火力發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀簡述

摘 要：當前火力發(fā)電廠電氣設備已采用了計算機控制，完全取代了原來的控制屏（臺）的強電一對一手操模式。隨著電廠自動化管理水平的不斷提高和電氣智能化設備的功能完善，電氣系統(tǒng)計算機控制也由最初的DCS硬接線逐步向現(xiàn)場總線技術發(fā)展。現(xiàn)對火力發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的應用狀況和技術發(fā)展進行了介紹和對比論述。

關鍵詞：電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)；現(xiàn)場總線；技術

1 前言

九十年代中后期，為提高電氣系統(tǒng)控制水平，解決電氣與熱工控制水平不協(xié)調(diào)的矛盾，電氣系統(tǒng)開始納入DCS控制。電氣系統(tǒng)輸入/輸出數(shù)據(jù)的采集方式與熱工設備一致，采用I/O硬接線連接。從2000年初期開始，當現(xiàn)場總線技術在變電站取得成熟運行經(jīng)驗后，開始應用于火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)，經(jīng)過近十年來發(fā)展與完善。以現(xiàn)場總線技術為基礎的電氣計算機控制系統(tǒng)已成為當前電廠設計的主流方案。

2 基于現(xiàn)場總線技術的機組電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS）常規(guī)設計方案

在國內(nèi)的火力發(fā)電工程中，熱控專業(yè)大都是采用全廠DCS控制系統(tǒng)，針對DCS系統(tǒng)，電氣監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)設計采用如下三種方案：

（1）單元機組電氣系統(tǒng)采用硬接線與通信相結合的方式進入DCS監(jiān)控。

每臺機組設置電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS），將機組電氣系統(tǒng)的發(fā)電機變壓器組、單元機組廠用電系統(tǒng)和公用廠用電系統(tǒng)納入該系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集及管理，電氣系統(tǒng)與控制邏輯有關的信號采用硬接線接入DCS，其他監(jiān)測信號由ECMS通過通信方式上傳給DCS，在DCS操作員站實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的監(jiān)控，電氣監(jiān)控系統(tǒng)另設工程師站，對電氣系統(tǒng)設備進行維護管理。

（2）機組電氣系統(tǒng)進DCS監(jiān)控，信號采集采用硬接線，電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)在站控層除工程師站外還設置了監(jiān)視管理站，對電氣設備進行監(jiān)視和管理。

本方案為解決與DCS通信的問題，在控制室設置電氣系統(tǒng)監(jiān)視管理站，這樣電氣系統(tǒng)的控制在DCS中完成，與此有關的信息全部采用硬接線；而用于電氣設備監(jiān)視管理的信息則全部以通信方式送到電氣系統(tǒng)監(jiān)視管理站，由其實現(xiàn)電氣設備的正常運行監(jiān)視及諸如事故分析、電量統(tǒng)計、保護定值整定等一系列運行管理功能（其他管理及維護功能仍由工程師站完成），監(jiān)視管理站與DCS間不再需要數(shù)據(jù)通信傳輸。

（3）電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS）設置單獨操作員站對電氣設備進行監(jiān)控。

在方案二的基礎上，本方案站控層除工程師站外，還設置了獨立的電氣操作員站，完成整個機組電氣系統(tǒng)的監(jiān)控，并取消ECMS與DCS的通信接口。電氣計算機控制系統(tǒng)的操作員工作站與DCS操作員站一起布置于集中控制室，DCS不再為電氣系統(tǒng)專設操作員站。

對于發(fā)變組，其與DCS的聯(lián)鎖和聯(lián)系信號采用硬接線，其它電氣監(jiān)控信號經(jīng)測控裝置以通信方式送入電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)；對于高、低壓廠用電源系統(tǒng)等，所有電氣量全部采用現(xiàn)場總線方式接入電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，取消所有硬接線；對機爐電動機，由于與機組熱工系統(tǒng)聯(lián)系緊密且需要在DCS中實現(xiàn)監(jiān)控，因此與機、爐邏輯有關的信息采用硬接線接入DCS監(jiān)控，其它電氣管理信息則通過現(xiàn)場總線接入ECMS。

方案一是目前國內(nèi)應用最多的控制方案，該方案是基于電氣系統(tǒng)進DCS監(jiān)控并最大程度保證電氣系統(tǒng)正常監(jiān)控的可靠性而設計的，有著比較成熟的設計及運行經(jīng)驗。但這個方案在幾年的實施過程中也暴露出了一些問題，最主要的一個就是與DCS間的通信問題：由于DCS系統(tǒng)結構在設計之初就是按不開放的系統(tǒng)進行考慮的，其對外的通信接口僅僅作為特殊情況下進行少量通信之用，所以當通信信息量較大時，根本無法保證系統(tǒng)的可靠性和實時性；同時由于許多DCS系統(tǒng)對于通信信息只能作畫面顯示，不能參與邏輯組態(tài)，造成了部分電氣設備控制邏輯不甚完善。調(diào)查目前投運電廠的運行情況，電氣監(jiān)控系統(tǒng)與DCS的通信是制約整個電氣設備通信速率及響應時間的一個重要因素。為了解決ECMS與DCS的通信問題，同時滿足部分業(yè)主要求電氣系統(tǒng)進DCS控制的需要，設計出現(xiàn)了方案二。

方案二將DCS監(jiān)控所需信號采用硬接線接入DCS，另在控制室設置了專供電氣設備運行監(jiān)視及管理用的監(jiān)視站；應該說模式二僅僅是一個過渡性方案。

為了更好的處理ECMS和DCS的接口問題，并更加提高電廠電氣系統(tǒng)控制管理水平，有業(yè)主提出采用電氣監(jiān)控系統(tǒng)單獨設置操作員站，取消與DCS的通信接口的方案，即方案三。方案二、三的共同之處在于都不與DCS通信，不同之處在于方案二中的電氣設備控制在DCS中實現(xiàn)，而方案三中的電氣設備控制在ECMS中實現(xiàn)。

方案三除解決與DCS的通信問題外，由于基本取消了電氣電源系統(tǒng)的硬接線，使控制系統(tǒng)接線更加簡單，能最大程度地節(jié)省控制電纜，進一步減小施工、安裝、調(diào)試、檢修和維護工作量；同時由于采集信息量的擴大，使更多的電氣管理功能得以實現(xiàn)。該方案目前存在的問題是對ECMS集成商能力要求較高，且因電氣操作員站與DCS操作員站的操作平臺不同，當電廠采用全員值班員時，對運行人員提出的要求會較高。

3 結束語

電氣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在電廠已取得了非常多的運行業(yè)績，除早期應用出現(xiàn)了一些問題外，近幾年投運的電廠大多運行比較穩(wěn)定。在電氣設計人員和廣大用戶的共同推動下，現(xiàn)場總線技術得到了飛速的發(fā)展，設計方案和電氣智能產(chǎn)品也逐步成熟和完善。

目前采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實現(xiàn)基本的監(jiān)控功能已無太大問題，關鍵是如何提高電廠自動化運行及管理水平，這就需要設計方案的不斷提高和自動化產(chǎn)品軟硬件功能的進一步完善。目前現(xiàn)場總線已成為國內(nèi)外計算機監(jiān)控發(fā)展的方向，各電氣制造商為適應現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢，也推出了各種智能化的電氣控制產(chǎn)品，并已積累了成熟的運行經(jīng)驗。隨著計算機控制系統(tǒng)軟、硬件的發(fā)展，設備制造商產(chǎn)品的進一步完善，產(chǎn)品成本的進一步降低，今后可能的發(fā)展方向是采用一套標準完成整個電廠的控制系統(tǒng)及設備集成，采用以現(xiàn)場總線技術為基礎的全通信控制，各系統(tǒng)間實現(xiàn)無縫連接，統(tǒng)一控制平臺，并最大程度降低工程造價。今后，我們也將根據(jù)新產(chǎn)品、新技術的應用，不斷完善電氣控制系統(tǒng)的設計。

作者簡介：汪毅（1980-），男，碩士，工程師，主要從事電氣二次方面工作。