發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)組網(wǎng)簡介

宋緒強(qiáng)

摘 要：電廠現(xiàn)場保護(hù)測控層電氣設(shè)備多，信息量大，極易造成數(shù)據(jù)堵塞和系統(tǒng)崩潰，發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)具有可靠性、穩(wěn)定性、實時性，該系統(tǒng)裝置的直流電源具備抗瞬變干擾功能，開關(guān)量具有防抖動功能，電氣量監(jiān)控分層布置，直接接入CSCS系統(tǒng)的交換機(jī)實時通訊，以保障機(jī)組調(diào)節(jié)控制可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：測控層；可靠性；運(yùn)行

發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)——ECMS（Electrical Control and Management System in power plants）即原來的 FECS、EFCS、ECS 等，是中國電力顧問集團(tuán)鑒于廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)名稱混亂而進(jìn)行統(tǒng)一的（詳見電顧問 2008 [20]號文）。它集合保護(hù)功能和測控功能，保護(hù)和測控功能自始至終既相對獨(dú)立又相互融合，為發(fā)電廠電氣自動化提供了一個完整的解決方案，能滿足各種機(jī)組容量等級發(fā)電廠的電氣自動化需要。

一、發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的典型配置

發(fā)電廠電氣監(jiān)控管路系統(tǒng)采用靈活的分層分布式結(jié)構(gòu)，典型配置可分為三層網(wǎng)傳統(tǒng)模式和二層網(wǎng)直聯(lián)模式和集控中心模式，三層網(wǎng)系統(tǒng)自上而下包括監(jiān)測層、通訊管理層、現(xiàn)場測控單元間隔層等，它把現(xiàn)地保護(hù)測控裝置、智能裝置等的信號匯總到通訊管理單元，然后再由通訊管理單元根據(jù)上一層的需要向上分發(fā)數(shù)據(jù)，主要是向當(dāng)?shù)睾笈_系統(tǒng)和遠(yuǎn)方一個或多個系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)。所傳送的數(shù)據(jù)可以是通訊管理單元的全部數(shù)據(jù)也可以是一部分?jǐn)?shù)據(jù)，一般當(dāng)?shù)睾笈_系統(tǒng)可以接收到全數(shù)據(jù)，而其他系統(tǒng)由于業(yè)務(wù)的需要、也由于受到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸速度慢的限制，只收部分?jǐn)?shù)據(jù)。

兩層網(wǎng)直聯(lián)模式是測控或保護(hù)測控裝置通過工業(yè)以太網(wǎng)（或光網(wǎng)）方式直接接入監(jiān)控網(wǎng)；其他分散部分現(xiàn)場以總線或工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)，通過前置機(jī)接入站控層監(jiān)控網(wǎng)，對于不具備以太網(wǎng)功能的其它智能裝置，采用先進(jìn)入通訊管理單元再由通訊管理單元上送給后臺系統(tǒng)和通訊管理單元。條件具備時也可通過工業(yè)以太網(wǎng)方式直接接入監(jiān)控網(wǎng)。由于在兩層網(wǎng)中，保護(hù)測控單元的數(shù)據(jù)上送現(xiàn)地后臺系統(tǒng)時不再經(jīng)過通訊管理單元而是直接上送，減少了中間環(huán)節(jié)，在速度上顯然要比三層網(wǎng)快，也不會由于通訊管理單元的故障而導(dǎo)致收不到所有裝置的數(shù)據(jù)，對保護(hù)測控裝置提出了更高的要求。

監(jiān)測層是整個廠用電監(jiān)測/監(jiān)控及管理系統(tǒng)的監(jiān)測、管理中心，通訊控制站是實現(xiàn)所轄范圍內(nèi)的監(jiān)測和控制、通信接收、發(fā)送、信息匯集、處理、協(xié)議規(guī)約轉(zhuǎn)換、與電廠其它計算機(jī)控制系統(tǒng)通訊、通訊監(jiān)視等功能。現(xiàn)場測控單元是裝于廠用電系統(tǒng)的現(xiàn)場高低壓開關(guān)柜（盤、箱中）或單獨(dú)組屏，直接監(jiān)測、控制廠用電系統(tǒng)的各個回路的智能單元。

集控中心模式是需要監(jiān)視子站或多子站/分站系統(tǒng)（2 個及以上）的變電站集控中心模式，集控中心分布配置操作員站、工程師站、遠(yuǎn)動工作站等模塊。集控中心內(nèi)，設(shè)備或直接連入監(jiān)控網(wǎng)，或通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器接入監(jiān)控網(wǎng)。各子站/分站配置主備前置機(jī)，經(jīng)轉(zhuǎn)換設(shè)備和光纜連入集控中心監(jiān)控主網(wǎng)交換機(jī)。

二、ECMS系統(tǒng)主要功能

ECMS系統(tǒng)具有對地下廠房內(nèi)高低壓電源、電氣設(shè)備遙測、遙信、遙調(diào)、遙控功能，同時具有數(shù)據(jù)管理、記錄、分析、顯示、報警、打印功能。

ECMS系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)匯總、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，可以將所采集到的數(shù)據(jù)整理后有選擇的送至CSCS和SIS系統(tǒng)，并根據(jù)如上系統(tǒng)要求進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，機(jī)組數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或光網(wǎng)傳輸?shù)綑C(jī)組CSCS系統(tǒng)，公用數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或光網(wǎng)可傳輸?shù)絻膳_機(jī)組CSCS系統(tǒng)。

ECMS系統(tǒng)監(jiān)測的對象為地下廠房高低壓電氣電源開關(guān)具有如下：

地下廠房10KV進(jìn)線開關(guān)及饋線電源（廠低變）開關(guān)等。

地下廠房及輔助廠用400VPC電源進(jìn)線、分段空氣斷路器。

地下廠房及輔助廠房用400VPC至400VMCC電源空氣斷路器及其它饋線開關(guān)，以及PC段所有的電動機(jī)回路。

ECMS對高低壓電源開關(guān)具有遙控功能，正常運(yùn)行時，系統(tǒng)的所有設(shè)備均在CSCS操作完成。

ECMS系統(tǒng)監(jiān)測其他電氣設(shè)備有：發(fā)變組保護(hù)、勵磁系統(tǒng)、起備變保護(hù)、直流系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)、快切裝置等。

三、ECMS系統(tǒng)的構(gòu)思

全廠可設(shè)一套ECMS系統(tǒng)，由監(jiān)測層、適當(dāng)設(shè)置通信管理層、間隔層構(gòu)成。

（1）光纖兩層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特性：

傳輸介質(zhì)為光纖，可有效避免電磁干擾；傳輸介質(zhì)采用環(huán)型結(jié)構(gòu)并冗余同時結(jié)合“回繞”技術(shù)，最大限度地降低了由于線路損壞對系統(tǒng)造成的影響。

① 雙重化環(huán)行網(wǎng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)的令牌（Tokes）傳輸方向是逆時針方向，外環(huán)路令牌為順時針方向，令牌環(huán)行一周，每個站獲得一次發(fā)信權(quán)。一般情況下，外環(huán)為主網(wǎng)環(huán)路，內(nèi)環(huán)為熱備份網(wǎng)絡(luò)。

② 當(dāng)主網(wǎng)（外環(huán)）故障時（如網(wǎng)絡(luò)折斷）如圖所示。主網(wǎng)停止運(yùn)行，備份網(wǎng)投入運(yùn)行，不影響數(shù)據(jù)傳輸。

③ 當(dāng)內(nèi)環(huán)故障時，站間數(shù)據(jù)依靠外環(huán)傳輸系統(tǒng)仍可正常工作。

④ 當(dāng)某站故障時，如站3故障，可將故障站旁路掉，令牌從外送到站2處，再從站2自內(nèi)環(huán)返回到站1，并傳送到站4處，從站4自外環(huán)返回站1。令牌仍可傳送，系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行，此功能稱為環(huán)路返回（Loop-Back）功能。

（2）穩(wěn)定的實時響應(yīng)：

① 令牌網(wǎng)的最大優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定實時響應(yīng)。在重負(fù)荷工況下以太網(wǎng)（Ethernet）的通訊競爭激烈、碰撞增多，難于得到發(fā)送權(quán)，從而使數(shù)據(jù)傳輸阻塞，實時響應(yīng)急速下降。

② 令牌網(wǎng)沒有這一缺點(diǎn)，即使在重負(fù)荷工況下，令牌網(wǎng)的環(huán)行周期仍然是可設(shè)計和可控制的，在多個掛站的情況下，精心設(shè)計的硬件和軟件，仍可保證令牌環(huán)行周期在10ms之內(nèi)。因此可以設(shè)定的令牌周期為≥10ms。例如：50ms、100ms，這就意味著每個站每秒可獲得10～20次發(fā)送權(quán)，每個控制站每秒將可發(fā)送20K～30Kbyte數(shù)據(jù)量，因此它的通訊能力十分強(qiáng)大。

（3）通訊協(xié)議：

系統(tǒng)通訊主干網(wǎng)是采用FDDI（fiber distributed data interface光纖分布式數(shù)據(jù)接口）標(biāo)準(zhǔn)，是一種高性能的光纖令牌環(huán)狀網(wǎng)。它的速率為100Mbps，跨越的距離可達(dá)200km，最多可連接1000個站點(diǎn)。通訊介質(zhì)采用的是多模光纖，其傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率極高，傳送2.5*1010bit誤碼率遠(yuǎn)低于1bit。

基本LCU PLC控制器承擔(dān)受控裝置閉環(huán)、開環(huán)控制任務(wù)，同時也承擔(dān)了聯(lián)鎖保護(hù)任務(wù)，是系統(tǒng)中完成控制保護(hù)任務(wù)的基本計算單元；冗余配置的高速光纖通訊網(wǎng)絡(luò)，連接了全部基本LCU PLC控制器及上面人-機(jī)界面系統(tǒng)；操作員工作站（POC）、工程師工作站（EWS）、歷史數(shù)據(jù)站（HDS）、通訊接口站（CIS）等掛于高速光纖網(wǎng)絡(luò)上，構(gòu)成機(jī)組級人-機(jī)界面系統(tǒng)。需要制表打印輸出的數(shù)據(jù)，由操作員工作站（POC）、工程師工作站（EWS）、歷史數(shù)據(jù)站（HDS）傳送到外設(shè)網(wǎng)絡(luò)上，由打印機(jī)（PRNT）輸出。

除上所述外，還應(yīng)對ECMS任務(wù)跟蹤和裝置信息點(diǎn)表、進(jìn)入CSCS系統(tǒng)、送SIS系統(tǒng)的站點(diǎn)、設(shè)備名稱、測點(diǎn)名、測點(diǎn)類型名、測點(diǎn)ID、表點(diǎn)ID、第一網(wǎng)卡、第二網(wǎng)卡、地址等進(jìn)行賦值定義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-9700發(fā)電廠廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS）簡介