電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘要：電力監(jiān)控系統(tǒng)是在現(xiàn)場總線控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信等相關(guān)技術(shù)來對電廠生產(chǎn)實(shí)施監(jiān)控的一套系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠使電力系統(tǒng)自動化水平得到有效提升。文章從電氣自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與通信、站控層設(shè)備、通信控制層、系統(tǒng)簡介等方面，對電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成與其在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控系統(tǒng)；電力生產(chǎn)；現(xiàn)場總線控制技術(shù)；電力系統(tǒng)；自動化 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM76 文章編號：1009-2374（2016）33-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.018

1 電氣自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與通信構(gòu)成

1.1 站控層網(wǎng)絡(luò)

對于站控層網(wǎng)絡(luò)來講，其在使用過程中通常發(fā)揮著兩大作用：一是可以當(dāng)作通信設(shè)備來使用，進(jìn)而把站控層和控制層設(shè)備連接起來；二是可以使站控層當(dāng)作每一個節(jié)點(diǎn)得以聯(lián)系，也使通信功能作用得以發(fā)揮。在系統(tǒng)內(nèi)，出現(xiàn)兩個既互相冗余，卻又對數(shù)據(jù)處理發(fā)揮作用的服務(wù)器，說明服務(wù)器在正常運(yùn)行時，不僅能夠通過以太網(wǎng)、站級通信規(guī)約等常見的一些途徑來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理工作，還能夠與裝置進(jìn)行直接接觸，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)處理工作。此外，若是把數(shù)據(jù)庫與站控層連接在一起，便會使得服務(wù)器淪為兩個網(wǎng)格的網(wǎng)關(guān)，對于該網(wǎng)絡(luò)來說，使用的便是以速度為優(yōu)勢的以太網(wǎng)。

1.2 間隔層網(wǎng)絡(luò)

通常，連接間隔層和通信控制層之間的網(wǎng)絡(luò)，便是間隔層網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)如今，該網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用時，所應(yīng)用到的網(wǎng)絡(luò)形式分為LON、CAN、以太網(wǎng)等。通常，測控網(wǎng)絡(luò)一般都會選擇LON網(wǎng)絡(luò)，對這種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)用時，所選的介質(zhì)，屏蔽雙絞線占得較多。在傳輸通道相距不遠(yuǎn)時，一般選擇使用五類線作為傳輸介質(zhì)，反之，則選擇光纖作為傳輸介質(zhì)。

1.3 DCS系統(tǒng)接口

因為電廠是將DCS當(dāng)成主要生產(chǎn)控制系統(tǒng)，以至于在電力監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，DCS通信可采取兩種措施來進(jìn)行：一是借助站控層轉(zhuǎn)發(fā)給工作站，然后再由工作站轉(zhuǎn)發(fā)到DCS網(wǎng)卡上，這種方式傳遞的數(shù)據(jù)，能夠容納DCS所需的大部分信息，其中通信方式可采取串口或者以太網(wǎng)兩種方式；二是將少量對響應(yīng)速度有需求的信息，借助主控單元與DCS的DPU通信進(jìn)行傳遞，其中通信方式一般采取串口方式，但是以太網(wǎng)也可以運(yùn)用，并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向交換。

2 電氣自動化系統(tǒng)站控層設(shè)備構(gòu)成

站控層是由電氣自動化系統(tǒng)當(dāng)中的各個主站系統(tǒng)所構(gòu)成，同時也是電氣自動化系統(tǒng)控制管理中心，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)視及最終的設(shè)備控制一系列環(huán)節(jié)中，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。站控層應(yīng)用到的設(shè)備包含服務(wù)器、工作站等計算機(jī)硬件，同時還應(yīng)用到數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控等各種專業(yè)軟件。

2.1 系統(tǒng)服務(wù)器

作為電力監(jiān)控系統(tǒng)報警SOE等實(shí)時數(shù)據(jù)存儲與處理的設(shè)備，系統(tǒng)服務(wù)器在運(yùn)行過程中，展現(xiàn)出高度靈活、高速、高效等優(yōu)勢，其可以高效、高速完成數(shù)據(jù)的掃描與處理，且能夠?qū)?shí)時數(shù)據(jù)、重要信息向工程師站、維護(hù)人員、操作人員那里進(jìn)行傳輸。系統(tǒng)服務(wù)器還兼?zhèn)渫ㄐ欧?wù)器的相關(guān)作用，利用站級網(wǎng)絡(luò)、通信控制層內(nèi)的主控單元或者是其他相關(guān)設(shè)備，來完成數(shù)據(jù)交換的過程，進(jìn)而使數(shù)據(jù)可以與網(wǎng)絡(luò)實(shí)施連接，完成數(shù)據(jù)向主站的傳遞任務(wù)，這一過程的實(shí)現(xiàn)也是系統(tǒng)對數(shù)據(jù)實(shí)施處理的關(guān)鍵性工作內(nèi)容。

2.2 工程師站與操作員站

工程師站通常均是在高分辨率的畫質(zhì)條件下，來實(shí)現(xiàn)編輯、操作及維護(hù)工作的開展過程。工程師站所給出的全套工具，不僅能夠編輯、創(chuàng)建圖像、數(shù)據(jù)與邏輯控制，還可以能通過軟件開發(fā)及維護(hù)，將數(shù)據(jù)文件在服務(wù)器中得以保存下來。同時，還有分散控制系統(tǒng)和運(yùn)行人員圖形交互界面存在，用戶在使用時只需要通過對標(biāo)準(zhǔn)操作員站的訪問，便實(shí)現(xiàn)對組態(tài)畫面顯示、趨勢曲線等各項過程的控制。

2.3 轉(zhuǎn)發(fā)工作站

電力監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行時，還可以向DCS等第三方系統(tǒng)完成遙測、電量、計算量的轉(zhuǎn)發(fā)，同時還能夠與第三方運(yùn)用不同規(guī)約完成對各類信息的實(shí)時交換，能夠借助串行口通道與網(wǎng)絡(luò)來實(shí)施，另外，系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)多種模擬屏接口功能。

3 電力監(jiān)控系統(tǒng)通信控制層與間隔層構(gòu)成

3.1 通信控制層的構(gòu)成

通信、控制為通信控制層所包含的兩大功能，其中通信功能是把間隔層當(dāng)中的通信接口、通信規(guī)約等相關(guān)信息，轉(zhuǎn)變?yōu)檎究貙觾?nèi)統(tǒng)一的通信規(guī)約，并把較為重要的信息與DCS系統(tǒng)內(nèi)的DPU信息實(shí)施互換，實(shí)施互換的信息，包含模擬量與開關(guān)量兩種信息方式。而對于控制功能來講，主要是將和廠用電存在關(guān)聯(lián)的控制邏輯，放置在同一層來實(shí)現(xiàn)，這時通信控制層會利用通信規(guī)約、綜合保護(hù)測控裝置、接口與各類設(shè)備來實(shí)現(xiàn)各個類型的規(guī)約，通過統(tǒng)一轉(zhuǎn)換格式和接口，對站級網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用統(tǒng)一系統(tǒng)規(guī)約的制定，這樣站控層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，其格式均是統(tǒng)計的，進(jìn)而使得站控層內(nèi)所有主站軟件均可維持穩(wěn)定。

3.2 間隔層的構(gòu)成

一般來說，電力監(jiān)控系統(tǒng)所采用的間隔層裝置，通常其構(gòu)成包含了兩個保護(hù)測控裝置。對于廠家來說，其所制造的測控裝置，能夠在主控單元的配合下，在電力監(jiān)控系統(tǒng)中得以集成。在這里，應(yīng)用到的接口方式存在CAN、以太網(wǎng)等各類形式。另外，還可以利用廠商所給出的管理機(jī)，利用站控層當(dāng)中的通信服務(wù)，把它在系統(tǒng)中做到有效接入。

4 電力監(jiān)控系統(tǒng)方案簡介與應(yīng)用

在電力監(jiān)控系統(tǒng)方案當(dāng)中，通常對于中間層通訊管理機(jī)來說，均是結(jié)合生產(chǎn)工藝來實(shí)施配置，另外，所用到的管理間隔層設(shè)備，也是結(jié)合生產(chǎn)工藝完成組網(wǎng)的。對于通信管理機(jī)來說，其能夠并列運(yùn)行，同時有和DCS系統(tǒng)內(nèi)DPU通信接口相對應(yīng)的配置，進(jìn)而能和DPU間完成信息和數(shù)據(jù)的交換，在通訊管理機(jī)當(dāng)中，都存在冗余配置的與DCS系統(tǒng)中的DPU通信接口，只要任意的通信接口出現(xiàn)問題之后，便能夠完成無憂切換。對于主廠房中的汽輪機(jī)、鍋爐等工藝負(fù)荷通信管理機(jī)，也會根據(jù)電廠工藝流程的不同，來和DCS系統(tǒng)中的DPU按照1∶1比例進(jìn)行冗余配置。低壓電源以及PC-MCC饋線內(nèi)的通信管理機(jī)是根據(jù)段來完成冗余配置，而發(fā)變阻當(dāng)中的測控通信管理機(jī)則是在單元組的基礎(chǔ)上來完成配置的。380V的公用系統(tǒng)通訊管理機(jī)是按照工藝流程的差異，與DCS內(nèi)的DPU進(jìn)行1∶1冗余配置。

通常，對于單機(jī)電力監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的通訊管理機(jī)來說，其內(nèi)設(shè)配置有6臺鍋爐、4臺汽機(jī)、9臺電氣、3臺500kV的測控部分、2臺冷空部分及1臺備用設(shè)備。而對于站控層后臺來說，其存在的配置包含2臺服務(wù)器、1臺操作員站、2臺網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。在接線時，對于#1～#10通信管理機(jī)的管理機(jī)來說，其在運(yùn)行時，所用到的接線方式為硬接線聯(lián)合通訊的方法，而對于#11～#21通信管理機(jī)所用到的接線方式，便是全通訊方法。在間隔層當(dāng)中，從任何一個綜合保護(hù)裝置，到通信管理機(jī)柜的通用方式，都是借助LON網(wǎng)來連接到一起，同時就500kV升壓站通信管理機(jī)和空冷來講，依舊是采取光電轉(zhuǎn)換裝置，來把站控層當(dāng)中的電氣通信管理機(jī)柜包換的交換機(jī)，來對光纜進(jìn)行連接在一起，同時將500kV的站控層公用通信管理機(jī)柜與啟動/備用變壓器測控交換機(jī)來實(shí)施連接，繼而完成信息共享。對于機(jī)組測控柜來說，是借助硬接線或者是變送器，完成開關(guān)量與模擬量的直接送入，對于發(fā)電機(jī)、主變壓器等系統(tǒng)內(nèi)的開關(guān)量、溫度等相關(guān)信息，需要做好采集工作，同時借助以太網(wǎng)把這些信息向#18通信管理機(jī)內(nèi)完成傳輸。對于柴油機(jī)等相關(guān)設(shè)備來說，要求利用RS485接口，使其與網(wǎng)關(guān)柜#20、#21通訊管理機(jī)連接在一起。而站控層到通信管理機(jī)內(nèi)，所運(yùn)用的通信方式，便是借助以太網(wǎng)的方式，來使其連接得以實(shí)現(xiàn)。從管理機(jī)到DCS系統(tǒng)之間，所用到的數(shù)據(jù)傳輸方法，是借助RS485接口來進(jìn)行傳輸；對于網(wǎng)關(guān)柜向DCS數(shù)據(jù)的傳輸過程，則是借助TCP/IP的方式來進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在此需要表明，因為電力監(jiān)控系統(tǒng)存在的數(shù)據(jù)流較為龐大，同時對于電氣通信管理機(jī)柜與網(wǎng)關(guān)柜來說，均是利用兩個交換機(jī)來實(shí)施分屏安裝，在此情形下，存在任意情況，都可使得數(shù)據(jù)流量得到有效降低，進(jìn)而防止因其中任意一個交換機(jī)數(shù)據(jù)量超出，而使通道出現(xiàn)堵塞、服務(wù)器出現(xiàn)死機(jī)或者系統(tǒng)響應(yīng)時間太長的

情況。

此外，還需要弄清楚的是，系統(tǒng)對時，為GPS對時主機(jī)柜來對站控層服務(wù)器實(shí)施軟對時，然后再向每個主控單元、服務(wù)器與保護(hù)裝置實(shí)施下發(fā)。這樣的話，便可以使得GPS的對時系統(tǒng)有且只使用一種，從而能夠保持企業(yè)中出現(xiàn)的保護(hù)裝置、DCS系統(tǒng)、信息子站等各類與其相連接保護(hù)裝置動作時限的統(tǒng)一性，進(jìn)而便于對故障展開分析。

5 結(jié)語

干擾對通信裝置會起到很大的影響，所以對于抗干擾來說，其關(guān)鍵在于完成各類干擾耦合途徑的切斷，進(jìn)而避免干擾流入到通信裝置當(dāng)中。因此，運(yùn)行單位需根據(jù)我國電力調(diào)度中心所指定的相關(guān)文件及相關(guān)技術(shù)要求，來對接地系統(tǒng)做到檢查與完善，進(jìn)而使得接地與連接較為可靠，使外部干擾的竄入問題得到有效解決，進(jìn)而使通訊裝置得以穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行下去。

電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)運(yùn)用先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)，來對電力系統(tǒng)中的網(wǎng)、廠及站實(shí)施控制，此類控制措施具有十分廣闊的應(yīng)用空間及前景。同時，計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的快速發(fā)展，會使高參數(shù)、大容量的機(jī)組進(jìn)一步增長，也會使得工作人員的素質(zhì)得到不斷提升，更多的自動化控制系統(tǒng)及各系統(tǒng)的通信和聯(lián)網(wǎng)顯得日益重要起來。筆者認(rèn)為，二次系統(tǒng)安全防護(hù)問題將是今后必須考慮和研究的方向之一。

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作者簡介：陳鵬（1983-），男，江西新余人，國網(wǎng)江西省電力公司贛西供電分公司技師，工程師，研究方向：變電運(yùn)行及電網(wǎng)監(jiān)控運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：蔣建華）