國電哈爾濱平南熱電廠2×330MW新建工程現(xiàn)場總線在廠用電電氣監(jiān)控系統(tǒng)的應用

唐士明

摘要針對330MW大型火力發(fā)電廠廠用電部分采用電氣監(jiān)控自動化系統(tǒng)(ECMS)的設計優(yōu)化問題,與傳統(tǒng)的電氣監(jiān)控硬接線納入DCS方案相比較,詳細介紹了本系統(tǒng)的設計方案,通過綜合技術(shù)比較,指出優(yōu)化后的電氣監(jiān)控系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)構(gòu)成及可行性方案。

關(guān)鍵詞熱電廠;新建工程;現(xiàn)場總線;ECMS;應用

中圖分類號TM621文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2009)112-0017-01

1概述

目前國內(nèi)外的大型火力發(fā)電廠爐、機及輔助設備的檢測、控制、調(diào)節(jié)及聯(lián)鎖保護已全部采用分散控制系統(tǒng)(DCS)來完成,在發(fā)電廠DCS系統(tǒng)是電廠自動化的主體,經(jīng)過多年的推廣應用,獲得了普遍應用,達到發(fā)電廠實用化水平,但DCS系統(tǒng)在發(fā)電廠電氣部分的監(jiān)控中,由于牽涉到很多電氣系統(tǒng)的自動裝置和廠用電的特殊性,往往在實現(xiàn)控制和聯(lián)鎖功能上不夠理想。

電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS)應運而生,它是為提高發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的自動化、數(shù)字化、信息化、可靠性和運行管理水平,應用計算機、測量保護與控制、現(xiàn)場總線及通信技術(shù),實現(xiàn)發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的電氣運行、保護、控制、故障信息管理及故障診斷、電氣性能優(yōu)化等功能的分層分布式綜合自動化在線監(jiān)控管理系統(tǒng)。

2常規(guī)廠用電氣系統(tǒng)進入DCS的方式及特點

按照常規(guī)方式,廠用電氣設備與分散控制系統(tǒng)系統(tǒng)(DCS)的聯(lián)系一般采用硬接線方式,該方案具有如下的特點:

1)數(shù)據(jù)一對一傳輸,安全可靠,但傳輸線多,易受干擾影響。DCS系統(tǒng)I/O卡件多,現(xiàn)場開關(guān)柜變送器多,設備投資增加。

2)所有I/O量均是通過電纜由開關(guān)柜(盤)處連到計算機系統(tǒng)的I/O 柜上,隨著DCS采集的數(shù)據(jù)量的不斷增大,電纜的數(shù)量不斷增多,使電纜通道擁擠不堪。增加了大量的電纜工程量和調(diào)試工作量,增大了計算機系統(tǒng)的調(diào)試周期及調(diào)試難度。

3)由于上述量均是通過電纜由開關(guān)柜(盤)處連到計算機系統(tǒng)的I/O柜上,為降低電纜及DCS卡件費用,僅重要的量才能進入計算機系統(tǒng),計算機系統(tǒng)監(jiān)測信息不完整,無法及時判斷何種保護動作。

4)整個系統(tǒng)由分離裝置通過控制電纜構(gòu)成,系統(tǒng)維護工作量大、易受干擾、系統(tǒng)可靠性差、投資成本高。

5)延長運行人員處理時間,不能實現(xiàn)在工程師站上對電器元件進行管理維護,給電廠運行維護造成不便。

6)由于上述量均是通過硬接線由開關(guān)柜(盤)處連到DCS的I/O柜上,調(diào)試均集中到最后DCS系統(tǒng)的調(diào)試上。而DCS設備一般是電廠最后訂貨的設備,其調(diào)試一般是最后進行,且調(diào)試工作量也是電廠控制系統(tǒng)最大的,調(diào)試時間要求也很緊。由開關(guān)柜(盤)處連到DCS的這些量的調(diào)試必然增加最后DCS的調(diào)試周期,增加調(diào)試難度。

7)由于倒送廠用電,要求發(fā)電廠廠用電源系統(tǒng)通常在DCS未調(diào)試之前投入運行,即要求廠用電系統(tǒng)及其控制能提前進行調(diào)試并投運,此種接入方式通常無法滿足此要求。

8)DCS通常都是由電廠的熱工人員進行日常的維護,如果采用這種接入方式,使廠用電控制系統(tǒng)不利于電氣檢修人員的管理。

3廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的應用可行性

80年代中期以來,為適應現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢,世界上各電氣制造商紛紛推出智能化電氣前端產(chǎn)品。這些智能化的前端產(chǎn)品為利用通訊技術(shù)構(gòu)成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡創(chuàng)造了條件,同時計算機控制和網(wǎng)絡通訊技術(shù)在變電站綜合自動化系統(tǒng)上的成熟應用,也使現(xiàn)場總線技術(shù)應用到電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)變得可行。

廠用電系統(tǒng)采用全計算機控制、CRT監(jiān)視,全面按功能分散和物理分散的原則進行設計,有利于電廠的安全高效運行及管理,提高全廠綜合自動化水平,與“數(shù)字化”電廠的要求相適應,實現(xiàn)全廠監(jiān)控和信息系統(tǒng)網(wǎng)絡化。

4廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

廠用電監(jiān)測管理系統(tǒng)采用分散式就地安裝的集保護、測量、控制、通信于一體的智能前端設備,采用冗余的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡將前端電氣智能設備、自動裝置的通信接口連接起來構(gòu)成電氣實時控制層網(wǎng)絡;數(shù)據(jù)庫服務器、電氣操作員兼工程師站組成以太網(wǎng),構(gòu)成電氣監(jiān)控層網(wǎng)絡;處于中間的通訊管理機與下層的控制網(wǎng)絡和上層的監(jiān)控網(wǎng)絡連接,構(gòu)成通訊管理層。同時廠用電監(jiān)測管理系統(tǒng)還可以通過通訊接口接入DCS系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的優(yōu)點是:與DCS系統(tǒng)間通過100M工業(yè)以太網(wǎng)絡連接,可省卻與DCS控制器的多個聯(lián)絡通訊接口的設計,根據(jù)工藝系統(tǒng)的具體控制要求上傳DCS監(jiān)視必要的電氣信息量。

電氣工作站除實現(xiàn)畫面顯示、報表生成、打印、人機接口、事件記錄、報警、事故追憶、分析、系統(tǒng)維護等功能外,還可以充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后信息全面的優(yōu)勢避免了電氣信息孤島的出現(xiàn),加強電氣信息的有效應用,完成較為復雜的電氣運行管理工作,如實現(xiàn)自動抄表、故障信息管理、設備管理、定值整定等高級應用功能。

5國電哈爾濱平南熱電廠廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的初步配置

本期工程新建2×330MW供熱機組,每臺機組設一套電氣綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS),具體介紹如下:

本方案的系統(tǒng)采用可靠的分布式結(jié)構(gòu)設計,為保證系統(tǒng)的可靠性,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三層,即間隔層,通信層和站控層。

間隔層負責各間隔的就地控制,間隔層的設備主要由6kV綜合保護測控裝置、400V智能型電動機控保裝置、400V饋線綜合保護測控裝置、微機自動準同期裝置ASS、微機自動勵磁調(diào)節(jié)裝置AVR、微機廠用電源快速切換裝置、微機直流電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置、微機發(fā)變組保護裝置、故障錄波器、微機起動/備用變壓器保護裝置等。間隔層的設備6kV和400V綜合保護測控裝置安裝于開關(guān)柜內(nèi),采用高速現(xiàn)場總線(CAN、LANWORKS、PROFIBUS可選)與通信層的通訊管理機通信。

通信層(通信管理機,通信網(wǎng)絡等)主要由工業(yè)級嵌入式控制器-通訊管理機組成。硬件上采用通信模塊化設計,可同時支持多種類型的通信口,包括以太網(wǎng)、串行通信口、CAN、LANWORKS、PROFIBUS等現(xiàn)場總線接口等。軟件上采用規(guī)約庫,支持各種國際通用的網(wǎng)絡通訊協(xié)議。用以實現(xiàn)間隔層設備和站控層設備的“上傳下發(fā)”,并監(jiān)視和管理各測控單元等設備。通信管理機根據(jù)監(jiān)控對象設置,布置于各機組電氣繼電器室。

站控層是ECMS系統(tǒng)管理的核心,對間隔層裝置采集并通過通信層上傳的信息進行處理,具有顯示、對時、打印、控制操作、報表生成、系統(tǒng)自診斷/自恢復、數(shù)據(jù)庫管理等功能。

系統(tǒng)的特點是采用“硬接線+通訊”的方式接入DCS,是目前國內(nèi)大多數(shù)工程采用的ECMS模式。主廠房6kV開關(guān)柜、400/230V PC、MCC各段中各個回路的I/O控制信息,保護定值,測量量等,由各個回路的保護測控裝置通過總線方式進入電氣ECMS系統(tǒng)的通訊管理機 ,但對于參加工藝系統(tǒng)控制的、有嚴格邏輯聯(lián)鎖和高適時性要求的廠用電源及高、低壓電動機,為了機組安全運行及停機考慮,保留了與DCS的硬接線啟?？刂坪蛶讉€關(guān)鍵信號的硬接線。對于電氣其余的自動裝置如:微機自動準同期裝置ASS、微機自動勵磁調(diào)節(jié)裝置AVR、微機廠用電源快速切換裝置、微機直流電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置、微機發(fā)變組保護裝置、故障錄波器、微機起動/備用變壓器保護裝置等,則專門設置機組通訊管理機,將這些自動裝置的大量信息通過較為通用的RS485通訊方式進入ECMS控制系統(tǒng)。

為機組安全考慮,所有廠用電源部分及電動機控制仍沿用DCS I/O單通道硬接線方式及ECMS的高速現(xiàn)場總線方式(雙通道) 兩種方式,兩種控制方式要有明顯的操作閉鎖。

6技術(shù)與經(jīng)濟比較

6.1廠用電系統(tǒng)納入DCS的二種模式技術(shù)比較

6.2技術(shù)分析

國電哈爾濱平南熱電廠采用保留關(guān)鍵硬接線型方案比常規(guī)接入DCS(電氣信息全部采用硬接線)控制方案時,全廠的DCS中電氣I/O點數(shù)節(jié)省大約1200點(包括電動機)。雖然全通訊方案較保留關(guān)鍵硬接線的方案更加徹底,減少的DCS I/O點數(shù)也更多,但是由于運行經(jīng)驗極少,還有待進一步完善。同時總線可采集的信息量為:模擬量AI:1400點;DI/DO約8700點,總共約10100點。

7結(jié)論

國電哈爾濱平南熱電廠采用廠用電監(jiān)測管理系統(tǒng),不僅能節(jié)約投資,更主要的是使全廠的電氣控制的自動化程度和管理水平提高到一個更高的層次。采用保留關(guān)鍵點硬接線且與通訊相結(jié)合的廠用電監(jiān)測管理系統(tǒng)進行控制和監(jiān)測的方式,不僅在運行時與以往硬接線方式差別小,符合傳統(tǒng)運行習慣,容易掌握,而且可以減少大量的檢修及維護量,精簡了電氣維護人員的數(shù)量,節(jié)省大量計算機電纜及電纜橋架等直接投資。