發(fā)電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)的研究

張迎兵

【摘? 要】在發(fā)電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中運(yùn)用好監(jiān)控技術(shù)，不僅是機(jī)械良好運(yùn)作的保障，還是有效對(duì)機(jī)械運(yùn)作效能進(jìn)行提高的方法和途徑。運(yùn)用監(jiān)控技術(shù)，一方面能夠讓機(jī)械自身可能存在的問(wèn)題第一時(shí)間被操作人員發(fā)現(xiàn)，讓安全隱患第一時(shí)間被排除;另一方面還能對(duì)機(jī)械部件起到很好的保護(hù)作用，使機(jī)械使用壽命增長(zhǎng)，減少修理次數(shù)，有效地提高工作效率。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電廠;自動(dòng)化;監(jiān)控

一、集中模式

1.1原理

集中模式也就是傳統(tǒng)的硬接線方式，將強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹼娦盘?hào)，采用空接點(diǎn)方式和4～20mA標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)，通過(guò)電纜硬接線將電氣模擬量和開(kāi)關(guān)量信號(hào)一對(duì)一接至DCS的I/O模件柜，進(jìn)入DCS進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的監(jiān)控。這種模式又分為直接I/O接入方式和遠(yuǎn)程I/O接入方式兩種，前者是將電纜接至電子間集中組屏，后者是在數(shù)據(jù)較集中且離主控室較遠(yuǎn)的電氣設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立遠(yuǎn)程I/O采集柜，然后通過(guò)通信方式與DCS控制主機(jī)相連，兩者具有相同的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別。

1.2優(yōu)點(diǎn)

電氣量的采集集中組屏，便于管理，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境好;硬接線方式成熟，響應(yīng)速度快。

1.3缺點(diǎn)

1.3.1電纜數(shù)量大，電纜安裝工程量大，長(zhǎng)距離電纜引進(jìn)的干擾也可能影響DCS的可靠性。

1.3.2 DCS系統(tǒng)按“點(diǎn)”收費(fèi)，不僅投資大，而且只有重要的電氣量才能進(jìn)入DCS，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的電氣信息不完整。

1.3.3所有信息量均要集中匯總至DCS系統(tǒng)，風(fēng)險(xiǎn)集中，影響系統(tǒng)可靠性。

1.3.4由于DCS調(diào)試一般是最后進(jìn)行，采用集中模式通常難以滿足倒送廠用電的要求。

1.3.5沒(méi)有獨(dú)立的電氣監(jiān)控主站系統(tǒng)，無(wú)法完成較復(fù)雜的電氣運(yùn)行管理工作（如防誤、事故追憶、繼電保護(hù)運(yùn)行與故障信息自動(dòng)化管理、錄波分析等高級(jí)應(yīng)用功能），不能實(shí)現(xiàn)電氣的“綜合自動(dòng)化”。

二、分層分布式模式

2.1原理

分層分布式模式從邏輯上將ECS劃分為三層，即站級(jí)監(jiān)控層、通信層和間隔層（間隔單元）。間隔層由終端保護(hù)測(cè)控單元組成，利用面向電氣一次回路或電氣間隔的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，將測(cè)控單元和保護(hù)單元就地分布安裝在各個(gè)開(kāi)關(guān)柜或其他一次設(shè)備附近。網(wǎng)絡(luò)層由通信管理機(jī)、光纖或電纜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總、規(guī)約轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)和傳控制命令的功能。站級(jí)監(jiān)控層通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)間隔層進(jìn)行管理和交換信息。

2.2優(yōu)點(diǎn)

2.2.1間隔層測(cè)控終端就地安裝，減少占用面積，各裝置功能獨(dú)立，組態(tài)靈活，可靠性高。

2.2.2模擬量采用交流采樣，節(jié)省二次電纜，降低了成本，抗干擾能力增強(qiáng)，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)精度大大提高。

2.2.3系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)量提高，監(jiān)控信息完整，能實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)方對(duì)保護(hù)定值的修改及信號(hào)復(fù)歸，運(yùn)行維護(hù)方便。

2.2.4分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊（部件）正常運(yùn)行。

2.2.5設(shè)置獨(dú)立的電氣監(jiān)控主站，便于分步調(diào)試和投運(yùn)，滿足倒送電的要求。同時(shí)有利于廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和檢修。

三、關(guān)鍵技術(shù)

3.1間隔層終端測(cè)控保護(hù)單元。分層分布式系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是以間隔層一次設(shè)備為單位，現(xiàn)場(chǎng)配置測(cè)控保護(hù)單元。該單元是保障廠用電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行最重要、最有效的技術(shù)手段，對(duì)其可靠性、靈敏性、速動(dòng)性和選擇性都有很高的要求，因此不宜由DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，而應(yīng)該采用專(zhuān)用保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

廠用電系統(tǒng)保護(hù)主要有線路、廠用變、電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置等，實(shí)現(xiàn)微機(jī)化保護(hù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)方及就地控制以及記錄故障數(shù)據(jù)等功能。

3.2通信網(wǎng)絡(luò)。ECS系統(tǒng)安裝工作于高電壓、大電場(chǎng)的環(huán)境，工作環(huán)境惡劣、電磁干擾大，因而通信網(wǎng)絡(luò)是ECS系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，通信網(wǎng)絡(luò)的性能直接影響著自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能。目前較為流行的采用電纜現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)方式，光纖通信亦開(kāi)始被用戶逐步接受。

通信管理層是間隔層和站控層之間的橋梁，方案中一般采用雙冗余的設(shè)計(jì)思想，按照通信管理機(jī)雙機(jī)熱備用或雙通道備用原則配置，當(dāng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)切換至冗余裝置或通道，以提高系統(tǒng)可靠性。

3.3監(jiān)控主站。監(jiān)控主站安置在站級(jí)監(jiān)控層，實(shí)現(xiàn)廠用電電氣系統(tǒng)監(jiān)控和管理，主站配置的設(shè)備和規(guī)模需要根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)組的容量和運(yùn)行管理要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，即可以配置成單機(jī)、雙機(jī)或多機(jī)系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備主要有數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用和Web服務(wù)器、操作員站、工程師站，以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、GPS和打印機(jī)。

盡管配置的設(shè)備規(guī)模不同，但配置的軟件以及完成的功能基本一樣。軟件主要有前置機(jī)軟件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、人機(jī)界面軟件和圖形建模軟件等。功能主要有系統(tǒng)監(jiān)控功能、數(shù)據(jù)管理功能、系統(tǒng)管理功能以及應(yīng)用分析功能等。

3.4 ECS與DCS的協(xié)調(diào)控制。由于電氣系統(tǒng)與熱工系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程和控制要求上有著很多不同之處，所以在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段和調(diào)度運(yùn)行過(guò)程時(shí)必須要考慮ECS與DCS系統(tǒng)之間的功能分工和協(xié)調(diào)控制，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

由DCS實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連鎖邏輯控制操作，廠用電自動(dòng)切換邏輯由專(zhuān)用電氣裝置實(shí)現(xiàn)。由ECS實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)、故障錄波和事故追憶等功能的管理。

控制操作主要在DCS操作員工作站進(jìn)行，DCS系統(tǒng)授權(quán)后也可在ECS操作員工作站進(jìn)行，但要保證控制權(quán)的唯一性。

四、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控監(jiān)控技術(shù)運(yùn)用前景

4.1 發(fā)揮嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)在電氣自動(dòng)化的整個(gè)監(jiān)控過(guò)程中，運(yùn)用以太網(wǎng)技術(shù)，不僅可以提高傳感的靈敏度，還能夠?qū)Ψ彪s的監(jiān)控過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，將無(wú)縫通信在電氣綜合自動(dòng)化中的作用發(fā)揮到最大。尤其是當(dāng)前交換技術(shù)和全雙工通信的不斷發(fā)展，不僅可以對(duì)信息數(shù)據(jù)有誤、對(duì)數(shù)據(jù)傳輸慢的問(wèn)題進(jìn)行解決，還能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行很好的保護(hù)，從而達(dá)到預(yù)期的效果。

4.2 注重綜合智能化技術(shù)應(yīng)用，起到綜合協(xié)調(diào)的作用信息化的智能型特點(diǎn)在ECS系統(tǒng)控制的發(fā)展中逐漸地體現(xiàn)出來(lái)。在對(duì)站控層和間隔層這兩方面進(jìn)行發(fā)展時(shí)，可以通過(guò)運(yùn)用電腦信息數(shù)字加工的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)站控層、間隔層等特點(diǎn)，可以通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)分析歷史數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)，提供一些與之相關(guān)聯(lián)的高級(jí)應(yīng)用功能。并且能夠運(yùn)用數(shù)字綜合分析的方式對(duì)上述信息所反映出來(lái)的情況進(jìn)行很好的協(xié)調(diào)和解決。

4.3 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，從而擴(kuò)寬產(chǎn)品的效應(yīng)在生產(chǎn)加工產(chǎn)品時(shí)，要根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，是當(dāng)中不可或缺的重要的組成部分。從近年的生產(chǎn)試驗(yàn)來(lái)看，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始大量地研發(fā)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的電氣綜合自動(dòng)化產(chǎn)品，主要從下面兩點(diǎn)來(lái)看：（1）著重把握監(jiān)控信息的多層次性，體現(xiàn)分層特點(diǎn);（2）主要將ACSI作為通信服務(wù)的接口，對(duì)監(jiān)控操作提供方便。

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