淺析國(guó)內(nèi)火電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展方向

【摘要】通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)火電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）的產(chǎn)生發(fā)展分析，以及電氣系統(tǒng)接入集散控制系統(tǒng)（DCS）不同模式應(yīng)用中的問(wèn)題，確定了“硬接線+通信”方式是解決以上問(wèn)題的最佳方案。隨著科技的進(jìn)步，電氣系統(tǒng)接入DCS應(yīng)用中存在的問(wèn)題一定能夠得到妥善解決，將會(huì)出現(xiàn)新的技術(shù)代替“硬接線+通信”方式。

【關(guān)鍵詞】電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）；硬接線全球通信集散控制系統(tǒng)（DCS）

一、前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，我國(guó)的火電廠已經(jīng)將電子技術(shù)和信息技術(shù)應(yīng)用到了火電廠的自動(dòng)化管理系統(tǒng)中，火電廠采用自動(dòng)化管理系統(tǒng)可以提高電廠的機(jī)組發(fā)電效率，降低管理生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)更加規(guī)范的管理。在火電廠中使用集散控制系統(tǒng)（DCS）、電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）、管理信息系統(tǒng)（MIS）以及一些輔助系統(tǒng)，讓火電廠的運(yùn)行和管理進(jìn)入到了網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化狀態(tài)，這些新技術(shù)的應(yīng)用將使火電廠在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，尤其是火電廠的電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）可以為火電廠實(shí)現(xiàn)機(jī)爐電一體化運(yùn)行提供了完整解決方案[1]。

二、ECS的產(chǎn)生

上世紀(jì)八十年代，在我國(guó)單機(jī)容量超過(guò)300MW的火電機(jī)組中都開(kāi)始采用DCS，應(yīng)用初期DCS的功能是對(duì)汽機(jī)和鍋爐進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)機(jī)爐自動(dòng)化操作，但是這種最開(kāi)始的DCS應(yīng)用中電氣的控制還沒(méi)完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，仍然需要手工操作。九十年代中后期，這種情況隨著發(fā)變組、廠用電系統(tǒng)和其他裝置的微機(jī)化才得到改觀，電氣系統(tǒng)開(kāi)始嘗試接入到DCS中，接入到DCS的主要系統(tǒng)有：發(fā)變組系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，高壓廠用電源系統(tǒng)，低壓廠用電源系統(tǒng)和400V PC，高壓?jiǎn)?備變電源系統(tǒng)，柴油發(fā)電機(jī)組和保安電源，直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)，自動(dòng)同期系統(tǒng)，廠用電快切系統(tǒng)等。

這種方式是電氣信息通過(guò)硬接線接入DCS中（如圖1所示），接入的信息包括開(kāi)關(guān)量輸入（DI）、開(kāi)關(guān)量輸出（DO）、模擬量輸入（AI），接入方式為空接點(diǎn)和4-20mA直流信號(hào)。通過(guò)這種方式的連接，DCS可以對(duì)電氣系統(tǒng)的信息進(jìn)行顯示和報(bào)警，提高了火電廠電氣設(shè)備的安全性和可靠性，同時(shí)諸多系統(tǒng)接入DCS，可以讓DCS實(shí)行更加全面的控制，更有利于機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)。采用這種方式可以將電氣量的I/O模件柜集中布置，為設(shè)備管理和運(yùn)行提供一個(gè)好的環(huán)境，硬接線方式傳輸信號(hào)可以更快的將信息傳遞到位，降低設(shè)備的故障率和維修效率，雖然前期設(shè)備的投資較大，但是從安全性方面和可靠性方面來(lái)考慮，將電氣信息接入DCS是最佳方案。

在通信方式逐漸應(yīng)用的情況下，硬接線的方式依然在使用。但是硬接線在實(shí)際應(yīng)用中還是存在很多的缺點(diǎn)的，具體問(wèn)題如下：

第一DCS需要配備的變送器、IO卡件、機(jī)柜和連接電纜的數(shù)量龐大，而且在實(shí)際施工過(guò)程中工序較多，施工技術(shù)要求較高，所需要的投入也較大。

第二，DCS只能接入部分的信息，不能大規(guī)模的接入信息，而且這種弊端還不能通過(guò)系統(tǒng)擴(kuò)展的方式來(lái)解決，因?yàn)橄到y(tǒng)擴(kuò)展的性能很差，根本不足以讓更多的信息接入。

第三，電廠用電回路需要配備單獨(dú)的電度表，但是電度表又不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，還是要工作人員手工抄表，增加了工作人員的工作量。

第四，還不能完成事故追憶、保護(hù)定值管理、操作票等復(fù)雜的維護(hù)和管理工作，所以電氣自動(dòng)化的水平不高，還需要不斷的提升自動(dòng)化水平。

第五，在倒送廠用電的時(shí)候還沒(méi)有將DCS投入到運(yùn)營(yíng)，所以高壓?jiǎn)?備變、高/低壓廠用電源的遠(yuǎn)方操作還不能實(shí)現(xiàn)。

第六，廠用電設(shè)備已經(jīng)采用了微機(jī)化的保護(hù)裝置，進(jìn)行了間隔設(shè)計(jì)，這種及保護(hù)和監(jiān)控于一體的通信功能能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳送大量的信息給DCS，在準(zhǔn)確度和精度方面已經(jīng)達(dá)到了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，所以采用硬接線的方式浪費(fèi)了資源。

硬接線的這些應(yīng)用問(wèn)題，特別是對(duì)于接入DCS用于監(jiān)測(cè)功能的信息，需要采用另外一種方式來(lái)完善，而通信方式代替硬接線就可以很好的解決這一問(wèn)題，近幾年來(lái)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在發(fā)電廠的自動(dòng)化控制中得到了廣泛應(yīng)用，而且在應(yīng)用中逐漸的發(fā)展完善，為火電廠電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)接入DCS提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為了提高火電廠的電氣監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化水平，很多的生產(chǎn)者都在不斷的進(jìn)行電氣監(jiān)控系統(tǒng)的研究，火電廠的電氣信息接入DCS的方式變成了“硬接線+通信”的方式，很多的電廠中都以通信代替了硬接線技術(shù)，“硬接線+通信”方式已經(jīng)成為了當(dāng)前火電廠電氣系統(tǒng)接入DCS的主流解決方案。

三、“硬接線+通信”方式的ECS的構(gòu)成

“硬接線+通信”方式的ECS一般采用的是分層分體系的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分為站控層、通信層、間隔層三部分，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

站控層一般采用的是客戶機(jī)/服務(wù)器的分布式結(jié)構(gòu)，站控層由服務(wù)器、操作員工作站等組成，構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)化控制中心，現(xiàn)在的電氣系統(tǒng)信息基本上都是通過(guò)通信方式接入到DCS中，但是這些信息的接入只是用作監(jiān)控功能，DCS還沒(méi)有開(kāi)發(fā)針對(duì)電氣的軟件，通過(guò)ECS站控層可以實(shí)現(xiàn)電氣監(jiān)控，而且也能克服硬接線中不能事故追憶等的缺陷，更好的進(jìn)行電氣系統(tǒng)的管理和維護(hù)，保證電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

通信層主要是管理信息，通過(guò)信息的搜集和分析完成職能。通信層是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入到站控層的主干網(wǎng)，一般通過(guò)通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)通信接口和格式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，通信管理的接口可以和DCS處理單元相聯(lián)，達(dá)到信息共享?，F(xiàn)在ECS和DCS通信可以通過(guò)站控層通信網(wǎng)關(guān)和通信層的通信管理機(jī)制兩種方式進(jìn)行，通信網(wǎng)關(guān)需要一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境保障，它的優(yōu)點(diǎn)是可以接納大量的信息，DCS則需要專門的軟件模塊，受到DCS開(kāi)放性的限制。

間隔層是由很多的智能電器設(shè)備組成的，主要是完成電氣系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)信息采集、保護(hù)、控制和數(shù)據(jù)通訊功能。

四、“硬接線+通信”方式的ECS應(yīng)用中的問(wèn)題

“硬接線+通信”方式的ECS是首次在火電廠電氣系統(tǒng)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，“硬接線+通信”方式的應(yīng)用改變了DCS在電氣信息接入的模式，很多的信息都是通過(guò)通信方式接入到DCS中，只用保留和工藝聯(lián)鎖控制相關(guān)的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出設(shè)備的硬接線，其余部分都實(shí)現(xiàn)了通信聯(lián)接[2]。將“硬接線+通信”方式應(yīng)用到火電廠系統(tǒng)中，方便企業(yè)采用新的管理模式和維護(hù)方式，而且本身還具備很多的優(yōu)點(diǎn)。但是ECS在實(shí)施的過(guò)程中還存在很多的困難和問(wèn)題，比如：DCS取消了很懂的變送器和IO卡件，很多的人不能接受；進(jìn)口DCS設(shè)備的通信開(kāi)放性受限；通信方式的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多不具備很好的實(shí)時(shí)性；ECS站控層和通信層較復(fù)雜建設(shè)成本高。

要解決這些問(wèn)題，一方面需要ECS廠家根據(jù)用戶的實(shí)際需要提供更加先進(jìn)、可靠的產(chǎn)品和服務(wù)，提高通信的實(shí)時(shí)性，提供更加完善的電氣完善管理功能；另一方面，需要電廠對(duì)ECS充滿信心，做好ECS和DCS的互連規(guī)劃工作，更好提升進(jìn)口設(shè)備的開(kāi)放性和靈活性。

五、全球通信方式的ECS的發(fā)展展望

ECS從產(chǎn)生起都受到了用戶的熱烈追捧，更是在提高電氣自動(dòng)化過(guò)程中不斷發(fā)展以達(dá)到和DS的無(wú)縫連接的目的，但是就目前的情況而言還只能進(jìn)行監(jiān)控，不能實(shí)現(xiàn)全球通信方式，當(dāng)前的全球通信方式研究結(jié)果如圖3所示，這種方式下的通信實(shí)時(shí)性較高，完全可以滿足電廠工藝聯(lián)鎖控制的需求。

在未來(lái)的發(fā)展中如果參與工藝聯(lián)鎖的綜保裝置能夠根據(jù)ECS和DCS相關(guān)要求將控制信息和非控制信息分開(kāi)，通過(guò)獨(dú)立接口接入DPU和ECS通信管理機(jī)，信息的實(shí)時(shí)性和可靠性方面將得到提升，但是負(fù)荷增加將會(huì)對(duì)技術(shù)提出更高的要求，所以在未來(lái)的發(fā)展中需要DCS廠家、ECS廠家和電廠相互合作才能更好的實(shí)現(xiàn)全球通信方式的ECS。

六、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)電力實(shí)業(yè)的發(fā)展，電氣監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，就現(xiàn)階段而言，“硬接線+通信”是最好解決ECS接入DCS實(shí)現(xiàn)機(jī)爐電一體化控制難題的方式，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，在未來(lái)全球通信方式也將被廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]錢可弭.新型發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)[J].廣東電力，2005，18（3）：21-25.

[2]吳澤生，吳艷萍.數(shù)字化電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的探討[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2004，24（1）：94-97.

作者簡(jiǎn)介

屈正果，男，（1985.6---），吉林省吉林市人，工程師；研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。