水电站电力监控系统的信息化建设谢万佳

水电站电力监控系统的信息化建设谢万佳

谢万佳

中国水电建设集团圣达水电有限公司四川乐山614900

摘要：水电站为了防范黑客及恶意代码等对电力监控系统的攻击侵害及由此引发电力系统事故，特建立电力监控系统安全防护体系，保障电力系统的安全稳定运行。根据当前的水电站计算机监控发展情况，通过计算机网络技术，利用自动的电压控制程序，合理分配各机组功率，实现系统的调度来提高水电站的自动化水平。同时，使用计算机监控系统可以降低运行控制人员的劳动量和水电站的运行费用。随着无人值班的普及，对于水电站计算机监控系统有了更高的要求。因此，智能化水电站将在以后的水电站自动化发展中成为趋势。

关键词：计算机监控系统；现地控制单元；厂站控制层

前言：根据《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》和2014年国家发展改革委员会第14号令《电力监控系统安全防护规定》、国家能源局《国家能源局关于印发电力监控系统安全防护总体方案等安全防护方案和评估规范的通知》（国能安全〔2015〕36号）等有关文件精神，建设XX水电站电力监控系统安全防护，确保电站机组安全、优质、稳定运行。XX水电站电力监控系统安全防护在生产控制大区添加企业型防火墙、企业型网络安全隔离装置、隔离型纵向加密认证系统等，是为了防范抵御黑客、病毒、恶意代码等通过各种形式对系统发起的恶意破坏和攻击，加强电厂内外部网络的安全性，有效的防止不同渠道及非法用户跨权限访问，通过独特的加密体系认证，避免数据在传输过程中被非法劫持及篡改，确保了电力调度信息资源的合法性、安全性。

一、国内外水电站计算机监控系统的现状

目前在国外水电站计算机监控系统中有两种监控模式：“集成型”和“专用型”。两种模式各具有优缺点，“集成型”是一种开放的通用模式，其优点是以可编程控制器（PLC）为核心，通过励磁机、调速器、保护装置等设备的上传数据来实现监控，从而具有灵活的结构，通用性强，但同时也形成了其缺陷，就是设备冗杂，功能分散。它已普遍使用于发达国家，而且具有比较成熟的技术；“专用型”相对于“集成型”系统简洁，功能相对集中，但是设备进口的价格比较高。

二、某水电站计算机监控系统的设计

下文将以某水电站计算机监控系统项目为背景，介绍该水电站计算机监控系统的设计、选型、功能和应用。

2.1水电站概况

该水电站位于江西干流，浔江末端的长洲岛河段。本工程为江西下游河段广西境内的一个梯级电站。电站分为内江厂房和外江厂房，共装机15台单机容量42MW的灯泡贯流式水轮发电机。发电机母线是扩大单元接线，每3台发电机经1台变压器升压后接入开关站，内江中控室控制全厂15台机组及内外江所有附属设备，内外江距离4km，使用24芯单模光缆连接。

2.2水电站的中体计算机监控系统设计

水电站监控系统分为两个部分，即外江计算机监控系统和内江计算机监控系统，两者既可以单独运行也可以联合运行。内外江上位机均采用南京南瑞集团公司的NC2000监控系统软件。在整个电站建成后运行人员平时将在内江厂房中的中控室对电站的所有设备进行监控。因此，在本文主要介绍该水电站计算机监控系统的外江部分。

计算机监控系统是使用的全分布开放式的全厂集中监控的方案，设置上位机（负责全厂集中监控任务的电厂级控制系统）、负责完成机组等公用设备的监控控制系统。

2.3上位机的设计

监控系统的操作系统尤其重要，南瑞的NC2000是最常用的操作系统，它的适配性最好，价格最为便宜，运行操作简单，但是其支持服务器能力没有UNIX强大，UNIX是国际大型服务器系统的首选，因为其性能可靠，安全级别高，处理能力强，但是他的价格也相对昂贵。

因此，外江电厂级控制中心的主要设备有，两套主机兼操作员工作站，作为外江电厂的控制中枢。两套通信工作站，用于与上级调度系统以及外江的保护和录波信息管理系统主机，故障录波系统等的通信。一套计算机五防系统，主要有主机、通信适配器、编码锁等配套设备。两台网络激光打印机。一套GPS卫星时钟系统。一套在线式主机冗余的不间断电源（UPS），为外江电厂级控制中心及其他需要点源可靠性较高的设备提供电源。

2.4通信层的设计

网络通信层是厂站层与厂站系统层的网络通信的传送通道，它的要求是：传输稳定可靠、传输速度快、无丢包、抗干扰能力强故障率低。

电厂控制系统要求采用冗余星形的交换式100M/s光纤以太网。内外江各配置两台，内外江的连接采用1G/s的超级冗余连接。厂用配电装置采用现场总线连接，公用设备和通风等公用设备与现地控制柜的通信采用星形交换式100M/s光纤以太网。

2.5现地控制单元（LCU）的设计

LCU采用冗余型PLC，具有分布式智能I/O模件、多计算机通信接口和双100M/s以太网接口。在本地层PLC主要控制水轮机组、机组辅助设备、断路器等。以PLC采集水轮机组数据为例：一是采集和处理模拟量，包括定时采集、保护措施、采集机组在有功和无功时的电流和电压等等；二是采集和处理数字量，它主要完成定时采集，检查状态、对数据库进行更新，如果有事故信息传输到LCU则就会根据事故信号来采取相应措施来保护设备；三是采集和处理电度量，利用串口的连接方式来连接智能电度表，采集机组电度量，在LCU屏内安装这个智能电度表。

2.6紧急停机回路

机组还配备了手动紧急停机回路，在LCU机柜上设计紧急停机按钮，直接作用于紧急停机电磁阀和机组出口开关跳闸回路。其工作原理就是通过硬布线直接作用于紧急停机电磁阀和机组出口开关跳闸回路。这样设置的优点是万一机械及电气的保护装置无法对机组的异常反馈事故信息，但是监控系统中的其他方式发现异常或者巡回检查时发现异常可以在现场进行人工紧急停机。硬布线可以在计算机完全失去作用后也能保证机组解列停机，这样就为设备安全和人身安全增加了一道防线。

三、某水电站计算机监控系统的应用现状

到目前年为止，该水电站已经完成建设并且其计算机监控系统已经运行了6年左右的时间，在运行过程中仍在对其不断地完善和发展，现在该系统能够完成正常的上下机位之间的通信，实时完成模拟量、开关量、SOE、电能量等的采集工作，同时还能进行实时地数据库数据管理、处理以及访问。该水电站计算机监控系统整体运行稳定，实时可靠，能够满足对于长洲水电站的监测以及控制，符合现代化水电站对于监控系统的要求。

四、XX水电站电力监控系统安全防护策略

电力监控系统安全防护总体框架要求电力监控安全防护系统的安全防护技术方案必须按照2014年国家发展改革委员会第14号令《电力监控系统安全防护规定》、国家能源局《国家能源局关于印发电力监控系统安全防护总体方案等安全防护方案和评估规范的通知》（国能安全〔2015〕36号）进行设计构建。

（一）安全策略

安全策略是安全防护体系的核心，是安全工程的中心。安全策略可以分为总体策略、面向每个安全目标的具体策略两个层次。策略定义了安全风险的解决思路、技术路线以及相配合的管理措施。安全策略是系统安全技术体系与管理体系的依据。

（二）电力监控系统安全防护的安全区划分

根据XX水电站电力监控系统安全防护的特点，各相关业务系统的重要程度和相关流程、现时状况和安全要求，将电力监控系统安全防护分为二个安全区：生产控制大区I、管理信息大区Ⅱ，不同的安全区确定了不同的安全防护要求，从而决定了不同的安全等级和防护水平。其中安全区Ⅰ的安全等级最高，安全区Ⅱ次之。

生产控制大区与管理信息大区之间必须采用经国调中心认可的电力专用安全隔离装置。

（三）业务系统安全区的规则

根据该系统的实时性、使用者、功能、场所、在各业务系统的相互关系、广域网通信的方式以及受到攻击之后所产生的影响，将其分置于两个安全区之中。

实时控制系统或未来可能有实时控制功能的系统需置于安全区Ⅰ。如：机组监控系统，实时性很强。用于在线控制，所以置于安全区I。

电力监控系统安全防护中不允许把本属于高安全区的业务系统迁移到低安全区。允许把属于低安全区的业务系统的终端设备放置于高安全区，由属于高安全区的人员使用。

小结：计算机监控系统已经在工业生产的各个领域中得到了广泛的应用，并且在应用中取得了很好的实际效果。通过本文的分析可以看出，在水电站计算机监控系统中合理的设计LCU以及利用PLC，可以保证电站运行的可靠性，同时也能够很好的提高电站的自动化水平，希望在以后的发展中能够更好地利用计算机监控系统在水电站中的应用。

参考文献：

[1]余绍春.基于PLC的中小型水电站监控系统设计分析[J].科技创新导报，2011.2（18）：34-36

[2]孙晋东.长洲水电站计算机监控系统的设计应用[J].水电厂自动化，2011.2（32）：18-24

[3]梁吟曦.PLC在中小型水电站监控系统中的应用[J].中国集体经济，2009.2（10）：123-125.