中小型水电站监控系统设计研究

文跃军 龙宇平 张福兴

摘 要：水电站建设是实现我国能源转型升級、保障清洁能源科学利用的有效途径之一。为提升中小型水电站自动化监控能力、有效解决因设备年久失修等产生的运维保障难题，本文结合现场实际提出水电站监控系统在数据集采、安全监测与故障隔离、自动控制、人机交互等方面的功能需求，并从运行监控层、网络传输层、设备设施层三个层面介绍了水电站监控系统设计的思路及要点，为我国水电站建设与相关管理部门提供决策参考。

关键词：水电站;监控系统;运行维护;功能设计

1 绪论

随着工业化发展程度的不断提高及人们对能源需求的持续加大，以煤炭、石油、天然气为主的传统化石能源储量日益减少，造成的环境污染问题越来越突出。近年来，以风力、光伏、水电为代表的分布式可再生能源技术及产品发展速度惊人，并在国家、地区政策的支持下获得快速发展。其中，水利发电是利用水位落差将势能转换机械能，据此带动同轴发电机将机械能转化为电能，供给千家万户。

我国幅员辽阔、水域众多。自1912年5月28日云南石龙坝水电站建成发电以来，我国先后建成大中小型水电站10万余座，其中单站5万kW以上的大中型水电站230余座，百万kW级以上的水电站20余座。在全球装机容量排名前20的水电站中，我国有11座。其中，三峡水电站是世界上规模最大的水电站，装机总量2250万千瓦，造价2485.37亿元人民币。

由于电站建设年代久远、设备设施型号不统一等原因，导致我国水电站运维困难、运行成本上升。为有效解决此类问题，水电站监控设施已经在新建站及旧站升级改造过程中普遍采用，为提升水电站自动化水平、实现远程监控和无人值守奠定基础。

2 水电站监控系统功能需求

根据电力工业部颁发的关于《水电厂“无人值班、少人值守”的若干规定》中的相关要求及运行实践过程中的经验，水电站监控系统需要具备如下基本功能：

（1）数据集采功能：能够对水电站的气象信息、水文信息、发电设备信息、运行操作信息以及日常管理信息进行实时采集、分类存储。

（2）安全监测与故障隔离功能：对影响系统安全、稳定运行的各类信息进行实时监控，发现故障后能够及时预警，一方面告知运行人员故障地点、故障类型等基本信息，另一方面能够对故障的部分采取隔离措施，保障非故障部分的持续、可靠运行。

（3）自动控制功能：通过自动化设备设施、运行监控设施、现场投切设施的密切配合，系统能够根据预制程序实现自动控制，保证各项业务的顺利完成。

（4）人机交互功能：系统运维人员能够根据人机操作按钮、操作界面等实现对系统参数整定、故障诊断、历史数据分析、事故溯因等操作。

3 水电站监控系统总体设计

水电站根据设备设施布局、实际运行逻辑等方面的差异，其监控系统总体结构可以分为运行监控层、网络传输层和设备设施层，具体分别介绍如下：

（1）运行监控层：主要实现对整个水电站系统的信息管理与分析，并结合系统当前运况、上级调度信息，制定出有利于水电站经济、可靠运行的调度指令。同时，结合保护装置，实现对各类保护压板投退、保护定值整定以及故障信息处理等功能。

（2）网络传输层：对水电站采集的各类信息进行分类预处理后，一方面，通过网络设施将关键信息汇总后输送至指定的处理器、存储器、服务器等，形成能够反映系统运况的完整信息;另一方面，将决策单元发出的调度指令输送至指定单元，实现指令信息的精准送达。

（3）设备设施层：包括水电站机组、各类阀门、调速装置、电气设施、保护设施等，据此实现对机组转速、输出电压、频率、水量水位、水流速度等各类信息的采集以及相关设备设施的定向、精准管控。

4 结语

水电站监控系统在保障系统安全运行、实现系统持续获益方面发挥重要的作用。本文结合我国水电站监控系统运行的实际需求，围绕新建站及旧站升级改造过程中出现的重点、难点问题进行剖析。同时，提出了我国水电站监控系统在数据集采功能、安全监测与故障隔离功能、自动控制功能、人机交互功能等方面的需求，并从运行监控层、网络传输层、设备设施层三个层面介绍了水电站监控系统设计的思路及要点，为我国水电站建设与相关管理部门提供决策参考。

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*通讯作者：龙宇平。