淺析發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)和功能

王立妍，張洪亮

華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司生產(chǎn)技術(shù)部，內(nèi)蒙 古包頭 014013

0 引言

基于現(xiàn)場(chǎng)總線模式的發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)，充分發(fā)揮電氣保護(hù)測(cè)控設(shè)備在電廠自動(dòng)化監(jiān)控中的功能。電氣監(jiān)控系統(tǒng)采用的分層分布式結(jié)構(gòu)，可保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。電氣監(jiān)控系統(tǒng)ECS后臺(tái)軟件所具有的強(qiáng)大功能，不僅能保證電廠正常運(yùn)行時(shí)采用的DCS為主的操作模式，而且給電廠運(yùn)行維護(hù)人員提供了豐富的控制操作、數(shù)據(jù)分析、在線故障查找、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、歷史曲線等功能，完全可以作為DCS在出現(xiàn)故障或檢修調(diào)試時(shí)的一種安全運(yùn)行手段[1]。

1 電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)

由于電氣監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以及接入DCS可能帶來的問題，在設(shè)計(jì)一個(gè)高效合理的發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)之前，應(yīng)先了解ECS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，主要為[2]：

1）總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)。一種類型的總線，只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定。就其總線協(xié)議的基本原理而言，各類總線都是一樣的，都以解決雙向串行數(shù)字化通信傳輸為基本依據(jù)。但由于各種原困，各類總線的總線協(xié)議存在很大的差異。

2）ECS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置。數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置是ECS系統(tǒng)的硬件支撐，是基礎(chǔ)，ECS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動(dòng)控制裝置與現(xiàn)場(chǎng)裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制。如果現(xiàn)場(chǎng)裝置不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議，不具備數(shù)字通信功能，那么所謂的雙向數(shù)字通信只是一句空話，也不能稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。再者，現(xiàn)場(chǎng)總線的一大特點(diǎn)就是要增加現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)的控制功能。

3）電氣聯(lián)鎖問題。發(fā)電廠中存在很多聯(lián)鎖回路，盡管聯(lián)鎖的邏輯比較簡(jiǎn)單，但是電氣設(shè)備本身操作復(fù)雜，以鍵基于RS-485／RS-232的通信并不十分穩(wěn)定，容易出現(xiàn)通信中斷，從而造成聯(lián)鎖失效，因此在聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)上是采用硬接線還是采用通訊也是一個(gè)關(guān)鍵問題。

4）功能問題。電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，如果只在DCS中有監(jiān)視、測(cè)量、動(dòng)作等簡(jiǎn)單功能，并不能在深層次上提高電氣系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理水平，也無法體現(xiàn)出電氣系統(tǒng)接入DCS實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)純的優(yōu)越性。

2 電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方案及功能

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

結(jié)合上述存在問題和實(shí)施要點(diǎn)，一個(gè)完善的ECS系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)思想為：系統(tǒng)采用分散式就地的集保護(hù)、測(cè)量、控制、通信于一體的只能前端設(shè)備，用現(xiàn)場(chǎng)總線把這些設(shè)備的通信接口連接起來構(gòu)成電氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；通過以太網(wǎng)連接設(shè)備將數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、電氣運(yùn)行工作站、維護(hù)工程師站、遠(yuǎn)東工作站等組網(wǎng)構(gòu)成電氣監(jiān)控管理上位機(jī)系統(tǒng)；通過通信管理機(jī)連接DCS系統(tǒng)；通過服務(wù)組件與電廠的MIS，SIS等互聯(lián)。廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)(ECS)應(yīng)采用分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為上位機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控層、通訊管理層、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)測(cè)控單元層三層。

2.2 組網(wǎng)方案

電氣監(jiān)控系統(tǒng)可以理解為DCS系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)，因此，ECS一般是獨(dú)立組網(wǎng)，然后與DCS聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息共享。組網(wǎng)方案的優(yōu)劣，直接關(guān)系到電廠運(yùn)行的可靠性、實(shí)時(shí)性和安全性。

根據(jù)ECS與DCS的聯(lián)絡(luò)方式進(jìn)行分類，可分為：硬接線和現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合的方式和完全現(xiàn)場(chǎng)總線方式；根據(jù)FECS組網(wǎng)的方式分類，又可分為：面向?qū)ο蟮慕M網(wǎng)模式和面向過程的組網(wǎng)模式。

2.2.1 硬接線和現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合的方式

大型火力發(fā)電廠的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)測(cè)控單元層的裝置數(shù)量眾多，為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，需將這些裝置分為若干組，再通過現(xiàn)場(chǎng)總線分別組網(wǎng)至對(duì)應(yīng)的通訊主控單元，通訊主控單元通過100m以太網(wǎng)和ECS系統(tǒng)自身的上位機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控層進(jìn)行通訊。在這種方式下，每個(gè)主控單元均提供與DCS的通訊接口，該通訊接口可以是串行接口，也可以是以太網(wǎng)。ECS和DCS之間的數(shù)據(jù)交換可通過通訊主控單元與DCS的DPU直接通訊完成，或者由ECS監(jiān)控層與DCS監(jiān)控層經(jīng)過網(wǎng)橋通訊完成。

2.2.2 完全現(xiàn)場(chǎng)總線方式

本方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與上一方案基本相同。不同之處在于將上述保留的硬接線也取消，全部采用通訊方式完成。此時(shí)，ECS往往根據(jù)DCS系統(tǒng)DPU的配置情況配備通訊主控單元，即把與熱工生產(chǎn)流程密切相關(guān)的電動(dòng)機(jī)等負(fù)載保護(hù)、測(cè)控設(shè)器按DPU分組，接入通訊主控單元，通訊主控單元與DPU一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)通訊主控單元與DPU進(jìn)行一對(duì)一通訊。通訊接口可以是串行接口(RS232／422／485)，也可以是以太網(wǎng)。

2.2.3 面向?qū)ο蟮慕M網(wǎng)模式

根據(jù)廠用電原理接線的分段對(duì)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)測(cè)控層設(shè)備進(jìn)行分組，按段通過現(xiàn)場(chǎng)總線分別組網(wǎng)至對(duì)應(yīng)的通信管理層主控革元，發(fā)交組保護(hù)，起/備變保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)等智能設(shè)備成組接入通信管理機(jī)，再由主控單元通過以太網(wǎng)與上位桃系統(tǒng)監(jiān)控層進(jìn)行通訊。

在完全現(xiàn)場(chǎng)總線方式下，面向?qū)ο蟮慕M網(wǎng)模式不便于DCS過程控制，而在硬接線和現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合的方式下，可通過硬接線方式將實(shí)時(shí)性要求高參與邏輯控制的工藝流程信息與DCS系統(tǒng)DPU對(duì)應(yīng)，解決此問題。因此面向?qū)ο蟮慕M網(wǎng)模式多采用硬接線與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合的方式。

2.2.4 面向過程的組網(wǎng)模式

根據(jù)發(fā)電廠的控制流程，把與熱工控制流程相關(guān)的廠用電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控設(shè)備等按DCS的DPU分組的方式分組，并接入響應(yīng)的通信管理機(jī)與DCS的分布式處理單元DPU對(duì)應(yīng)通信，廠用電源保護(hù)測(cè)控設(shè)備成組接入通信管理機(jī)，發(fā)變組保護(hù)、起／備變保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)等智能設(shè)備成維接入通信管理機(jī)，再由主控單元通過以太網(wǎng)與上位機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控層進(jìn)行通信。

3 結(jié)論

面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)，具有通用性好、可維護(hù)性強(qiáng)、易操作性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。本文從電氣系統(tǒng)自身所具有的特點(diǎn)出發(fā)，介紹了ECS的發(fā)展?fàn)顩r，并著重討論了ECS系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)模式和所具備的功能。

[1]楊中，章建民.RCS-9000電氣監(jiān)控系統(tǒng)在燃機(jī)電廠的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（7）.

[2]師法民，吳偉，張克惠，等.電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)模式及其與分散控制系統(tǒng)接入方式的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（11）.