升壓站控制系統(tǒng)功能淺析

楊文廣 蘇瑞敏

摘 要：隨著電氣設(shè)備自動(dòng)化水平的不斷提高，電廠或電網(wǎng)對(duì)電氣設(shè)備的控制要求也不斷加強(qiáng)，專用智能裝置的廣泛應(yīng)用，為電氣自動(dòng)化控制創(chuàng)造了極好的條件。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)大型機(jī)組NCS的發(fā)展及應(yīng)用情況的同時(shí)分析電氣自動(dòng)化控制對(duì)象控制功能的需求基礎(chǔ)上，對(duì)常規(guī)NCS控制方式和NCS納入DCS控制方式進(jìn)行較詳細(xì)的比較和技術(shù)分析，并對(duì)這種技術(shù)方案可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：升壓站；控制系統(tǒng)；功能

中圖分類號(hào)： TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）19-187-2

0 引言

隨著電力需求的不斷快速增長(zhǎng)，人們提出了建立電力生產(chǎn)中心的設(shè)想，即升壓站系統(tǒng)，它是通過(guò)電荷電壓變換的一個(gè)整體系統(tǒng)。升壓站一般是把低電壓變?yōu)楦唠妷?，然后送到更高等?jí)的電壓輸電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)資源共享。為了方便使用，將大電壓變成小電壓，或?qū)⑿‰妷鹤兇箅妷旱淖冸娫O(shè)備。升壓站主要是升壓，減小線路電流，減小電能的損失。

1 傳統(tǒng)NCS控制方式

在常規(guī)升壓站中控制功能全部由NCS來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制，一般廠用電、低壓配電系統(tǒng)及高壓變壓器組控制功能基本都是由DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體如下：

現(xiàn)在高壓電氣設(shè)備與傳統(tǒng)模式最大的不同是采用網(wǎng)絡(luò)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)NCS作為主要的監(jiān)控手段而傳統(tǒng)方式是采用一對(duì)一硬手操控模式，NCS的推廣應(yīng)用提高了電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平，節(jié)約了大量人力，同時(shí)增強(qiáng)了設(shè)備的安全可靠性。

間隔層、一級(jí)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、站控層二層設(shè)備組成了升壓站的監(jiān)控系統(tǒng)，服務(wù)器、工程師站、微機(jī)防誤系統(tǒng)和操作員站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接組成了計(jì)算機(jī)站控層監(jiān)控系統(tǒng)，站控層不但具備人機(jī)聯(lián)系界面，還可以實(shí)現(xiàn)升壓站管理中心和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電氣設(shè)備監(jiān)控，并可以和調(diào)度通信中心通信。若干個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接組成了間隔層，它是站控層或網(wǎng)絡(luò)通信失敗監(jiān)控?zé)o法實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制，通過(guò)間隔層操作可以實(shí)現(xiàn)間隔設(shè)備的就地操作、監(jiān)視功能，站控層與廠局級(jí)管理系統(tǒng)SIS實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊。

目前，NCS已在升壓站運(yùn)行中被廣泛應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常成熟，下面我們對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。

2 NCS納入DCS控制方式

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫(xiě)（Distributed Control System），國(guó)內(nèi)將他命名為為集散控制系統(tǒng)，相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上演變、發(fā)展而來(lái)的一種新的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

我們?cè)谏钊胙芯侩姎饪刂菩枨蠛髞?lái)探討NCS納入DCS控制方式，根據(jù)DCS控制系統(tǒng)的特性，我們進(jìn)一步設(shè)計(jì)替代方案。隨著控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，NCS逐漸被DCS系統(tǒng)取代，DCS系統(tǒng)通過(guò)IEC61850規(guī)約通信后，升壓站的電氣量通過(guò)MMS接口與DCS系統(tǒng)連接，電流互感器、電壓互感器等模擬量和保護(hù)信號(hào)通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成4～20 mA量送入DCS，這樣DCS就能實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓站內(nèi)所有設(shè)備的監(jiān)視和操作。

3 NCS納入DCS控制方式比NCS控制方式具備的優(yōu)勢(shì)

3.1 造價(jià)對(duì)比

常規(guī)NCS控制方式所需設(shè)備如表1所示。

由以上表對(duì)比可以看出，采用NCS納入DCS控制方式后，控制系統(tǒng)造價(jià)降低了很多。

3.2 先進(jìn)性對(duì)比

傳統(tǒng)升壓站的NCS系統(tǒng)必須單獨(dú)組網(wǎng)，信息傳送必須經(jīng)過(guò)規(guī)約轉(zhuǎn)換后才能實(shí)現(xiàn)接口通信再送到DCS系統(tǒng)，時(shí)間上無(wú)法做到與控制系統(tǒng)時(shí)間完全一致，對(duì)事故分析時(shí)造成一定的影響。

如果升壓站中電氣設(shè)備的操作和監(jiān)控分別在兩套不同的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，升壓站維護(hù)成本會(huì)非常大且操作復(fù)雜，給后期使用和維護(hù)造成很大困難，而且兩套系統(tǒng)信息不互相兼容必須通過(guò)規(guī)約轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的互通，增加了投入成本和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。NCS納入DCS控制方式后，技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)兼容，不需要通信轉(zhuǎn)換既可以實(shí)現(xiàn)信息的共享，減少了系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)降低了投入成本，系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠。

3.3 對(duì)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行的影響對(duì)比

常規(guī)NCS控制方式在電廠或升壓站中已經(jīng)用了很多年，因此本文以NCS控制方式為例，通過(guò)傳統(tǒng)NCS系統(tǒng)和NCS納入DCS控制方式對(duì)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行產(chǎn)生的影響進(jìn)行比較。

3.3.1 與調(diào)度接口的問(wèn)題

傳統(tǒng)NCS控制系統(tǒng)只能通過(guò)專用遠(yuǎn)動(dòng)工作站和規(guī)約轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成常用的101、104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約來(lái)實(shí)現(xiàn)和調(diào)度的通信，但是由于存在很大的缺點(diǎn)和漏洞被調(diào)度所不接受。但是NCS納入DCS控制方式后，系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控后臺(tái)通信裝置直接可以實(shí)現(xiàn)與調(diào)度的互相連接，實(shí)現(xiàn)通信與信息的遠(yuǎn)傳。

3.3.2 信息采集問(wèn)題

網(wǎng)絡(luò)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能不但包括升壓站的控制、監(jiān)視，同時(shí)它還是一個(gè)信息采集站，即整個(gè)系統(tǒng)與升壓站內(nèi)所有的一次設(shè)備、二次設(shè)備如故障錄波器、保護(hù)裝置、直流、DCS、安全穩(wěn)定控制裝置等設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)信息在監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視，所需數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)傳遞，NCS通過(guò)通信接口與電能計(jì)量裝置互聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)電能的有功、無(wú)功、電壓、電流量的傳輸，同時(shí)利用系統(tǒng)軟件可以生成報(bào)表供運(yùn)行人員查閱。

3.3.3 同期問(wèn)題

由于DCS系統(tǒng)通過(guò)變送器采集相關(guān)的電壓、電流量，而變送器只能采集電壓、電流量的幅值，而無(wú)法獲得相位信息，因此必須裝設(shè)獨(dú)立的同期裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)斷路器的同期。不僅如此，500千伏3/2接線方式接線較為復(fù)雜，還必須另外裝設(shè)近區(qū)優(yōu)先法則電壓切換裝置，根據(jù)升壓站線路的運(yùn)行情況自動(dòng)切換電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)同期和線路的重合閘，給設(shè)計(jì)、施工人員工作帶來(lái)不便；而在NCS中，這些裝置都安裝在斷路器測(cè)控柜中，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，成熟可靠。

3.3.4 規(guī)約問(wèn)題

目前，由于DCS通信存在不穩(wěn)定等漏洞和國(guó)家的管控，其發(fā)展速度在很大程度上受到了限制。一般情況下，DCS系統(tǒng)通信規(guī)約的限制對(duì)于電氣自動(dòng)化的控制開(kāi)發(fā)有一定局限性，因此不能實(shí)現(xiàn)接受電氣智能設(shè)備的更多電氣和模擬量，所以它的應(yīng)用較多的用在發(fā)電廠的機(jī)爐控制方面。反觀電氣NCS，廠家的大力開(kāi)發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)廣泛應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了與電氣智能設(shè)備連接功能全部實(shí)現(xiàn)，而且可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)電氣智能設(shè)備廠家的不同產(chǎn)品通過(guò)接口程序或硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，經(jīng)驗(yàn)豐富；而DCS廠家對(duì)智能電氣設(shè)備不熟悉，其通信和規(guī)約轉(zhuǎn)換又受到限制，與智能電器設(shè)備之間接口和互通有沒(méi)有較為成熟的借鑒經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)DCS廠家和后期的維護(hù)人員具有較大的挑戰(zhàn)性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)NCS控制方式的分析后，提出了電氣NCS納入DCS控制的方案，并將兩者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后進(jìn)行了對(duì)比，其功能如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)行深入研究。在風(fēng)電場(chǎng)的升壓站中如果將所有的控制信息NCS納入DCS控制，通過(guò)DCS系統(tǒng)完全可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的各種功能，這種先進(jìn)的控制方式可以優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)資源的合理化配置。

參 考 文 獻(xiàn)

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