淺談電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線進入DCS系統(tǒng)的方式

摘 要：隨著大容量電廠的建設，電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)在電廠中的重要性日益凸顯，在電網運行中起著越來越大的作用。根據筆者在電廠的工作經驗，對電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)方式進行了分析與闡述，以期促進電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的進一步發(fā)展，提供了科學合理的電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)。

關鍵詞：電廠；電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)；方式

電力是當今經濟發(fā)展的主要能源動力，而電廠的安全、穩(wěn)定運行將為我們的經濟發(fā)展提供有力的保障。合理的發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的應用方式可以提高電廠運行管理水平，降低項目投資，減少運行費用，可以有效的提高供電企業(yè)的經濟效益。

1 概述

對于發(fā)電廠來說廠用電系統(tǒng)是電廠的重要組成之一，廠用電系統(tǒng)的合理配置、布置，設備的選型、操作和維護對電廠的安全滿發(fā)，降低運行人員勞動強度有著重要的作用，直接影響電廠的經濟效益。

由于DCS系統(tǒng)主要針對發(fā)電廠機爐過程控制設計的，因機爐工藝系統(tǒng)復雜，設備間聯(lián)鎖控制多，操作頻繁，使得DCS需要集中相關數據進行邏輯運算和控制，為確保DCS系統(tǒng)實時性要求，常規(guī)進入DCS系統(tǒng)的信號（與控制/調節(jié)有關）須采用硬接線輸入。受到DCS系統(tǒng)容量以及硬接線接入方式的限制，電氣信號進入DCS系統(tǒng)以簡單的開關合跳操作為主，加之部分開關狀態(tài)信號和電氣保護報警信號、以及少量電氣參數監(jiān)視。由于信息傳輸非常有限，難以實現(xiàn)對高壓/低壓斷路器、現(xiàn)場電氣智能裝置的運行維護和檢修管理。

80年代中期，隨著微處理器及其相關技術的不斷發(fā)展，計算機系統(tǒng)控制技術也從“分散控制“發(fā)展到“現(xiàn)場控制“，其理論基礎是網絡計算機理論，技術基礎是計算機網絡通訊技術，應用在廠用電監(jiān)控上就是將電氣設備保護測控功能分散就地實現(xiàn)，后臺系統(tǒng)通過通訊網絡和就地綜合保護測控設備通訊，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、SOE、事故追憶等功能，在大量數據的基礎上實現(xiàn)分析和管理等各種高級功能，節(jié)省大量電纜、變送器等傳統(tǒng)設備。目前，就地安裝的電氣二次設備絕大部分已實現(xiàn)智能化，智能化現(xiàn)場設備的發(fā)展為廠用電系統(tǒng)采用總線方式進入電廠計算機系統(tǒng)提供了條件。

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

電氣監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)設計采用如下三種模式：

2.1 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)進行數據采集及管理，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。

2.2 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間不再需要數據通信傳輸。

2.3 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。在模式二的基礎上，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。

模式一：目前國內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)了模式二。

模式二：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，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，即模式三。模式二、三的共同之處在于都不與DCS通信，不同之處在于模式二中的電氣設備控制在DCS中實現(xiàn)，而模式三中的電氣設備控制在ECMS中實現(xiàn)。

模式三：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)。它將實時性要求高的斷路器、接觸器的控制及參與聯(lián)鎖所需要的位置狀態(tài)經硬接線送至DCS的DO、DI卡件，其余信息量通過現(xiàn)場總線主控單元與DCS對應的DPU進行通信，或通過網橋通訊。即使通信受干擾，甚至中斷，也不會影響操作及聯(lián)鎖，確保了電廠的安全運行。

3 結束語

現(xiàn)場總線和計算機網絡技術已經在工業(yè)領域和變電站得到了廣泛的應用，有多年成熟的運行經驗，其可靠性、實用性和優(yōu)異的性能已得到認可，成本也在逐步降低。發(fā)電廠采用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)所得到的社會、經濟效益是無法量化的。