关于坝后式电站监控系统的改造分析论文
概述
潮州市凤凰水电厂位于广东省潮安区北部山区， 由凤凰水库、一级电站和二级电站组成。一级电站位于潮安区凤凰镇，为坝后式电站，装机容量2×1600kW，该电站建于1978 年，自投用以来一直采用常规的电磁型保护控制系统，为保证电站安全、可靠、稳定、满发运行和提高电站经济运行水平，需对该系统进行改造。
1 微机监控系统
电站的改造按“无人值班，少人值守”的原则进行，改造后的电站控制系统采用全计算机监控系统，通过中控室控制台上的操作员工作站能实现对全站主要设备进行一对一的控制操作。
电站计算机监控系统设计为全计算机监控方式， 该系统由64 位的UNIX 操作系统和SJK-3000 水电站微机监控系统组成。计算机监控系统分为两层： 电站控制层和现地控制单元层。两层之间采用100Mbps 快速光纤以太网总线连接， 整个系统为分布式星形网络结构， 电站控制层负责全站电气设备的实时控制及其运行状态监视，其主要功能包括数据实时采集处理、报警、事件显示记录、通信控制、生产管理和指导、系统诊断、应用软件开发和培训等。现地控制单元层负责对水轮发电机组及其辅助设备、开关站设备和电站公用设备等进行实时控制和监视，当电站控制层因事故退出运行时，现地控制单元层可以独立运行不受影响。
2 监控系统的配置
2.1 电站控制层的配置
(1)选用二台SWR-1002 逆变电源，单台容量为3kVA/1H，工作方式为互为备用;
(2) 采用光纤100Mbps 快速以太网， 配一台24 口，3COM，100M网络交换机;
(3)二台操作员工作站，采用“COMPAQ ALPHASERER DS10”服务器，工作方式为互为热备用，每台工作站配有二套COMPAQ 21 寸显示器;
(4)一台工程师工作站，采用美国ICS、PIV 工控机，配一套NEC21 寸显示器;
(5)一台通信工作站，采用美国ICS、PIV 工控机，配一套NEC 21寸显示器;
(6)一台EPSON LQ1600K 打印机，一台HP 5100LB 打印机，一台HP3256A 打印机共享器;
(7)一台TP-2000 标准卫星时钟提供精确校时;
(8)一套智能模拟返回屏。
2.2 现地控制单元层的配置
全站共设置了三个现地控制单元，其中二台机组LCU，一台开关站公用设备LCU，都采用AWS-8420TP 一体化工控机。配置了GE90-30 可编程控制器、PM130P 电量采集装置、DAS-IA 微机温度装置和SID-2H 单对象自动同期装置。现地控制单元都各自单独由一台SWR-1002(1kVA)逆变电源提供电源。
2.3 软件配置
操作员站的系统软件采用64 位的UNIX 操作系统， 监控软件采用NSPOWR800; 其它上位机和LCU 的系统软件都采用WINDOWXP的操作系统，监控软件采用NSPRO2.0 的组态软件。
3 系统主要功能
3.1 数据采集与处理
系统对电站主要设备的运行状态和运行参数等实时数据进行自动采集，并作必要的预处理，存于实时数据库中，供计算机系统进行画面显示、制表打印以及计算控制等。
电站现场各种数据的采集基本上由各自的LCU 单元和视频监测点来完成，现场数据包括：数字量、模拟量、脉冲量、视频量等。不同性质的数据其采集与处理的方法各不相同。
(1)模拟量的采集与处理:模拟量包括电量模拟量、非电量模拟量以及温度量。采集的数据经过有效性检验、标度换算、梯度计算、越复限判断等处理后形成实时数据存入实时数据库中。
(2)开关量的采集与处理:计算机状态监控平台能以中断方式迅速响应开关量信号，并做出一系列必要的反应及自动操作。对信号的处理包括光电隔离、接点防抖动处理、硬件及软件滤波、基准时间补偿和数据有效性检验等，最后经格式化处理后存入实时数据库中。
(3)视频数据的采集与处理：计算机视频监控平台对9 个视频采集点的数据进行采集，通过解析形成视频流数据，可以通过视频图像管理系统进行显示和管理、可以通过硬盘录像系统进行数据存储和备份以及可以通过以太总线把数据传输给计算机状态监控平台。
(4)人工采集：对无法采集到的信号，允许运行值班人员和系统操作人员对其进行人工设定，并对其作相应的标志。
3.2 控制与调节
(1)控制与调节的对象：#1、#2 机组及其辅助设备和线路等。
(2)控制与调节方式：包括远方控制方式和现地控制方式。远方控制方式能完成自动开停机、自动准同期并网、增减负荷、调节频率和电压、给定负荷或负荷曲线、给定发电机出口电压、给定系统频率等。现地控制方式完成自动开停机、自动准同期并网、工况转换、负荷调整等操作。
3.3 运行安全监视和事件报警
运行安全监视和事件报警包括：
(1)运行实时监视:监控系统可以使运行人员通过CRT 对全站各主设备进行实时监视。
(2)参数越限报警与记录: 包括越限报警，越复限自动显示、记录和打印;对于重要参数及数据还将进行越限后至复限前的数据存储及召唤显示;启动相关量分析功能，作故障原因提示。
(3)事件顺序记录与报警:当电站发生事故造成断路器跳闸、重合闸动作等情况时，监控系统立即以中断方式响应，并自动显示、记录和打印事故名称及时间、相关设备的动作情况以及自动推出相关画面，作事故原因分析及提示处理的.方法。
(4)故障状态显示记录:监控系统定时扫描和监测各故障状态信号，一旦发生状态变化将在CRT 上即时显示出来，同时记录故障及其发生的时间，并用语音报警。
(5)事故追忆及相关量记录:当电站发生事故时，需对事故发生前后的某些重要参数及相关量进行追忆记录，以供运行人员事后分析。
(6)温度巡检:机组测温除了数字温度仪(由主机厂配套，装于机组测温制动屏)以外，还配置了温度巡检装置，用于测量轴瓦、定子铁芯、风冷等的温度。它们具有越限报警、重要瓦温的变化率趋势报警以及实时显示当前最高瓦温和温度的平均值等功能， 并通过RS232 口或RS485 口与机组LCU 单元交换信息。
3.4 人机接口画面
在线显示实时图形， 使运行人员对全厂生产过程进行安全监视，并通过状态工作站和视频工作站的功能键盘或PLC浪费电能、降低负荷能力、干扰通信系统、引起系统谐振等。为解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，需进行谐波抑制。
谐波抑制的具体措施有：
(1)变压器采用Δ/Y 结线，可消除3 的整数倍的高次谐波;
(2)增加整流变压器二次侧相数;
(3)使用无谐波污染的绿色变频器;
(4)使用无源滤波器或有源滤波器;
(5)改善三相不平衡度;
(6)加装交流滤波装置。
5 平衡三相负荷实现节能
低压线路中，由于单相及高次谐波的影响，三相负荷存在不平衡，会对供配电网络造成如下主要危害：
(1)影响变压器及电机的安全经济运行;
(2)引起供配电网络相线及零线电能损耗加大;
(3)引起照明灯具寿命缩短(电压过高)或照度偏低(电压过低)及电视机的损坏等;
(4)对于通信系统，会增大干扰，影响正常通信质量。
为了减少三相负荷不平衡造成的能耗， 应及时调整三相负荷，使配电变压器出口处的电流不平衡度不大于10%，干线及支线首端的不平衡度不大于20%，中性线的电流不超过额定电流的25%。三相配电干线的各项负荷宜分配平衡，最大相负荷不宜超过三相负荷平均值的115%，最小相负荷不宜小于三相负荷平均值的85%。
6 优化照明设计实现节能
照明节能作为建筑供配电节能的重要组成部分，对于提高能源利用率、节约电能有着十分重要的作用。具体可参照《建筑照明设计规范》GB50034-2004 等相关标准和规范。在此仅提出照明节能设计应注意的几个方面：
(1)灯具的合理选择与布置
以往使用的普通白炽灯和日光灯、汞灯等，它们的光效低、显色性差、寿命短。三基色紧凑型荧光灯是一种小管径、高效能的绿色照明光源，俗称节能灯。它含汞量少，可减少污染。LED 节能灯则是继紧凑型荧光灯后的新一代照明光源，它环保不含汞、可回收再利用、功率小、高光效、长寿命、即开即亮、耐频繁开关、光衰小、色彩丰富、可调光、变幻丰富，其替代传统照明光源是大势所趋。
(2)优质电子镇流器的应用
传统的电感式镇流器功率损耗大、有频闪、功率因数低、噪声大。而电子镇流器则可使照明系统的光效提高15%，节电率通常在20%以上，提高了功率因数，降低了发电量，减少了废气烟尘的排放量，改善了环境污染。同时，因不用电感镇流器，减少了硅钢片和铜线的消耗量，也就减少了钢铁和铜的冶炼量，又可节约能源和消除冶炼过程中的废气烟尘，因而广泛应用于实际照明工程中。
(3)充分利用自然光
充分利用自然光，是照明节能的重要途径之一。在设计中，电气设计人员应与建筑师密切配合，充分合理地利用自然光，使之与室内人工照明有机结合，从而大大节约人工照明电能。在白天可利用顶部或侧面采光，替代或部分代替人工照明。对于一些室外光线投射不进来的地方，如地下车库，可通过采光井或采用光导管(光纤)照明的方式利用自然光。
7 应用建筑设备监控系统实现节能
建筑设备监控系统始于20 世纪70 年代的能源危机，经过长期发展，尤其是随着计算机网络技术、自动控制技术和通信技术的发展，建筑设备监控系统日趋完善。它可对建筑中各类设备进行全面控制，在满足建筑功能的前提下，最大限度地实现节能。
(1)供配电监控系统
供配电监控系统基于现场总线技术，由计算机、通信网络和控制设备组成。通信网络将计算机、控制设备和供配电系统中带有通信接口的开关连接起来，可检测电压、电流、有功功率、功率因数以及设备等是否运行良好，最终由工作人员在计算机上进行操作和管理，确保了供配电系统的节能和安全运行。
(2)照明监控系统
在一些大型公共建筑中，尽管照明的耗电量极大，但为了满足建筑功能，不能片面地为了节能而减少照明，而应采取科学的节能方法。照明监控系统将不同时间和不同地点的照度转换为数字形式的预设参数并存储在EPROM 中，通过设定值和实际值的比较，控制照明，实现节能。照明监控系统的应用不但可以节约大量电能，还可延长灯具寿命，节省运行费用，同时，不同的照明控制方式还能增强建筑的视觉效果。
8 结语
全世界范围内均存在能源短缺及能源危机。为响应国家建设节约型社会、发展节约型经济的号召，实现建筑节能及建筑供配电节能已成当务之急。鉴于建筑结构和功能的复杂多样性，进行节能优化设计，提高能源综合利用效率是非常必要的。采取合理的电气节能技术措施，不仅能给建筑电气系统带来巨大的经济效益，同时还可实现有效资源的高效利用，最大限度地减少电气系统运行对环境的影响，为建筑行业实现绿色环保、低成本可持续发展，提供重要的节能减排技术支撑。
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