谈水电站电气二次及通信系统设计要点

何含芳

（资兴市浙江水电站，湖南 资兴423408）

水电站的建设过程中，给予二次设计的目的，即提高水电工程运行安全系数，提高电力资源的生产效率，二次设计中，主要包括计算机监控、继电保护、励磁、直流电源、通信等结构，设计人员给予以上元素有机组合，则能够大为提升工程的运行质量，减少一些故障现象的产生，真正为社会的发展提供动力。但设计工作中涉及的元素众多，为了能更好的开展二次设计，实现通信系统的可靠应用，则需要设计人员加强对设计要点的了解。

1 计算机监控系统的合理设计

1.1 自动化控制系统设计

作为计算机监控系统中的重要组成部分，自动化控制系统结构的设计极为关键，为满足功能性要求，该系统主要设计为分布式结构，有功能层、数据层等。系统控制部分分为厂站层、现场控制单元2 层，系统连接依靠局域网络，采用宽带连接，其宽带频率可以达到100Mbps。针对其数据库而言，主要包含全厂数据库与历史数据库这两方面。而不同的数据库单元则会被分在LCU之中，可以发挥出不同单元的功能作用。这与各个节点的系统功能有关，由于其节点功能的存在，使得相关指令得以被执行，通信和系统网络二者之间被有效连接。针对现场地面控制器单元而言，其功能作用也较为凸显，这与单控制器结构的应用有关，其中的冗余模件可以提供切换扰动的功能。

1.2 计算机监控系统设计

计算机监控系统设计也是重点设计环节，在该系统结构设计过程中，主要可以分为主控级和单元控制级这两级，通过加强这两级的控制，能够起到监控的效果。就主控级而言，它主要作为实时监控中心而存在，负责实时监视与控制重要的机电设备等，从而实现系统的有效管理，方便推进自动化建设。另一方面，单元控制级而言，功能在于生产过程中的数据采集，同时针对采集的数据进行预处理、调节以及通信联络等。这些功能的共同作用，使得计算机监控系统得以完善，充分发挥出该系统设计的实际效果。此外，对于远程控制，主要采用将远程I/O 硅与本地控制柜相连，实现远程控制，其通信媒介为光纤设备。另外，为了确保自动化控制系统的运行安全，且能够在存有事故时快速停机，机组本地控制系统中，还设置了一套单独的监控系统，其中包括紧急停机按钮、紧急关闭水阀门按钮等。

2 继电保护系统设计

2.1 发电机的保护设计

发电机系统是较为复杂的结构组合，因此，数字保护设计中，采用尽量细化的保护模式，提升发电机的运行安全系数。（1）发电机的纵差保护，主要是对发电机的解列、停机、跳灭磁开关故障的保护，当以上任何一种故障现象发生时，保护系统都会启动消防控制系统。（2）裂相横差的保护，对于比率差动的发电机而言，其定子相间出现短路、定子匝间短路、分支断线故障时，保护系统则会启动。（3）单元件的横差保护，基于电流比率制动的发电机，出现系统内部杂间短路、相间短路时，消防控制系统会自动启动。（4）定子接地保护，基于三次谐波差动原理的定子而言，绕城出现接地故障，保护系统直接作用于停机。（5）定子过压保护，定子绕组出现异常电压时，保护系统会启动，作用于解列、灭磁，形成系统的保护。（6）定子负荷过载时，保护系统会自动启动，形成保护作用。

2.2 变压器保护设计

水电站继电保护系统设计过程中，变压器保护设计是不得不考量的重要部分，为确保变压器保护装置的正常使用，有关方面应当做好市场调研工作，并合理进行变压器保护装置的采购。一般而言，变压器保护装置的配置部件较多，主要包含主变差动、瓦斯、油温与母线低压侧接地保护等，通过采取这样的配置设计方式，可以达到预期变压器保护效果，促使继电保护器正常安全运转。

3 直流系统设计

直流系统设计过程中，要求设计者充分考量电源系统与电压等级，一般而言，电压等级为220V，水电站至少应该配备一套直流电源系统，从而起到供电作用。针对其中的蓄电池而言，可以使用阀控式密封铅酸蓄电池，在事故放电一小时的情况下，蓄电池容量还留有500Ah，满足其使用要求。针对其直流系统而言，工作人员采取的是单母线分段接线方式。在实际设计过程中，每段母线上都应增添1 套充电装置、1 组蓄电池，同时注意在直流母线之间设置相应的联络开关。如果出现充电设备故障情况，或者是电池耗尽情况等，该段母线的直流符合则会被转移，进而提供后续供电服务。就直流系统的应用而言，应当与相关接口进行有效连接，将数据信息送到监控系统中，方便进行检测与判断，维持整体系统的正常运转。

4 水电站二次设计中自动化系统的设计要点分析

首先，对于自动化系统的控制来看，非专业人员也可以给予控制，这可能造成系统运行中的相关问题产生。对此，为了避免系统中的人为操作故障产生，设计工作中，结合现代化技术，应加强操作人员的身份验证，避免相关误操作现象发生。其次，对于自动系统的运行而言，还应充分考虑电源的可靠性，防止系统运行过程中出现一些问题，真正确保系统的安全、稳固运行。为了能够有效保障电源的可靠，除了确保线路连接质量外，设计人员还可以在系统设置电源控制验证身份的方法，进一步提升电源的稳定性。另外，基于电源对于系统运行的重要性，设计工作中，设计人员还应设计科学的备用电源，这便能够在突然断电情况下，给予系统提供持续的电源，减少一些故障的问题的产生。最后，设计工作中，设计人员还注重监控录像的设计，注重录像设备的持续、稳定设计，这便利于时刻监控一些故障产生的原因，形成系统运行控制的安全保障。

5 通信系统设计

5.1 电力通信系统

实际上，电力通信方式有很多种，但是载波、光纤这两种通信方式常被应用于水电站二次设计环节中。通过合理设计这两种方式，能够提升通信系统的稳定性，利于系统的可靠运行。对于电力通信系统的施工建设而言，需要安装一套电力载波、滤波设备，确保系统通信的可靠、稳定，与此同时，还应建设线路保护装置以及其他装置等。针对近距离的通信，则可以利用载波通信，实施相地结合，发挥出电力通信系统的功能与作用。

5.2 电站的内部通信设计

电站内部通信中，可以设置一套容量为256 线的生产调度系统，结合行政通信系统，这样便能够方便站内的通信，将调度与行政通信连接，则可以实现同时通信。此外，针对站内而言，也需要进行通信系统的设计，该系统设计过程中，可以尝试使用2 套调度台、1 套数字录音设备、500 回线的音频配线柜等设备等，进而实现内部通信质量的提升。

5.3 通信系统的设计

通信过程的安全是重要因素，也是保证自动化运行可靠的关键，对此，通信系统的设计中，应着重对系统的安全给予科学合理的设计。通信过程中，是基于以太网进行通信，因此，通信系统的安全保护设计中，应加强对以太网的保护，从水电站的整体布局来看，系统网络采用分层体系，间隔层应采用10Mbps 的以太网。为了确保通信的可靠性看，设计人员应尽量在间隔层采用光纤传输。为了保障自动化监控系统的稳定通信，应单独设置监控系统的通信服务器，这样便利于对自动化系统的监督控制，有效收集信息。单独服务器的设计形式，则能够采用多种标准通信方法通信，提高通信的质量，也可以传输相关指令，实现对健康系统的有效控制。另外，单独控制方案，还有利于提高控制指令的执行速度，利于系统的运行稳定、安全。

5.4 视频监视系统设计

通常而言，视频监视系统会有主控站与分控站之分，其中还会安装各种摄像头。通过加强视频服务器、摄像头、显示器等设备的应用，可以实现视频的数字化监控，还能呈现出高清、网络化的特点，减少多余的人员进行值守。

6 结论

综上所述，水电站对人们的用电具有重要意义，水电站的安全、稳固运行，势必利于提高人们的生活质量，推动社会的进步。随着时代的发展，水电站的运行过程中，给予二次设计，使其与现代自动化控制技术、监控技术、通信技术结合，不仅能够形成水电站生产发展过程中的监控，还有利于保障水电站的运行安全，提供可靠的电力。这便能够加快水电站的进步，提升生产效率，造福于社会。