廠用電監(jiān)控系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用

田紅蓮 殷文權(quán)

（1、鄭州旭飛光電科技有限公司，河南 鄭州 450016 2、鄭州華晶金剛石股份有限公司，河南 鄭州 450016）

1 概述

廠用電監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)是為協(xié)調(diào)電廠熱控與電氣自動化的同步發(fā)展，提高發(fā)電廠廠用電電氣控制管理水平而開發(fā)的在線系統(tǒng)，電廠廠用電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行對機組的安全起著至關(guān)重要的作用。該系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計，將監(jiān)視、控制、測量、繼電保護、安全自動裝置、通訊、遠動等多種功能集于一體，利用現(xiàn)場總線將間隔層設(shè)備的通訊接口連接起來，構(gòu)成電氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過以太網(wǎng)將電氣工程師站、站控主站等連接起來，構(gòu)成電氣監(jiān)控管理上位機系統(tǒng)，通過通訊管理層中的主控單元機連接DCS系統(tǒng)，徹底實現(xiàn)發(fā)電廠的機、爐、電監(jiān)控一體化，大大提高了發(fā)電廠運行的自動化程度，保證廠用電系統(tǒng)經(jīng)濟、安全、可靠、穩(wěn)定運行。

2 ECS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的優(yōu)缺點

在電廠的工程項目中部分電動機采用進入DCS并實現(xiàn)了電氣順序控制，而另一部分進入了ECS系統(tǒng)。傳統(tǒng)的實現(xiàn)方式是把電氣控制直接引入DCS，將斷路器位置信號等開關(guān)量直接接入DCS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，電壓電流等模擬量通過變送器轉(zhuǎn)換成4～20mA電流后接入DCS系統(tǒng)，經(jīng)處理后進監(jiān)控中心。這種方式的缺點是：

由于采用了變送器，二次接線復(fù)雜，造價高，抗干擾能力差，精度不高。

通過DCS采用專用硬件和軟件實現(xiàn)電氣邏輯，這些邏輯對速度要求較高時，加重了DCS負擔(dān)，代價大，并且由于DCS實現(xiàn)電氣功能的方式是I/O采集信號后通過主控單元完成算法，實時性較差，不易滿足電氣要求。電氣控制依賴于DCS，沒有提升電氣專業(yè)的運行水平和管理水平。投產(chǎn)初期由于DCS投入較晚致使電氣控制失去遠主控制功能。增加了DCS硬件，而沒有實現(xiàn)真正的分散控制。

隨著電力工業(yè)不斷發(fā)展，電力自動化技術(shù)實用化程度的不斷提高，新一代的ECS電氣控制系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)DCS的成熟技術(shù)，采用先進的現(xiàn)場總線和開放的通訊接口，ECS的優(yōu)點是變千百根電纜為一根，節(jié)約大量電纜；控制功能下放到現(xiàn)場，使控制信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、實時性、快速性和可靠性大為提高；現(xiàn)場總線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化省去I/O端子柜和控制柜后，使控制室占地面積大大減少并使系統(tǒng)簡化，系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試和維護費用的降低及工作量也大大減少；有利于控制室的防火和火電廠的安全運行。在發(fā)電廠采用了廠用電監(jiān)控系統(tǒng)（ECS系統(tǒng)）和DCS系統(tǒng)同時并存的方式，這樣就克服了DCS系統(tǒng)的缺點從而構(gòu)成了更完善的分布式控制系統(tǒng)。

3 廠用電監(jiān)控系統(tǒng)(ECS)的特點

3.1 簡化高效的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用流行的三層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單清晰，間隔層的微機保護測控裝置和通訊層的主控單元，通訊接入裝置采用了基于嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)的通訊技術(shù)，可以直接和站控層多臺計算機進行以太網(wǎng)通訊，省卻了基于現(xiàn)場工業(yè)總線通訊技術(shù)的間隔層裝置和以太網(wǎng)站控層計算機之間必需的介質(zhì)及規(guī)約轉(zhuǎn)換，減少了通信的環(huán)節(jié)和成本，消除了通訊層的故障瓶頸，提高了通信可靠性；同時可以充分發(fā)揮以太網(wǎng)傳輸速度高、容量大、成本低、開放性好和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)靈活的特點。

3.2 雙機雙網(wǎng)的設(shè)計

站控層中的多臺計算機可以采用雙以太網(wǎng)、雙數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及雙操作員工作站；間隔層的微機保護測控裝置和通信接人裝置可以提供相互獨立的雙以太網(wǎng)口，通信互不干擾，組成冗余備份的雙網(wǎng)。

3.3 合理的內(nèi)網(wǎng)通訊機制

站控層的多臺計算機和通訊管理層的主控單元、間隔層的微機保護裝置之間采用基于標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議、具有很強開放性的通訊規(guī)約。規(guī)約采用主動上送和召喚應(yīng)答相結(jié)合的方式，變化數(shù)據(jù)突發(fā)上送，穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)地定時上送，這既確保了突發(fā)事件在第一時間得到優(yōu)先上送，又保證了站控層系統(tǒng)能定時獲得來自各裝置的全數(shù)據(jù)，避免產(chǎn)生死數(shù)據(jù)。雙網(wǎng)備份冗余的組網(wǎng)方案使得站控層計算機能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的瞬時狀況動態(tài)地在雙網(wǎng)之間取舍數(shù)據(jù)以規(guī)避通訊故障。

3.4 微機保護測控一體化

廠用電微機保護測控裝置將保護功能和測控功能按對象進行設(shè)計，集合保護、測控功能于一臺裝置中，可就地安裝在開關(guān)柜上，減少了大量的二次電纜和變頻器裝置，僅通過通信電纜于上層系統(tǒng)聯(lián)系，取消了大量的信號、測量、控制、保護電纜接入繼電器室，節(jié)省了投資，提高了整個系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

4 應(yīng)用實例

河南省“十五”重點工程項目某電廠是“2x300MW“的火力發(fā)電廠，在2005年12月已經(jīng)投入運行，廠用電監(jiān)控系統(tǒng)(ECS)運行穩(wěn)定、反映良好，整個廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)西北電力設(shè)計院提供的技術(shù)要求結(jié)合電廠實際情況及6KV系統(tǒng)、400V系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)的組網(wǎng)通訊要求而完成的。主要保護和監(jiān)控對象有發(fā)電機變壓器組保護、啟備變保護、主廠房電動機、勵磁系統(tǒng)、廠用電快切系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等的監(jiān)視和控制管理。電廠的控制層次和對象可分為站控層、通訊管理層和間隔層三級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，電廠監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)。站控層通訊網(wǎng)由于信息流量大、開放性要求高，故采用以太網(wǎng)。通訊管理層到間隔層通訊媒介采用光纖和電纜（雙絞線），通信規(guī)約采用CSPA2004 TCP/IP通信傳輸規(guī)約。

5 廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展前景和預(yù)測

廠用電電氣監(jiān)控系統(tǒng)ECS，保留了傳統(tǒng)DCS的成熟技術(shù)，采用先進的現(xiàn)場總線和開放標(biāo)準(zhǔn)，可以取代了1/0硬接線。ECS將能取代DCS中的電氣自動化，用微機保護測控裝置取代DCS的電氣1/0。從經(jīng)濟分析比較（單臺300MW機組ECS與DCS-體化控制）一體化控制系統(tǒng)設(shè)計方案的綜合技術(shù)性能水平高，信息量是常規(guī)應(yīng)用方式的2倍；采用一體化控制系統(tǒng)設(shè)計方案機組自動化水平得到整體性提高。

廠用電電氣控制的特點可歸納為：面向?qū)ο?，功能獨立；電氣系統(tǒng)操作少，保護動作快速；功能下放，可靠性要求極高；基于現(xiàn)場總線；分層分布控制?，F(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢有以下幾點：完全替代4-20mA模擬信號，實現(xiàn)傳輸信號數(shù)字化，易于現(xiàn)場布線，降低了電纜安裝和保養(yǎng)費用，提高了可靠性；控制、報警、趨勢分析等功能分散在現(xiàn)場儀表和裝置中，簡化了上層系統(tǒng)；各廠家產(chǎn)品的交互操作和互換使用，給用戶進行系統(tǒng)組織提供了方便；實現(xiàn)自動化儀表技術(shù)從模擬數(shù)字技術(shù)向全數(shù)字技術(shù)轉(zhuǎn)化，自動化系統(tǒng)從封閉式系統(tǒng)向開放式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。

6 結(jié)語

廠用電電氣控制系統(tǒng)在我國的應(yīng)用還剛起步，特別是在大型火電機組中的應(yīng)用只占其中極少部分。我國大中小型電廠在廠用電電氣控制系統(tǒng)方面落后于國外的企業(yè)。因此，廠用電電氣控制系統(tǒng)在我國電力行業(yè)中的推廣應(yīng)用刻不容緩。現(xiàn)在我國廠用電控制系統(tǒng)的發(fā)展勢頭十分迅猛，應(yīng)用前景十分廣闊。我們應(yīng)該積極推進廠用電控制系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用，為實現(xiàn)電廠的全面數(shù)字化奠定堅實的基礎(chǔ)。

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