摘要：隨著數(shù)字化發(fā)電廠自動(dòng)化水平的不斷提高，電氣系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)成為當(dāng)前設(shè)計(jì)的主流。由于發(fā)電機(jī)-變壓器組(以下簡(jiǎn)稱發(fā)-變組)系統(tǒng)的自動(dòng)控制、保護(hù)功能均由專用裝置完成。DCS對(duì)發(fā)-變組系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)的操作功能以手動(dòng)操作和簡(jiǎn)單的順控為主，操作頻次較少，而DCS主要以閉環(huán)模擬量調(diào)節(jié)、控制為主，用于電氣監(jiān)控勢(shì)必造成資源浪費(fèi)。多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)的成熟運(yùn)用使電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)( ECMS)代替DCS實(shí)現(xiàn)火電廠監(jiān)控系統(tǒng)已成為可能。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；電氣監(jiān)控；管理系統(tǒng)

1 火力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)常規(guī)監(jiān)控方案

電氣設(shè)備采用“通信+硬接線”的方式接入DCS，是目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)工程采用的模式。主廠房電氣各個(gè)回路的合、分閘命令，部分重要的I/O信息等通過(guò)硬接線的方式一對(duì)一送入DCS接口柜。其余的I/O信息，模擬測(cè)量等，則由各個(gè)回路的保護(hù)測(cè)控裝置通過(guò)總線方式進(jìn)入電氣現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(EFCS)的通信管理機(jī)，EFCS后臺(tái)通過(guò)100 M以太網(wǎng)接口與DCS服務(wù)器進(jìn)行通信。對(duì)于電氣其余的自動(dòng)裝置如:自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置(ASS)、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置(AVR)、廠用電源快速切換裝置、備用電源自動(dòng)切換裝置、直流電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置、不間斷電源(UPS)裝置、發(fā)-變組保護(hù)裝置、發(fā)-變組故障錄波器、柴油發(fā)電機(jī)、啟動(dòng)/備用變壓器保護(hù)裝置等，則專門(mén)設(shè)置機(jī)組通信管理機(jī)，將這些自動(dòng)裝置的信息通過(guò)RS485 總線方式進(jìn)入電氣EFCS的通信管理機(jī)，EFCS后臺(tái)通過(guò)100 M以太網(wǎng)接口與DCS通信。

EFCS與DCS硬接線相結(jié)合的方案具有如下的特點(diǎn)。

a.該模式下的EFCS與DCS一體化控制除了信息融合以外，控制功能有所分工，對(duì)于斷路器的控制仍沿用DCS I/O單通道硬接線方式，但是對(duì)于電氣廠用電的非關(guān)鍵的信息傳輸則采用了EFCS的高速現(xiàn)場(chǎng)總線方式，EFCS還可通過(guò)網(wǎng)關(guān)將大量信息送給除DCS以外的廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)。

b.取消了原有的部分變送器、表計(jì)、電度表等傳統(tǒng)設(shè)備，減少了DCS的I/O卡件、減少了一部分電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等，節(jié)省了部分投資。

電氣管理系統(tǒng)的另一種控制模式為ECMS，下面以實(shí)際工程為例介紹ECMS方案的具體實(shí)施及特性。

2 火力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)“全通信”監(jiān)控方案

2.1 ECMS的方案實(shí)施

某工程采用ECMS對(duì)單元機(jī)組和輔助車(chē)間所有電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，并在單元控制室設(shè)置ECMS操作員站，ECMS不與機(jī)組DCS通信。全廠電氣系統(tǒng)設(shè)備直接在ECMS操作員站上實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。其與DCS一鍵順控啟/停功能相關(guān)的控制、機(jī)組保安負(fù)荷的控制、數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)相關(guān)的聯(lián)鎖信號(hào)等采用硬接線，其他監(jiān)控信號(hào)以通信方式經(jīng)測(cè)控裝置送入ECMS，對(duì)于高低壓廠用電源系統(tǒng)，所有電氣量全部采用通信方式接入ECMS進(jìn)行監(jiān)控，取消所有硬接線。

ECMS由單元機(jī)組電氣監(jiān)控系統(tǒng)、公用電氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)組成，單元機(jī)組ECMS采用分層、分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)備采用分散布置。

監(jiān)控主站層負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的集中監(jiān)控，由雙冗余的主機(jī)服務(wù)器、電氣操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和負(fù)責(zé)與SIS等其他系統(tǒng)通信的通信服務(wù)器等組成。

通信子站層主要由通信管理機(jī)和多串口通信服務(wù)器組成。它具有數(shù)據(jù)處理及通信功能，用于實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間的“上傳下發(fā)”，并監(jiān)視和管理各測(cè)控單元設(shè)備，還完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的加工和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理。通信管理機(jī)負(fù)責(zé)6 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的綜合保護(hù)測(cè)控裝置和400 V動(dòng)力中心(PC)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)智能測(cè)控裝置和400 V電動(dòng)機(jī)控制中心(MCC)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)馬達(dá)控制器等間隔層智能設(shè)備。ASS、AVR、廠用電源快速切換裝置、備用電源自動(dòng)切換裝置、直流電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置、UPS監(jiān)控裝置、發(fā)-變組保護(hù)裝置、故障錄波器、柴油發(fā)電機(jī)、啟動(dòng)/備用變壓器保護(hù)裝置等通過(guò)多串口通信服務(wù)器進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換后與電氣監(jiān)控系統(tǒng)通信。

間隔層負(fù)責(zé)各間隔就地監(jiān)控，間隔層設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)與通信管理單元連接。間隔層設(shè)備主要包括安裝在電氣電子設(shè)備間內(nèi)的發(fā)-變組、啟動(dòng)備用變壓器測(cè)控裝置、6 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)綜合保護(hù)測(cè)控裝置和400 V PC開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的智能測(cè)控裝置、400 V MCC開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的馬達(dá)控制器等。

2.2 ECMS的方案特點(diǎn)

2.2.1 高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可靠性

為保證ECMS網(wǎng)絡(luò)的高可靠性，采用了如下措施。

a.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，在設(shè)備布置上分散。避免了由于部分系統(tǒng)設(shè)備故障引起的整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)故障的可能性。

b.監(jiān)控主站層設(shè)備間采用冗余的高速以太網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用全交換星型網(wǎng)狀拓?fù)洌鞣?wù)器雙冗余，任意一個(gè)主站層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障不影響ECMS運(yùn)行。

c.監(jiān)控主站層與通信子站層通信管理機(jī)間采用冗余100 Mb/s光纖工業(yè)以太網(wǎng)連接，避免了網(wǎng)絡(luò)布線路徑的電磁干擾，提高了網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

2.2.2 高系統(tǒng)硬件可靠性

由于ECMS代替了DCS實(shí)現(xiàn)全廠電氣系統(tǒng)的監(jiān)控，對(duì)ECMS硬件可靠性要求比以往只實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能的電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件的要求更高。體現(xiàn)在:采用高性能、多CPU、多內(nèi)核架構(gòu)的系統(tǒng)服務(wù)器，完全滿足ECMS對(duì)可靠性和系統(tǒng)響應(yīng)速度的要求;大量采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，保證主站層與通信子站層間的通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行;發(fā)-變組測(cè)控裝置采用冗余配置，保證在一臺(tái)測(cè)控裝置故障或失電的情況下，仍能對(duì)發(fā)-變組等主要電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

2.2.3 高系統(tǒng)軟件可靠性

對(duì)ECMS軟件穩(wěn)定性和安全性的要求較常規(guī)電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有較大提高。ECMS的操作系統(tǒng)軟件采用安全、穩(wěn)定、可靠性高的UNIX操作系統(tǒng)。為防止由于軟件程序故障引起的電氣系統(tǒng)誤操作、提高機(jī)組安全運(yùn)行的能力，ECMS軟件系統(tǒng)設(shè)置了三個(gè)層次的防誤操作功能，分別有發(fā)變組測(cè)控裝置、系統(tǒng)主服務(wù)器和五防工作站內(nèi)的閉鎖軟件實(shí)現(xiàn)。

2.3 ECMS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

節(jié)約硬件數(shù)量與投資成本。取消了全部原有開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的變送器、表計(jì)、電度表等傳統(tǒng)設(shè)備，大幅度減少了DCS的I/O卡件，還可以用工控PC機(jī)作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資。

全開(kāi)放式的通信網(wǎng)絡(luò)。由于規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，對(duì)遵循同一通信協(xié)議的不同供貨商的控制產(chǎn)品，都可以實(shí)現(xiàn)通信互聯(lián)，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電廠工業(yè)級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)提供了必要的條件。

提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

減少了現(xiàn)場(chǎng)布線及投資。由于全部取消了廠用電6 kV、380 V開(kāi)關(guān)柜至DCS的硬接線，大幅度減少了DCS的I/O卡件、減少大部分電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等，節(jié)省了大量的投資。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式的電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，不僅能節(jié)約大量的投資，也能使全廠的電氣控制的自動(dòng)化程度和管理水平提高到一個(gè)更高的層次，實(shí)現(xiàn)了電廠電氣系統(tǒng)的數(shù)字化、信息化。采用“全通信”的廠用電監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)則是一種全新的技術(shù)方案，依賴于先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，向?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化電廠和信息化電廠的目標(biāo)邁出了重要的一步，是今后電廠電氣部分自動(dòng)化控制的一種趨勢(shì)，目前在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)監(jiān)控采用全總線方案從技術(shù)上是完全可行的。