廠用電監控系統在電廠的應用

田紅蓮 殷文權

（1、鄭州旭飛光電科技有限公司，河南 鄭州 450016 2、鄭州華晶金剛石股份有限公司，河南 鄭州 450016）

1 概述

廠用電監控系統系統是為協調電廠熱控與電氣自動化的同步發展，提高發電廠廠用電電氣控制管理水平而開發的在線系統，電廠廠用電系統的安全經濟運行對機組的安全起著至關重要的作用。該系統采用分層分布式設計，將監視、控制、測量、繼電保護、安全自動裝置、通訊、遠動等多種功能集于一體，利用現場總線將間隔層設備的通訊接口連接起來，構成電氣監控網絡，通過以太網將電氣工程師站、站控主站等連接起來，構成電氣監控管理上位機系統，通過通訊管理層中的主控單元機連接DCS系統，徹底實現發電廠的機、爐、電監控一體化，大大提高了發電廠運行的自動化程度，保證廠用電系統經濟、安全、可靠、穩定運行。

2 ECS系統與DCS系統的優缺點

在電廠的工程項目中部分電動機采用進入DCS并實現了電氣順序控制，而另一部分進入了ECS系統。傳統的實現方式是把電氣控制直接引入DCS，將斷路器位置信號等開關量直接接入DCS的數據采集系統，電壓電流等模擬量通過變送器轉換成4～20mA電流后接入DCS系統，經處理后進監控中心。這種方式的缺點是：

由于采用了變送器，二次接線復雜，造價高，抗干擾能力差，精度不高。

通過DCS采用專用硬件和軟件實現電氣邏輯，這些邏輯對速度要求較高時，加重了DCS負擔，代價大，并且由于DCS實現電氣功能的方式是I/O采集信號后通過主控單元完成算法，實時性較差，不易滿足電氣要求。電氣控制依賴于DCS，沒有提升電氣專業的運行水平和管理水平。投產初期由于DCS投入較晚致使電氣控制失去遠主控制功能。增加了DCS硬件，而沒有實現真正的分散控制。

隨著電力工業不斷發展，電力自動化技術實用化程度的不斷提高，新一代的ECS電氣控制系統保留了傳統DCS的成熟技術，采用先進的現場總線和開放的通訊接口，ECS的優點是變千百根電纜為一根，節約大量電纜；控制功能下放到現場，使控制信號傳輸的準確性、實時性、快速性和可靠性大為提高；現場總線通信協議標準化省去I/O端子柜和控制柜后，使控制室占地面積大大減少并使系統簡化，系統設計、安裝、調試和維護費用的降低及工作量也大大減少；有利于控制室的防火和火電廠的安全運行。在發電廠采用了廠用電監控系統（ECS系統）和DCS系統同時并存的方式，這樣就克服了DCS系統的缺點從而構成了更完善的分布式控制系統。

3 廠用電監控系統(ECS)的特點

3.1 簡化高效的分層分布式網絡結構

采用流行的三層結構，結構簡單清晰，間隔層的微機保護測控裝置和通訊層的主控單元，通訊接入裝置采用了基于嵌入式工業以太網的通訊技術，可以直接和站控層多臺計算機進行以太網通訊，省卻了基于現場工業總線通訊技術的間隔層裝置和以太網站控層計算機之間必需的介質及規約轉換，減少了通信的環節和成本，消除了通訊層的故障瓶頸，提高了通信可靠性；同時可以充分發揮以太網傳輸速度高、容量大、成本低、開放性好和網絡拓撲結構靈活的特點。

3.2 雙機雙網的設計

站控層中的多臺計算機可以采用雙以太網、雙數據庫服務器及雙操作員工作站；間隔層的微機保護測控裝置和通信接人裝置可以提供相互獨立的雙以太網口，通信互不干擾，組成冗余備份的雙網。

3.3 合理的內網通訊機制

站控層的多臺計算機和通訊管理層的主控單元、間隔層的微機保護裝置之間采用基于標準TCP/IP協議、具有很強開放性的通訊規約。規約采用主動上送和召喚應答相結合的方式，變化數據突發上送，穩態數據地定時上送，這既確保了突發事件在第一時間得到優先上送，又保證了站控層系統能定時獲得來自各裝置的全數據，避免產生死數據。雙網備份冗余的組網方案使得站控層計算機能根據網絡的瞬時狀況動態地在雙網之間取舍數據以規避通訊故障。

3.4 微機保護測控一體化

廠用電微機保護測控裝置將保護功能和測控功能按對象進行設計，集合保護、測控功能于一臺裝置中，可就地安裝在開關柜上，減少了大量的二次電纜和變頻器裝置，僅通過通信電纜于上層系統聯系，取消了大量的信號、測量、控制、保護電纜接入繼電器室，節省了投資，提高了整個系統穩定性和可靠性。

4 應用實例

河南省“十五”重點工程項目某電廠是“2x300MW“的火力發電廠，在2005年12月已經投入運行，廠用電監控系統(ECS)運行穩定、反映良好，整個廠用電監控系統的設計是根據西北電力設計院提供的技術要求結合電廠實際情況及6KV系統、400V系統、DCS系統的組網通訊要求而完成的。主要保護和監控對象有發電機變壓器組保護、啟備變保護、主廠房電動機、勵磁系統、廠用電快切系統、直流系統等的監視和控制管理。電廠的控制層次和對象可分為站控層、通訊管理層和間隔層三級控制系統結構，電廠監控系統的通信網絡采用分層分布式網絡。站控層通訊網由于信息流量大、開放性要求高，故采用以太網。通訊管理層到間隔層通訊媒介采用光纖和電纜（雙絞線），通信規約采用CSPA2004 TCP/IP通信傳輸規約。

5 廠用電監控系統的發展前景和預測

廠用電電氣監控系統ECS，保留了傳統DCS的成熟技術，采用先進的現場總線和開放標準，可以取代了1/0硬接線。ECS將能取代DCS中的電氣自動化，用微機保護測控裝置取代DCS的電氣1/0。從經濟分析比較（單臺300MW機組ECS與DCS-體化控制）一體化控制系統設計方案的綜合技術性能水平高，信息量是常規應用方式的2倍；采用一體化控制系統設計方案機組自動化水平得到整體性提高。

廠用電電氣控制的特點可歸納為：面向對象，功能獨立；電氣系統操作少，保護動作快速；功能下放，可靠性要求極高；基于現場總線；分層分布控制?，F場總線技術的優勢有以下幾點：完全替代4-20mA模擬信號，實現傳輸信號數字化，易于現場布線，降低了電纜安裝和保養費用，提高了可靠性；控制、報警、趨勢分析等功能分散在現場儀表和裝置中，簡化了上層系統；各廠家產品的交互操作和互換使用，給用戶進行系統組織提供了方便；實現自動化儀表技術從模擬數字技術向全數字技術轉化，自動化系統從封閉式系統向開放式系統轉變。

6 結語

廠用電電氣控制系統在我國的應用還剛起步，特別是在大型火電機組中的應用只占其中極少部分。我國大中小型電廠在廠用電電氣控制系統方面落后于國外的企業。因此，廠用電電氣控制系統在我國電力行業中的推廣應用刻不容緩。現在我國廠用電控制系統的發展勢頭十分迅猛，應用前景十分廣闊。我們應該積極推進廠用電控制系統在電廠中的應用，為實現電廠的全面數字化奠定堅實的基礎。

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