摘要：本文通过对电厂监控系统设备运行中常见的电源质量问题、危害及其成因进行分析，提出了保障中小型水电厂微机保护、监控、远动装置电源可靠性的方法和防护措施。要害词：监控系统电源危害防护办法随着科技进步，电力行业微机保护、远动、通讯装置及计算机监控系统设备已普遍采用大规模集成电路为主的元件，而这些元件对使用环境十分敏感，对电源质量要求很高。据有关统计，80微电子仪器设备和计算机系统的故障，是由于供电质量问题引起的。非凡在发电厂因其非凡原因，其交流电源并不稳定，在恶劣条件下还会超出规定范围，造成供电质量恶劣。计算机将可能出现系统崩溃，文档丢失，数据接收处理错误，芯片及硬件被损坏等其他原因不明的故障，从而加速设备老化，增大维修量，影响电厂一次设备的保护和监控。尤其是在“无人值班、少人值守”的电厂，对微机保护、监控系统的依靠性更高，如发生此类问题，危害性更大。因此对微机保护、远动、通讯装置及计算机监控系统的电源问题应高度重视，不能简单对待。笔者长期在微机监控电厂工作，在实践中，有许多切身的感受，现就监控系统电源质量对设备运行可能产生的危害和防护方法，提出个人见解的解决方案。1概述发电厂二次系统电源多取至一次系统，经厂用变压器降压后，供电厂低压设备使用，由于电厂低压负荷多为大功率电动机、照明、整流器等为主的感性负荷，其启动、运行及故障均会对供电网络电源质量造成影响，而且在电力系统中，雷电波入侵、发电机事故以及操作过电压出现机率较高，将直接对二次设备形成冲击。当二次系统的电源保护设施不完善时，极易由于一次系统或二次系统的电源质量劣化造成对各种精密电子仪器的冲击损害。在实际运用中，应将微机设备、计算机监控系统的电源供电可靠性和质量要求放在第一位，效率可退而求其次。电厂重要的电力电子设备电源质量保障问题应结合高压、低压两方面来考虑。2常见电源质量主要问题及危害影响发电厂电力电子设备电源质量主要因素有以下几个方面：2.1电压的变化范围过大中小型发电厂厂用电一般取至发电机机端母线，此种供电方式简单、可靠，但在实际运行中，影响厂用电电压变化主要有：（1）由于电网上的存在扰动或间歇性负荷及发电机运行中的波动等影响，引起电网电压变化，传递到厂变高压侧。例如当发电机处在逆调压，机端电压上升至105UN，如变压器的变比K*=U1UIIN/UIIUIN=1/1.10，即一次侧电压为线路额定电压时，二次侧的空载电压较线路额定电压高10。（2）厂用电低压侧大功率电动机启、停，也会形成厂用电电压波动。常会出现电压变化范围过大情况。使电厂厂用电电压环境较常规用户恶劣得多。而厂用电电压不稳定将会导致负载不能正常工作或负载使用寿命缩短。2.2过电压冲击电力系统的过电压一般可分为下面三类：（1）暂时过电压(工频过电压、谐振过电压)引起暂时过电压原因主要是：不对称短路时导致正常相上出现工频过电压；空载线路电容效应引起工频过电压；忽然甩负荷引起发电机加速产生电压升高等。（2）操作过电压引起操作过电压主要原因有：中性点不接地系统中的电弧接地过电压；空载线路或电容性负载的拉闸过电压；电感性负载的拉闸过电压；空载线路合闸过电压，非凡是重合闸时产生的过电压。（3）雷电过电压雷电过电压主要分为直击线路上的雷电波入侵和感应雷，感应雷是雷电在四周的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生的电磁感应并侵入设备的雷电波。过电压的共同特点是：在电力线路或信号线路上，瞬间出现波头时间一般在0．25～20μs，单位能量在2．5～10MJ／Ω，持续时间微秒量级的大功率浪涌电压（电涌），在220伏电路系统中可达到5,000或10,000伏。电涌是一种异常电流脉冲，由于以大型CMOS集成元件组成的这些电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点。暂态过电压不仅会造成电子设备产生误操作，同时使电子设备受到干扰，数据丢失；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。非凡是计算机及辅助设备、程序控制器、PLC、程控交换机、微波中继设备等含有微处理器的电气设备极易受到电涌的毁坏。统计数据表明，出现问题的电气产品中，有60％是由于电涌造成的。因此对电涌防范上应高度重视。2.3波形失真（或称谐波）在发电厂中，厂用电谐波产生的原因是交流-直流(AC-DC)整流器、UPS电源、荧光灯、计算机、电力电子设备和电器设备中开关电源的使用或二次电源自身产生。谐波对微机保护、监控系统主要危害如下：（1）继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确；（2）邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，影响通信系统无法工作。事实上，对中小型水电厂，产生谐波的设备有限，且防范措施完善，谐波一般在规定范围内，不会对电力微机保护及监控自动化装置有大的影响。2.4电压下陷/下降当设备电源电压持续时间达一个到数个周期，甚至更长时间低于额定值的80-85时。则称为电压下陷。其产生原因包括：大型用电设备启动和运行、大型电力变压器接入、主电力线切换、线路过载等。电压下陷是最常见的电力问题，它占了电力问题的87％。电压下陷可能造成计算机键盘、鼠标、调制解调器等接口设备暂停作业，重则破坏硬盘、使内存数据流失、档案毁坏、计算机内的组件毁坏，缩短计算机的使用寿命。2.5噪声干扰源于电磁波或高频波感应，它是一种高频率变化，在正常电力50Hz频率上产生介于15-100电位扰动。电动机运行、广播发射、微波辐射及电气风暴都会造成噪声。噪声过大可能让电脑CPU产生误判，严重者可能烧坏CPU和其他电脑配件，导致计算机运行错误，自动设备误动作，无法正常工作。3保障中小型水电厂微机保护、监控、远动装置电源可靠性的方法国家制定的《水电厂计算机监控系统基本技术条件》对电源的技术要求是：厂用交流电源变化范围：220/380V±10单相或三相50HZ±2；厂内蓄电池直流电源：176~253V（220V额定值）。在供电可靠性方面，《技术条件》规定，电站级应配置不间断电源，现地控制单元宜配置不间断电源(UPS)或厂内直流蓄电池供电的逆变电源。在电厂监控系统电源保护上应注重以下几个方面。3.1防雷保护雷电对监控系统危害主要是通过通讯、信号采样电缆和电源部分两条途径入侵。非凡是低压电源的防雷保护，尤其应该重视。通讯、信号采样电缆在敷设安装时可在电位联结、屏蔽、保护隔离、合理布线和设置过电压保护器等措施方面考虑。如采用可能受到感应雷击的户外电缆使用屏蔽电缆，屏蔽层两端可靠接地；设备的信号和数采部分安装光电隔离装置；以及设备接口处加装压敏电阻或专用的防雷模块构成的单级或多级保护。将雷击损坏可能性降低到最小。雷电波侵入低压电源造成设备损害极大，也是监控设备受损的主要原因，其原理过程为：雷电波通常是通过高压线路侵入低压线路。由于雷电波的电压、能量极高，且高压阀式避雷器等设备技术上的局限性，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达设备之前得以消除，但事实上，在低压线路上仍然有时间很短的低能量尖峰脉冲（电涌）的形成，通过所用变压器的低压出线，加到发电厂内所有的220V交流回路中。对于电源部分的雷电波危害，难以用单一级的避雷装置一步到位地解决问题。而应该采用多级防护的手段，逐步把雷电压降低到答应的范围之内。对于微机化水电站，可从高压、低压侧的防护着手。（1）高压侧可更换使用高质量的金属氧化物避雷器。利用其响应速度快，伏安特性平坦、残压低、涌流大的特点，尽可能降低一次雷电波残压。（2）可在厂用变压器低压出线端加装普通陶瓷氧化物低压避雷器保护低压配电设备。减低侵入低压侧的雷电波电压。（3）在监控微机电源处加装具备低压防雷功能及过电压保护功能的电涌保护装置。（4）不间断电源（UPS）装置选用上，可首先考虑使用防雷功能的智能在线式UPS。通过多级雷电波防护装置，使雷电能量都能在到达设备之前得以消除，达到保护设备的目的。3.2电涌防护产生电涌原因有很多，雷电、操作过电压、大型电力设备启、停等。而且来自电网的电涌更为频繁。电涌是危害电力电子设备元件的主要原因。电涌防护主要采用电涌保护装置。在选用电涌保护装置时可参考以下几个因素：（1）选小体积电涌防护器，因体积小电涌防护器内部电感相应减小，防护效果就更好；小体积防护器因可就近安装在配电箱处，缩减连接线长度，以减弱因连线长而对防护系统的不良影响。（2）选择时间反应快的电涌防护器，各厂家的电涌防护反应时间均存在差异，虽在毫微秒(纳秒)级均符合技术要求。但时间反应快的电涌保护器对电涌防护的效果更好。（3）对监控系统总电源入口处，选装一次能够处理最大电流的电涌保护器。最大电流（峰流）是一个电涌防护器处理最大电流的能力。对多雷击区的珍贵电气设备，可在入口的交流配电箱处安装一个较大的防护器，保护后面设备。（4）选择吸收能力较高的电涌防护器，电涌防护器吸收能量的能力以焦耳来衡量，焦耳值越高，其使用寿命越长，避免电涌防护器在使用中损坏。（5）电涌防护器钳制电压是一个重要指标。是将过电压钳制到电气设备所能承受的安全范围之内的能力。据GAl73—1998标准规定：用于220／380V电力系统的计算机防雷保安器(电涌防护器)的钳制电压应小于或等于2kV。用户可参考选择。（6）装置符合UL449、IEEE、NEMA和IEC国际标准和我国GAl73—1998国家标准。（7）选择厂家方面，应多方考察，综合对比，选择质量稳定，功能全面的电涌防护装置，可首选国际名牌产品。3.3电压波动及谐波防护为防护水电厂厂用电压波动及谐波影响，可考虑使用以下设备（1）隔离变压器通过隔离变压器隔离电网中瞬变脉冲等信号干扰，保障传输工频电能。在频繁出现瞬变脉冲的电网中，可考虑使用。（2）稳压器使用交流稳压器，在供电输入电压或负载发生变化时，能保持负荷侧稳定的输出电压，降低电压波动对设备影响。在电力电子设备电源使用上，可选择使用电子交流稳压器这类稳压性能好的装置。事实上，如电厂计算机系统使用在线式UPS，可省略稳压器。（3）滤波器由于谐波对通讯，自控，继电保护，计算机系统产生高频辐射或电压闪变，干扰系统的正常运行甚至酿成事故。因此，对电力谐波影响不容忽视。可采用低通滤波器来防止谐波侵入计算机系统。3.4断电保障由于电厂监控系统的重要性，在全厂失电的情况下，仍需要继续工作，通常使用不间断电源装置（UPS），首选在线式不间断电源。在线式UPS结构虽然复杂,但性能完善，还可解决尖峰、浪涌、频率漂移等电源问题，可持续输出电压和频率稳定的纯净的正弦波交流电。通常应用在对供电要求高，不答应有间断时间的要害设备的环境中。（1）不间断电源（UPS）的选择参考方法有①功率选择上，普通PC机或工控机的功率在200W左右，服务器在300W~600W之间，其他设备的功率数值可以参考该设备的说明书。一般按UPS所带输出负载占UPS功率输出60左右为最佳，可靠性最高。应避免大功率UPS带载过轻，否则会降低电池的使用寿命。②选择可靠厂家的UPS产品。对用户而言，UPS经常是保护设备与数据安全的最后防线，在可靠性的保障上有重要意义。国内国外的名牌产品都可以作为选择对象。避免使用假冒伪劣产品，造成系统元件损坏。③对UPS配置电池应当足够重视，蓄电池是UPS的重要组成部分，其质量好坏直接关系到UPS的正常使用，所以应慎重选择有质量保证的正牌蓄电池。（2）在实际使用中，用户应当注重不间断电源会出现以下问题：①UPS蓄电池不能及时供电，而造成系统中断，此类故障占UPS故障的６０％，故应对蓄电池定期维护检查。②虽然大部分UPS具备避雷措施，但防护有限，不能保护负载安全，往往自身遭到雷击，UPS易损坏，UPS输入端口仍然要单独考虑可靠的防雷措施。③采用大中型UPS均为集中输出，其负载之间存在传导干扰，若出现短路事故，将造成所有负载运行中断，影响面广，后果较为严重，可在供电线路布置上综合考虑。（3）用户在使用UPS应当注重以下事项：①UPS的使用环境应通风良好，利于散热，环境保持清洁。②UPS切勿带感性负载，以免造成内部元件损坏。③UPS应适当放电，有助于电池的激活，。如长期不停市电，每隔三个月应人为断掉市电用UPS带负载放电一次，以延长电池的使用寿命。④UPS放电后应及时充电，避免电池因过度自放电而损坏。使用不间断电源(UPS)是一种可靠解决计算机监控、微机保护、通信系统电源不中断的方案，在电力系统中越来越广泛的应用。同时在电力系统中，使用直流逆变电源与UPS装置结合方式来保障电力电子设备供电可靠性是一种很好的方案。如市场上有种电力专用电源的新型电源设备，其原理图如（图1）图1原理图其工作原理是：当输入交流供电正常时，首先将滤波后的交流电整流成直流电，电源中的逆变器在脉宽调制（PWM）控制信号的作用下，将直流电变成（被功率放大的脉宽调制）交流电，经逆变器的输出滤波器向负载输出。当输入交流供电异常时，改由直流系统蓄电池组向本装置提供220V的直流电，然后再逆变成220VAC的交流电，继续向负载供电。它利用大容量直流蓄电池组作为后备电源，大大提高了备用电源的可靠性，进而保证了UPS电源能够有不间断纯净交流电的输出，给负载提供了可靠的电压源。由于采用在线式设计，没有切换时间，可靠度高。中、小型水电厂用户在升级改造监控、保护、通讯电源中可参考选用。4结束语当前，微机自动控制装置在中小型水电厂虽然已普遍应用，但由于投资、设计等原因，许多用户对计算机、PLC、RTU设备的电源使用并不很重视。虽然工控机是按照严格的标准生产，可在一定恶劣条件下运行，但事实上，由于发电厂的非凡原因，这些设备的工作环境更加严重。受损机率更大。往往一个要害元件受损，可能会给电厂带来极大的经济损失。鉴于此，很有必要采取有效的防护措施，保护计算机设备，确保电厂安全运行。