)碼、信號(hào)和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，與此同時(shí)，按照實(shí)際發(fā)生的事故按照時(shí)間順序進(jìn)行登記，并在陰極射線管顯示器或打印出來(lái)，而且還可以存儲(chǔ)在硬盤(pán)上?？梢宰鳛楹笃谠O(shè)備中發(fā)生問(wèn)題以及保護(hù)情況的診斷依據(jù)。

4、電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的安全防護(hù)措施

4.1 從公司制度及聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)

為了確保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行，公司應(yīng)制定相應(yīng)的管理和保護(hù)制度。（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）

（上接第頁(yè)）

該制度的制定原則不能脫離實(shí)際防護(hù)工作，在制定新的制度前要對(duì)原有的防護(hù)措施進(jìn)行調(diào)查與統(tǒng)計(jì)，在保護(hù)工作的基礎(chǔ)上提出較為完善的制度。

制度中主要有監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)與更新時(shí)間的內(nèi)容，各個(gè)區(qū)域的防護(hù)及工作負(fù)責(zé)規(guī)定，關(guān)鍵的外部接口的管理權(quán)限規(guī)定，每個(gè)防護(hù)措施記錄規(guī)定與實(shí)施要求及其他方面的保護(hù)方案。雖然目前的監(jiān)控安全防護(hù)系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際需要，但由于各種因素的影響，監(jiān)控安全防護(hù)系統(tǒng)還有很大的改進(jìn)空間。

電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的安全防護(hù)系統(tǒng)是不一樣的，兩者都是既相關(guān)又明顯獨(dú)立。安全防護(hù)系統(tǒng)的順利保護(hù)，保證了電氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的順利控制。兩者在反應(yīng)上有一定的間隔的延遲。首先，這兩個(gè)功能之間的聯(lián)動(dòng)功能還不是很完善，實(shí)際上，安全系統(tǒng)并沒(méi)有與中樞操作功能連接，當(dāng)沒(méi)出現(xiàn)無(wú)法防御性安全隱患時(shí)只能發(fā)出警報(bào)，要求技術(shù)人員進(jìn)行人員進(jìn)行處理，沒(méi)有辦法通過(guò)安全防護(hù)系統(tǒng)的預(yù)防網(wǎng)絡(luò)入侵智能系統(tǒng)進(jìn)行防御，所以，有必要加強(qiáng)兩者之間的聯(lián)動(dòng)功能。

4.2 管理防護(hù)

建立和完善分級(jí)負(fù)責(zé)的安全防護(hù)體系責(zé)任制，公司主要負(fù)責(zé)人是安全防護(hù)第一人。把計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)納入熱控系統(tǒng)與安全監(jiān)控系統(tǒng)中，把違反操作規(guī)程作為違反安全行為做相應(yīng)處理。

⑴建立監(jiān)控系統(tǒng)安全小組，由相關(guān)部門(mén)和IT人員組成。⑵新系統(tǒng)必須提供安全防護(hù)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，并在技術(shù)要求上明確提出安全要求，以及系統(tǒng)升級(jí)、系統(tǒng)漏洞修復(fù)條款。⑶制定出入工程師站和電子室境的管理規(guī)定。還要制定文件與備份管理規(guī)程，由專(zhuān)人負(fù)責(zé)保管。定期更改系統(tǒng)密碼，只有相關(guān)人員才有相應(yīng)密碼。⑷制定邏輯修改、參數(shù)調(diào)整管理規(guī)定，實(shí)施相應(yīng)的審核程序，修改調(diào)整必須出具書(shū)面報(bào)告。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，水電力電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)走上了領(lǐng)導(dǎo)自動(dòng)化的前線舞臺(tái)。對(duì)于日后的發(fā)展，我們將在未來(lái)的實(shí)踐中得到最佳的解決方法。

4.3 軟硬件保護(hù)

監(jiān)控系統(tǒng)的保護(hù)程序是通過(guò)軟件等來(lái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)裝置殺毒程序和防火墻，防止病毒進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)，減少病毒和黑客入侵。對(duì)計(jì)算機(jī)使用環(huán)境維護(hù)從一個(gè)角度來(lái)說(shuō)可以減少計(jì)算機(jī)監(jiān)控和控制計(jì)算機(jī)與外部環(huán)境之間的接口數(shù)量，另一方面可以減少計(jì)算機(jī)與服務(wù)器之間的其他硬件設(shè)施的連接，然后進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備保護(hù)程序，做好有關(guān)的裝置。

4.4 從技術(shù)人員的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)

任何公司的監(jiān)控系統(tǒng)都缺乏相應(yīng)的技術(shù)人員。在電氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，無(wú)論從硬件保護(hù)還是軟件保護(hù)，有的公司缺乏相應(yīng)的技術(shù)管理人員。大部分公司監(jiān)控系統(tǒng)都是由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行設(shè)計(jì)或直接從國(guó)外引進(jìn)，由于系統(tǒng)需要維護(hù)或升級(jí)，大部分售后服務(wù)工作存在滯后現(xiàn)象。雖然部分公司聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)，但是從長(zhǎng)期和公司本身的利益來(lái)看這種做法是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

所以，我們應(yīng)該從根源出發(fā)，公司儲(chǔ)備相應(yīng)的技術(shù)人員才是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。公司必須為自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)派一些必要的駐地安全技術(shù)人員，主要是對(duì)日常應(yīng)急處理或維護(hù)和系統(tǒng)升級(jí)及更新。通過(guò)技術(shù)人員的儲(chǔ)備，避免了日常監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)滯后現(xiàn)象，從根本上保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不受外來(lái)入侵。

5、結(jié)論

監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用對(duì)安全防護(hù)工作提出了更高的要求?？梢詮挠病④浖?，管理模式、技術(shù)人員方面入手，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的安全、合理的掌握系統(tǒng)升級(jí)監(jiān)控速度，使安全保護(hù)系統(tǒng)更加獨(dú)立和堅(jiān)強(qiáng)，從而提高收益及生產(chǎn)效率。

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