對水力發電廠電氣自動化監控系統安全防護分析

【摘要】本文首先對水力發電廠電氣系統監控的特點重要性進行分析，指出了系統的組態模式、構建及系統功能，最后提出了自動化監控系統的安全防護措施。

【關鍵詞】水力發電廠；電氣自動化；監控系統；組態模式；安全防護

1、電氣系統監控的特點及重要性

1.1 電氣系統監控特征

由于電氣設備的工作頻率較低。按照系統設置可以長時間正常運行。雖然操作次數多，但并不意味著操作簡單，對電氣設備的操作實踐要求非常嚴格。特別適用于發變組和電源斷路器的操作，操作者應更加謹慎、仔細，堅持安全第一的原則。

另外，對于電氣設備裝置問題，設備需要安全可靠和快速運行。例如，發變組運行保護要求在40s以內運作動作；而且電壓自動調節裝置在極快的速度內完成激勵。因此，對電氣監控系統的性能要求非常高的。第三，電氣設備的操作結構非常復雜，技術要求高?？梢?，對水電廠電氣監控系統的研究需要緊密結合實際并利用科技提供的有利條件。注意設備運行中的安全與維護，使日常工作中更加順利。

1.2 電氣系統監控的重要性

在實際運行過程中，有關人員可以通過實時顯示的監控系統來觀察和分析電廠設備的運行情況，當出現問題時并迅速提出控制措施。采用電氣自動化監控技術，所有的發電廠系統都在監控范圍內，運行管理人員對電廠設備運行情況一目了然。

這樣的監控模式，可以迅速發現事故，而且對具體事故原因做出及時的反饋，使操作人員能夠迅速正確地作出反應及處理。從而避免設備故障信息不能及時反饋，或因人為疏忽造成的處理不及時，最大限度地預防事故的發生。

2、系統的組態模式及構建

2.1 組態模式

在變電站綜合自動化系統中以太網和現場總線等網絡技術已得到廣泛應用，經驗非常豐富，再加上智能電氣設備的快速發展，是實現水電廠電氣系統自動控制奠定了基礎。基于現場總線的監控方式改進了系統的設計，設計過程可以按照間隔進行，間隔不同，相應的功能也不同。

現場總線控制模式和遠程監控對比，不僅包括其所有的優點，而且遠程監控模式用到的隔離裝置，終端柜和模擬量卡和其他設備大量減少，智能電氣設備還可以實現，原地安裝，采用通信線路連接監控系統，這大大節約了控制電纜和相應的安裝和維護成本，綜合成本大大降低。

2.2 系統構建

根據分層分布式多CPU系統設計了水電廠電氣自動控制系統的結構。不同的設備和子系統由不同的結構層組成，以實現相應的功能。整個系統的設備可分為站控層和單元層兩層、在控制層設置以太網，它的主要功能是實現主機和監控模塊和各單元層間的交換信息，具體操作包括運行工作站、遠動工作站、操作工作站、通信站維護工作站。

運行工作站主要是實時監控電力系統運行；操作工作站主要功能是處理下層測控單元電氣運行參數及遠程控制；通信站的主要功能是實現水電站自動控制系統與其它系統的連接和信息共享；維護站的主要功能是供系統工程師對系統數據庫、操作界面和報表功能的修改和維護，以及網絡監控設備的維護。另外，維護站還可作為技術人員培訓工作站的操作程序，在模塊中進行預演及操作人員進行培訓和模擬操作。

3、水力發電廠電氣監控系統功能

3.1 操作控制

操作控制方式分為就地控制和上位機或DCS系統。操作命令的優先級設置是根據上位機的就地控制或DCS控制順序進行的。確保遠程監控與現場日常監控互相協調，確?？刂撇僮鞯陌踩院鸵恢滦?。

3.2 數據采集與處理

水電廠電氣自動化監控系統的主要功能是采集電子信息、對故障狀態，越限信息，位移信號、模擬信息、運行狀況及相關事件進行檢測，核實信息，以及相應的信息處理，對系統數據庫進行實時更新。數據采集信號的類型包括脈沖量、模擬量、狀態量。脈沖量主要是無功電能與有功電能；狀態量主要是指安裝自動裝置動作和報警、機電保護裝置動作和報警、接地開關位置信號、隔離開關和斷路器的位置等。模擬量包括功率因數、溫度因數、有功功率和無功功率、電壓、電流等。

3.3 畫面顯示

體系中的模擬畫面能夠把設備正常順利運轉一次的工作情況完整的真實的模擬出一次，系統中的電流和電壓，隔離設施的開啟斷開，電路設施的開啟斷開和計算量，掛牌維護可以實時播出，同時自己對運轉情況進行整理。

3.4 效率監測

水輪機效率的實時監測在水電廠的經濟運行中起著重要的作用。在水電廠水輪發電機組在線監測可用于大修后現場驗收，方便檢查設計、制造、安裝及維修的質量符是否達到要求，也可以通過對機組運行性能來長期連續監測，對不同流量及工況情況下的水輪機性能提供實時數據。隨著計算機、通信、信息、測控等新技術的應用及發展，為在線監測項目的開發提供了成熟的技術基礎。目前，電力市場競價也將成為發展的趨勢，確保電力系統的安全運行，在滿足要求的基礎上，提高水資源利用率和設備利用率，降低運行維護成本，成為水電廠提高競爭力和更好面向市場的重要組成部分。

3.5 自動發電控制

自動發電控制功能是基于預定的要求與條件，電廠的有功功率可以通過快速經濟的方法來自動控制，為了更好的滿足系統的要求。自動發電控制技術是基于電廠的安全運行為基礎，根據經濟運行的原則，實際運行模式和操作工況不同，對水電廠所有的機組制定實時控制決策，通過自動發電控制技術來確定機組的運行臺數與負荷分配的組合，該系統的頻率或全廠的有功功率自動保持在當時的設定值，這樣可以提高水電廠自動化操作水平。

3.6 事件日志

如果操作設施發生事故，系統可以把繼電器開關，斷路器設施信息和自動安裝的信息進行記錄，具體內容可分為信息的類型、運動的情況、號碼、信號和運動時間，與此同時，按照實際發生的事故按照時間順序進行登記，并在陰極射線管顯示器或打印出來，而且還可以存儲在硬盤上?？梢宰鳛楹笃谠O備中發生問題以及保護情況的診斷依據。

4、電氣自動化監控系統的安全防護措施

4.1 從公司制度及聯動實現監控系統安全防護

為了確保證電氣自動化系統的正常運行，公司應制定相應的管理和保護制度。（下轉第頁）

（上接第頁）

該制度的制定原則不能脫離實際防護工作，在制定新的制度前要對原有的防護措施進行調查與統計，在保護工作的基礎上提出較為完善的制度。

制度中主要有監控系統的維護與更新時間的內容，各個區域的防護及工作負責規定，關鍵的外部接口的管理權限規定，每個防護措施記錄規定與實施要求及其他方面的保護方案。雖然目前的監控安全防護系統能夠滿足實際需要，但由于各種因素的影響，監控安全防護系統還有很大的改進空間。

電氣自動化監控系統與監控系統的安全防護系統是不一樣的，兩者都是既相關又明顯獨立。安全防護系統的順利保護，保證了電氣自動監控系統的順利控制。兩者在反應上有一定的間隔的延遲。首先，這兩個功能之間的聯動功能還不是很完善，實際上，安全系統并沒有與中樞操作功能連接，當沒出現無法防御性安全隱患時只能發出警報，要求技術人員進行人員進行處理，沒有辦法通過安全防護系統的預防網絡入侵智能系統進行防御，所以，有必要加強兩者之間的聯動功能。

4.2 管理防護

建立和完善分級負責的安全防護體系責任制，公司主要負責人是安全防護第一人。把計算機監控系統安全防護納入熱控系統與安全監控系統中，把違反操作規程作為違反安全行為做相應處理。

⑴建立監控系統安全小組，由相關部門和IT人員組成。⑵新系統必須提供安全防護規劃和設計，并在技術要求上明確提出安全要求，以及系統升級、系統漏洞修復條款。⑶制定出入工程師站和電子室境的管理規定。還要制定文件與備份管理規程，由專人負責保管。定期更改系統密碼，只有相關人員才有相應密碼。⑷制定邏輯修改、參數調整管理規定，實施相應的審核程序，修改調整必須出具書面報告。隨著高新技術的發展，水電力電氣自動化控制系統走上了領導自動化的前線舞臺。對于日后的發展，我們將在未來的實踐中得到最佳的解決方法。

4.3 軟硬件保護

監控系統的保護程序是通過軟件等來監控計算機裝置殺毒程序和防火墻，防止病毒進入監控系統，減少病毒和黑客入侵。對計算機使用環境維護從一個角度來說可以減少計算機監控和控制計算機與外部環境之間的接口數量，另一方面可以減少計算機與服務器之間的其他硬件設施的連接，然后進行相應的設備保護程序，做好有關的裝置。

4.4 從技術人員的角度來實現監控系統安全防護

任何公司的監控系統都缺乏相應的技術人員。在電氣自動監測系統中，無論從硬件保護還是軟件保護，有的公司缺乏相應的技術管理人員。大部分公司監控系統都是由設計團隊進行設計或直接從國外引進，由于系統需要維護或升級，大部分售后服務工作存在滯后現象。雖然部分公司聘請專業技術人員進行維護，但是從長期和公司本身的利益來看這種做法是不恰當的。

所以，我們應該從根源出發，公司儲備相應的技術人員才是解決問題的關鍵。公司必須為自動監測系統派一些必要的駐地安全技術人員，主要是對日常應急處理或維護和系統升級及更新。通過技術人員的儲備，避免了日常監控系統的維護滯后現象，從根本上保護監測系統不受外來入侵。

5、結論

監控系統的廣泛應用對安全防護工作提出了更高的要求。可以從硬、軟件，管理模式、技術人員方面入手，實現對監控系統的安全、合理的掌握系統升級監控速度，使安全保護系統更加獨立和堅強，從而提高收益及生產效率。

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