陳 宇

（貴州烏江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司思林發(fā)電廠，貴州 銅仁565109）

1 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的作用

（1）使電站的運(yùn)行滿足安全可靠的要求。安全運(yùn)行是水電站第一要?jiǎng)?wù)，值班人員必須每時(shí)每刻對(duì)水電站的不同運(yùn)行工況和所有設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，才能保證水電站的安全可靠運(yùn)行。水電站內(nèi)需要監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)信息數(shù)量與水電站發(fā)電機(jī)的容量和發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)有非常緊密的關(guān)系，大型水電站的信息量最多可達(dá)成千上萬(wàn)個(gè)。為了快速發(fā)現(xiàn)處理各種故障，避免事故的產(chǎn)生，必須快速采集和處理大量信息，只有采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控才能彌補(bǔ)操作人員的缺陷。假設(shè)只靠人工監(jiān)測(cè)，則不能迅速發(fā)現(xiàn)異常，不能及時(shí)采取措施，導(dǎo)致各種可能的事故發(fā)生。所以，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)很大程度上提高了水電站的安全運(yùn)行水平。

（2）能保證水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。水電站采用自動(dòng)發(fā)電控制（AGC)以后，可以使水電站處于最優(yōu)工況下運(yùn)行。各梯級(jí)水電站實(shí)現(xiàn)梯級(jí)優(yōu)化運(yùn)行后，可以節(jié)約寶貴的水資源，提高經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以大大提高水能利用率，能提高大約為1%的效益。效益也會(huì)隨水電站的調(diào)節(jié)能力的不同而有所變化，比如，調(diào)節(jié)性能較強(qiáng)的水庫(kù)和負(fù)荷曲線變化較大的電站的經(jīng)濟(jì)效益有可能增加顯著；再如，梯級(jí)水電站實(shí)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度以后能獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)效益比不實(shí)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)可提高百分之幾。

（3）達(dá)到“無(wú)人值守或少人值守”。各水電站自從采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之后，信息的監(jiān)測(cè)和操作大都由自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行，而運(yùn)行人員只進(jìn)行監(jiān)視和少量的計(jì)算機(jī)操作，很大程度上減輕了運(yùn)行人員的工作量。所以可以適量減少運(yùn)行人員的數(shù)量，某些水電站甚至可以實(shí)行無(wú)人值守。減少運(yùn)行人員后，則也可相應(yīng)減少生活配套設(shè)施，大大節(jié)約投資的同時(shí)也可以提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 水電站電磁干擾及抑制方法研究

水電站的電磁干擾類別的區(qū)分，從干擾源的原理上可以分為：自然干擾和人為干擾，內(nèi)部干擾和外部干擾。水電站廠房?jī)?nèi)的干擾主要有：①內(nèi)部干擾：電磁輻射主要由廠房的內(nèi)部一次元件通過(guò)親合產(chǎn)生的；②系統(tǒng)外接線干擾：稱為傳輸干擾，主要由信號(hào)線和電源的傳輸產(chǎn)生；③空間電磁輻射干擾：比如雷達(dá)、通信、雷電、無(wú)線電等等會(huì)產(chǎn)生干擾，由于外部空間的電磁輻射干擾分布極為普遍、復(fù)雜，它不但可以與計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生親也合，能通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電磁稱合產(chǎn)生干擾。由外圍設(shè)備和通信線路的電磁感應(yīng)產(chǎn)生干擾，電磁場(chǎng)的大小、頻率是影響輻射干擾強(qiáng)度的主要因素，并且輻射干擾強(qiáng)度與水電站內(nèi)各種設(shè)備的地理位置有關(guān)，需要采取一定措施防止其進(jìn)入系統(tǒng)，一般通過(guò)計(jì)算機(jī)的局部屏蔽、設(shè)置電纜等方法屏蔽體的屏蔽性能是以其屏蔽效能來(lái)衡量，因此需要得到屏蔽效能的理論計(jì)算公式。目前，對(duì)電磁屏蔽的分析方法有三種，分別為：

（1）應(yīng)用電路中的電磁感應(yīng)原理，可以由渦流的屏蔽效應(yīng)來(lái)描述電磁屏蔽的原理。這種分析方法比較簡(jiǎn)單形象，但它沒(méi)有反映出屏蔽體材料的導(dǎo)磁率對(duì)屏蔽效能的影響，也沒(méi)有把干擾源的場(chǎng)特性、傳播媒質(zhì)與屏蔽體分界面的特性考慮在內(nèi)，所以很難得到精確計(jì)算公式描述電磁屏蔽的效應(yīng)。

（2）應(yīng)用電磁場(chǎng)理論，可以計(jì)算出電磁波在各種介質(zhì)的分界面和介質(zhì)內(nèi)部傳播時(shí)產(chǎn)生反射以及衰減。對(duì)于平面電磁波垂直射入無(wú)限延伸的平面屏蔽體時(shí)，這種分析方法可以比較簡(jiǎn)單導(dǎo)出屏蔽效能的計(jì)算公式，但對(duì)于其他場(chǎng)源特性和尺寸并不遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的實(shí)際屏蔽體，計(jì)算出的屏蔽效能誤差較大。

（3）應(yīng)用傳輸線理論，行波在有損耗但非均勻傳輸線中傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射和損耗，這種現(xiàn)象與電磁波通過(guò)金屬傳播時(shí)的現(xiàn)象類似，所以可以用它模擬行波的反射與衰減，而這種方法比經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論要簡(jiǎn)單方便。

可以從兩方面進(jìn)行減少電磁干擾，即，一是消除干擾源，二是切斷稱合通道。一般的抑制措施有隔離、平衡、接地、屏蔽等等。因?yàn)椴煌娬驹O(shè)備布置情況不同，受干擾程度也不相同，一般進(jìn)行電磁干擾的抑制措施有：只采用其中一種方法，或同時(shí)采用幾種不同的方法進(jìn)行抑制。①隔離。影響水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的最主要的外部因素是電磁干擾。我們都知道磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小正比于距離的二次方。按照這一原理，根據(jù)水電站的實(shí)際情況，一般采用物理隔離，也就是增加計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與電磁干擾源的距離以達(dá)到抑制電磁干擾的目的，比如在輸電線或母線中使用變壓器隔離，信號(hào)采集系統(tǒng)中使用光電隔離等等。水電站中的各種電磁干擾的性質(zhì)雖有所不同，但它們都表現(xiàn)為不等電位干擾。要克服這種現(xiàn)象，需要將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)柜中的相對(duì)獨(dú)立部分進(jìn)行分隔，把整個(gè)系統(tǒng)分為多個(gè)小系統(tǒng)，再將每個(gè)小系統(tǒng)單獨(dú)接地，各小系統(tǒng)之間采用絕緣強(qiáng)度高的絕緣材料進(jìn)行隔離，這樣處理的方法是可以減小每個(gè)共地系統(tǒng)的空間距離，并且便于消除不等電位干擾。②抑制干擾源。增大容易受電磁干擾的設(shè)備與強(qiáng)干擾源之間的距離是抑制干擾源最有效可行的方法，并且同時(shí)要對(duì)干擾源采用屏蔽措施。比如，采用同軸電纜對(duì)干擾源進(jìn)行屏蔽時(shí)，必須采用單端接地方式；采用屏蔽隔離板可以隔離系統(tǒng)各模板間的干擾，但是必須構(gòu)成等電位屏蔽，即屏蔽板必須與系統(tǒng)保護(hù)接地點(diǎn)相連，這樣可以避免產(chǎn)生新的不等電位干擾。以上兩個(gè)方面，是進(jìn)行干擾源屏蔽的關(guān)鍵問(wèn)題。③屏蔽措施。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)電氣部分均可能存在電磁稱合千擾，比如，電源線與系統(tǒng)的耦合、電器柜內(nèi)部電路的耦合、輸入/輸出信號(hào)線之間的耦合、板間耦合等等。保護(hù)易受干擾的通道和抑制干擾源是抑制耦合的兩種方法，以上兩種方法相結(jié)合就是所謂的屏蔽。

3 主要的磁場(chǎng)干擾計(jì)算

3.1 工頻穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)干擾強(qiáng)度的計(jì)算

各個(gè)發(fā)電機(jī)經(jīng)出口母線與升壓變壓器直接相連，把電能輸入電力網(wǎng)絡(luò)。水電站中都存在不同的電壓等級(jí)，因?yàn)橥粭l線路兩端傳輸?shù)墓β氏嗤?，由于發(fā)電機(jī)出口母線的電壓較低，所以電流很大。發(fā)電機(jī)出口母線的電壓一般不會(huì)變化很大，隨著發(fā)電機(jī)額定功率的增大，其額定電流卻增大很多。磁場(chǎng)強(qiáng)度正比于電流，當(dāng)電流較大時(shí)，母線附近會(huì)產(chǎn)生很大的工頻磁場(chǎng)干擾。

在實(shí)際計(jì)算中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

（1）敞露式母線額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，機(jī)房的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度有可能會(huì)超過(guò)國(guó)際規(guī)定的80A/rn的容許值。由此可見(jiàn)，對(duì)一些采用敞露式母線的電站，其單機(jī)容量雖然小一些，但如機(jī)組距離大電流回路較近，場(chǎng)強(qiáng)仍有可能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)容許值，并且裸露母線短路的機(jī)率也比封閉大，要注意進(jìn)行環(huán)境場(chǎng)強(qiáng)的演算或?qū)崪y(cè)。

（2）不連式封閉母線，外殼只有渦流作用，對(duì)殼外磁場(chǎng)的削弱作用并不大，因而也不滿足環(huán)境的要求；

（3）全連式分相封閉母線主要靠外殼環(huán)流還有禍流的聯(lián)合作用，使殼外磁場(chǎng)大大削弱，正常運(yùn)行和短路情況的磁場(chǎng)均低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的容許值。

3.2 短路暫態(tài)與高頻磁場(chǎng)干擾強(qiáng)度計(jì)算

離相封閉母線的外殼在短路工況下會(huì)受到母線磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響，當(dāng)是全連式外殼時(shí)，不僅會(huì)在外殼中產(chǎn)生渦流，而且禍流會(huì)在各個(gè)絕緣段中來(lái)回流動(dòng)而產(chǎn)生環(huán)流。當(dāng)屬于不連式時(shí)，就會(huì)在全連段中產(chǎn)生相間環(huán)流和渦流。短路電流分為交流分量和直流分量?jī)煞植糠?，因而禍流分也為兩個(gè)部分，即分別由短路電流的交流分量和直流分量產(chǎn)生。其中，由交流分量感應(yīng)產(chǎn)生的渦流和環(huán)流與交流穩(wěn)態(tài)時(shí)相似，但是會(huì)隨母線電流的變化而變化；而直流分量不同，對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)Ta的變化率比工頻慢很多，因此它的電磁感應(yīng)強(qiáng)度也會(huì)小很多，因?yàn)橥鈿る娮璧淖饔?，很大程度上限制了渦流和環(huán)流。

在實(shí)際計(jì)算中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

（1）采用全連式分相封閉母線結(jié)構(gòu)的電站，由于殼外磁場(chǎng)大為削弱，正常和短路情況下的磁場(chǎng)強(qiáng)度通常不會(huì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的容許值，一般不必考慮機(jī)房的磁屏蔽措施。但在運(yùn)行中必須注意，因?yàn)闅ね獯艌?chǎng)的減小主要依靠環(huán)流的作用，因此封閉母線各段之間以及端板的連接必須良好以保證環(huán)流暢通。

（2）低頻磁屏蔽效能隨屏蔽體的體積增大而減小，由于計(jì)算機(jī)場(chǎng)所的體積都比較大，要得到較好的屏蔽效果，就要采用很厚的鋼板，致使投資巨大，施工也很困難。

（3）對(duì)于采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控的大中型水電站，特別是采用敞露式母線結(jié)構(gòu)的電廠，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)對(duì)有關(guān)場(chǎng)所的環(huán)境磁場(chǎng)進(jìn)行分析，如果不滿足環(huán)境場(chǎng)強(qiáng)的要求，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如機(jī)組遠(yuǎn)離大電流母線回路，敞露式母線改為封閉母線或者對(duì)部分設(shè)備有針對(duì)性地采用局部的磁屏蔽措施等。

（4）目前，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的顯示部件CRT的抗工頻磁場(chǎng)干擾的性能很差，要研究采取有效的屏蔽措施以提高其抗干擾能力。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)確保水電站的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的作用，影響計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)正常工作的重要因素之一是各種工況下的電磁干擾。水電站本身是一個(gè)復(fù)雜的干擾源，存在著各種電磁干擾等。針對(duì)國(guó)內(nèi)一些釆用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的大中型水電站已經(jīng)出現(xiàn)程度不同的因電磁干擾而影響正常工作的突出問(wèn)題，一些科研院所、企業(yè)和專家已經(jīng)展開(kāi)了卓有成效的研究，并取得了一定的效果，但加強(qiáng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)電磁干擾研究的工作依然任重道遠(yuǎn)。