發(fā)電廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)模式探討

王海霞

【摘 要】該文主要通過對(duì)相關(guān)的工程實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，對(duì)如今火電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)所采用的模式進(jìn)行一些相關(guān)問題的探討，通過采用CAN總線對(duì)電網(wǎng)的系統(tǒng)組態(tài)模式自動(dòng)化進(jìn)行完善，并利用現(xiàn)有的案例，發(fā)現(xiàn)這種模式具有配置靈活和更容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電廠；熱工自動(dòng)化；電氣自動(dòng)化；電氣監(jiān)控系統(tǒng)

Model of power plant automation control system

Wang Hai-xia

（Handan City Ruijie Water Resources and Hydropower Engineering Co.， Ltd Handan Hebei 056000）

【Abstract】This paper mainly through the related engineering practice summary of the thermal power plant is now used by the electrical control system mode to explore a number of related issues， through the use of CAN bus on the grid automation system configuration mode to perfect， and the use of existing case， found that this model has flexible configuration and easier to maintain.

【Key words】Thermal automation；Electric automation；Electric Power Plant Monitoring System

1. 引言

發(fā)電廠電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的布置方式和數(shù)量相對(duì)而言較復(fù)雜，而且廠用電設(shè)備的安裝一般都具有較多的元件數(shù)量，因?yàn)槠溥\(yùn)行管理的信息量相當(dāng)巨大。這一系列因素造成了檢修維護(hù)工作復(fù)雜。但是電氣系統(tǒng)或設(shè)備在運(yùn)行正常的過程中，人為的操作時(shí)間一般較少。所以這就要求電氣設(shè)備的可靠性高和運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。

2. 電氣監(jiān)控功能

2.1 基本功能。

2.1.1 相關(guān)數(shù)據(jù)處理和收集。

眾所周知，搜集現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)信息是測(cè)控的主要目的，其作用是能夠?qū)⒁恍┈F(xiàn)場(chǎng)的模擬量等數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)的計(jì)算檢驗(yàn)出來。在進(jìn)行檢驗(yàn)的過程中，還能夠?qū)σ恍┫嚓P(guān)的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性的校正，有利于對(duì)其重要數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。一般情況下，在對(duì)模擬量等信號(hào)類型進(jìn)行采集的過程中，對(duì)電流、有功功率、無功功率等因數(shù)也能夠同時(shí)進(jìn)行測(cè)定。脈沖量通常是指的有功電能和無功電能，狀態(tài)量則由信號(hào)斷路器、繼電保護(hù)等裝置組成的，其主要作用是對(duì)一些電力系統(tǒng)的不利狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)然其信號(hào)的監(jiān)視功能也包含其中。

2.1.2 畫面顯示。

畫面顯示的主要作用是將所有的模擬量、相關(guān)計(jì)算量以及隔離開關(guān)、斷路器等在同一屏幕上顯示出來，當(dāng)然實(shí)際掛牌檢修狀態(tài)也在其顯示的行列。

2.1.3 監(jiān)視報(bào)警功能。

監(jiān)視報(bào)警功能能夠讓工作人員將電站的全部設(shè)備運(yùn)行信息實(shí)質(zhì)的顯示出來，包括設(shè)備參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和操作指令等重要信息。與此同時(shí)，還能夠?qū)⑾到y(tǒng)的實(shí)時(shí)信息通過結(jié)合畫面顯示功能顯示出來。例如發(fā)電廠的模擬量發(fā)生越限狀況，其監(jiān)視報(bào)警功能能夠自動(dòng)將越限對(duì)象名稱、編號(hào)、越限參數(shù)值、越限時(shí)間等重要數(shù)據(jù)顯示出來，并進(jìn)行打印，還能夠自動(dòng)的對(duì)越限次數(shù)進(jìn)行計(jì)算。事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警是監(jiān)視報(bào)警功能進(jìn)行報(bào)警的兩種形式，通常利用不同信號(hào)燈的顏色來進(jìn)行區(qū)分。

2.1.4 操作控制。

操作控制的方式主要有兩級(jí)控制、就地控制、上位機(jī)或DCS控制這四種控制方式。其中就地控制、上位機(jī)和DCS控制方式相比兩級(jí)控制其技術(shù)更為完善，統(tǒng)稱為操作命令的優(yōu)先級(jí)，能夠確?？刂葡到y(tǒng)的一致性和安全性，加大發(fā)電廠安全生產(chǎn)的力度。

2.1.5 事件次序記錄。

發(fā)電站的一些重要設(shè)備一旦發(fā)生事故，對(duì)其主要信息及時(shí)的顯示出來是非常重要的，與此同時(shí)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的記錄也是一項(xiàng)重要的工作。將安全自動(dòng)裝置和斷路器的信號(hào)名稱、編號(hào)、動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作性質(zhì)及信號(hào)狀態(tài)等按正確的時(shí)間順序記錄下來并打印有利于對(duì)事故起因進(jìn)行分析，進(jìn)而得出相應(yīng)的解決辦法，預(yù)防下一次相同事故的發(fā)生。

2.2 高級(jí)管理。

2.2.1 電氣設(shè)施管理。

保護(hù)和自動(dòng)管理裝置的臺(tái)帳、檔案、維修記錄等均為電氣設(shè)施的管理范圍。以如今的技術(shù)做到電氣主站系統(tǒng)及時(shí)的記錄設(shè)備的動(dòng)作、運(yùn)行等情況，并自動(dòng)被傳至MIS 系統(tǒng)。

2.2.2 故障事件管理。

一般故障事件的管理要做到可以自動(dòng)記錄所有的相關(guān)信息，并做一些簡(jiǎn)單必要的分析，確定故障發(fā)生的主要原因，這對(duì)如何防范事故不會(huì)再次發(fā)生具有十分重要的意義。

3. 系統(tǒng)的組態(tài)模式及構(gòu)建

3.1 組態(tài)模式。

3.1.1 集中監(jiān)控。

集中監(jiān)控這種方法的好處就是能夠最大限度的保護(hù)控制器，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對(duì)而言較為簡(jiǎn)單。然而，由于主要集中監(jiān)控在一個(gè)焦點(diǎn)上，各種功能的系統(tǒng)特征無法很好的發(fā)揮出來，所以該處理器的任務(wù)將太重，影響處理速度。將所有的電氣設(shè)備都插入顯示器，也能夠?qū)⒈槐O(jiān)視對(duì)象的數(shù)量大量增加，這也將使控制區(qū)域增加。

3.1.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控。

與集中監(jiān)控相比，遠(yuǎn)程監(jiān)控對(duì)安裝成本所需的費(fèi)用更少，而且通過使用電纜，能夠讓控制區(qū)的配置更靈活和可靠性更高。但是缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)總線的通信速度比較慢，近年來電廠電業(yè)務(wù)大大增加，所以這種監(jiān)測(cè)方法只適用于電廠機(jī)組系統(tǒng)。

3.1.3 現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控。

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已被廣泛使用，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，此技術(shù)的信息傳輸速度也越來越快，加大了自動(dòng)化電氣設(shè)備的發(fā)展?，F(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更具有針對(duì)性，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)的不同時(shí)間間隔，同時(shí)運(yùn)行多種不同的功能。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以減少大量的隔離設(shè)備，如模擬卡部分。電氣設(shè)備的智能監(jiān)控還可以實(shí)現(xiàn)本地安裝和監(jiān)控系統(tǒng)通信線路自動(dòng)連接，可以節(jié)省大量的現(xiàn)場(chǎng)總線的控制，這種方式是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)未來的主要發(fā)展方向。

3.2 大電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建。

CPU分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的子系統(tǒng)，每一層次都有不同的功能。整個(gè)體系被分為基站控制層和間隔層。不但能夠?qū)τ?jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，還能夠完成主機(jī)之間正常的信息交換，以便提高發(fā)電站的整體監(jiān)控水平。操作工作站、遠(yuǎn)程工作站、專業(yè)維修工作站被統(tǒng)稱為單元層的信號(hào)站。主機(jī)和操作工作站的電氣運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)為控制單元，是保證操作人員監(jiān)控的發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的重要設(shè)備，它還能夠自動(dòng)抄表，對(duì)線路等相關(guān)信息進(jìn)行記錄，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，以供其使用。例如：裝置管理工作站將有一個(gè)特殊的運(yùn)行狀態(tài)需要運(yùn)作，其遠(yuǎn)程工作站會(huì)將其連接到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制中心將操作的動(dòng)力裝置利用電氣系統(tǒng)發(fā)送到遠(yuǎn)程控制中心，它將可以接收來自遠(yuǎn)程控制中心的數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可在任何時(shí)間段修改和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行報(bào)表和界面的設(shè)計(jì)工作，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)，對(duì)工作站進(jìn)行維護(hù)。

4. ECS 和DCS 的連接

根據(jù)發(fā)電廠的實(shí)際工作習(xí)慣，DCS 仍然是監(jiān)控的首要選擇。ECS 與DCS的連接，從DCS的角度來看，可以看作是擴(kuò)展了DCS的功能與監(jiān)控性能。包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）。對(duì)于采用全開放式的系統(tǒng)而言，ECS和DCS在保護(hù)層、通信層、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層實(shí)行全方位數(shù)據(jù)交換。ECS和DCS的連接方式有很多種，大多數(shù)電廠采用以下兩種方式連接：（1）ECS 的通信處理采用以太網(wǎng)/RS-485/232 與DCS 的DPU 通信，根據(jù)預(yù)計(jì)的設(shè)置，把DCS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)迅速的轉(zhuǎn)發(fā)到DPU，同時(shí)接受DPU下發(fā)的各種控制命令，并轉(zhuǎn)送到具體的測(cè)控保護(hù)裝置。本方案的特色之處在于ECS 與DCS 相互獨(dú)立，簡(jiǎn)單易控，是目前主流的方案。（2）ECS通過以太橋接入DCS以太網(wǎng)。交換一些實(shí)時(shí)性要求不高的信息，例如事件、分析結(jié)果、優(yōu)化方案等，這些數(shù)據(jù)往往與DCS的工作流程無關(guān)。

5. 發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展前景

目前流行的ECS保留了過去DCS的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了全面的深化，使發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)邁向了一個(gè)新的水平。未來的電氣監(jiān)控系統(tǒng)將向著全面提升電氣自動(dòng)化和熱工自動(dòng)化水平的方向邁進(jìn)，方便運(yùn)行，容易操控，ECS功能全面化是未來監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，ECS除應(yīng)將現(xiàn)有的廠用電監(jiān)控向更深層次發(fā)展之外，還應(yīng)將發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)監(jiān)控、主從變壓器、SF6斷路器等主要設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)診斷也納入ECS這一平臺(tái)。另外，基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，全面使用分層控制，提高電氣監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，也是其發(fā)展方向。

6. 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電廠電氣系統(tǒng)是由一組獨(dú)立的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的，與發(fā)電廠電氣部分的運(yùn)行相比，這是一個(gè)更加經(jīng)濟(jì)可行的解決方案。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的可靠性越來越高，未來將實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的發(fā)電廠電氣部分，并預(yù)計(jì)它最終將與工廠的DCS系統(tǒng)合并，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享，這將使電力系統(tǒng)自動(dòng)化的整體水平有一個(gè)質(zhì)的飛躍。

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