淺議電氣自動化監控體系研究

柳建德+賀天祿+高海香

摘 要：基于電氣自動化控制模式特征、監控體系綜合功能，我們只有科學引入自動化控制理念、分布式控制技術、計算機網絡體系控制技術，才能全面發揮電氣自動化監控體系綜合管控效能，促進其與各類現代化管控技術的全面融合?；诖?，本文闡述了廠用電系統的主要特征，對電氣自動化監控體系中的集中性電氣自動化監控與分層分布式模式電氣自動化監控進行了論述分析。

關鍵詞：廠用電系統；特征；電氣自動化；集中性監控體系；分層分布式模式

電氣自動化技術的科學應用在社會經濟發展中具有重要作用，同時，由于引入了計算機、網絡、自動化高新控制技術，并呈現了自動化、現代化、電氣化的全面發展模式。為分析電氣自動化系統優勢、良好監控功能，以下就電氣自動化監控體系進行探討。

一、廠用電系統的主要特征

在布置方式和數量上，廠用電設備分散安裝于各配電室和電動機控制中心，元件數量眾多，運行管理信息量大，檢修維護工作復雜。與熱工系統相比較，電氣設備操作頻率低，有的系統或設備運行正常時，幾個月或更長時間才操作一次；電氣設備保護自動裝置要求可靠性高，動作速度快，比如保護動作速度要求在40ms以內完成。在電氣設備本身構造上，其具有聯鎖邏輯較簡單、操作機構復雜的特征。在控制方式上，廠用電系統的主要設備監控需要接入DCS系統，但在兩臺機組共用一臺起/備變的情況時，由于一臺機組的檢修不能影響另一臺機組的正常運行，因此需要考慮兩臺機組DCS電氣控制的模式，確保對其控制權的唯一性?？偨Y以上特征，在構建ECS時，其系統結構、與DCS的聯網方式是確保系統高可靠性的關鍵。既要實現正常起停和運行操作外，又要實現實時顯示異常運行和事故狀態下的各種數據和狀態，并提供相應的操作指導和應急處理措施，保證電氣系統在最安全合理的工況下工作。

二、電氣自動化監控體系中的集中性電氣自動化監控分析

1、集中性電氣自動化監控原理分析。集中模式也就是傳統的硬接線方式，將強電信號轉變為弱電信號，采用空接點方式和4～20mA標準直流信號，通過電纜硬接線將電氣模擬量和開關量信號一對一接至DCS的I/O模件柜，進入DCS進行組態，實現對電氣設備的監控。這種模式又分為直接I/O接入方式和遠程I/O接入方式兩種，前者是將電纜接至電子間集中組屏，后者是在數據較集中且離主控室較遠的電氣設備現場設立遠程I/O采集柜，然后通過通信方式與DCS控制主機相連，兩者具有相同的實現技術，本質上沒有區別。

2、集中性電氣自動化監控的優缺點分析。（1）優點。電氣量的采集集中組屏，便于管理，設備運行環境好；硬接線方式成熟，響應速度快。（2）缺點。第一、電纜數量大，電纜安裝工程量大，長距離電纜引進的干擾也可能影響DCS的可靠性。第二、DCS系統按“點”收費，不僅投資大，而且只有重要的電氣量才能進入DCS，系統監測的電氣信息不完整。第三、所有信息量均要集中匯總至DCS系統，風險集中，影響系統可靠性。第四、由于DCS調試一般是最后進行，采用集中模式通常難以滿足倒送廠用電的要求。第五、沒有獨立的電氣監控主站系統，無法完成較復雜的電氣運行管理工作（如防誤、事故追憶繼電保護運行與故障信息自動化管理、錄波分析等高級應用功能），不能實現電氣的“綜合自動化”。

三、電氣自動化監控體系中的分層分布式模式電氣自動化監控分析

1、分層分布式模式電氣自動化監控原理。分層分布式模式從邏輯上將ECS劃分為三層，即站級監控層、通信層和間隔層（間隔單元）。間隔層由終端保護測控單元組成，利用面向電氣一次回路或電氣間隔的方法進行設計，將測控單元和保護單元就地分布安裝在各個開關柜或其他一次設備附近。網絡層由通信管理機光纖或電纜網絡構成，利用現場總線技術，實現數據匯總、規約轉換、轉送數據和傳控制命令功能。站級監控層通過通信網絡，對間隔層進行管理和交換信息。

2、分層分布式模式電氣自動化監控原理的優點。第一、間隔層測控終端就地安裝，減少占用面積，各裝置功能獨立，組態靈活，可靠性高。第二、模擬量采用交流采樣，節省二次電纜，降低了成本，抗干擾能力增強，系統采集的數據精度大大提高。第三、系統采集的數據量提高，監控信息完整，能實現在遠方對保護定值的修改及信號復歸，運行維護方便。

第四、分布式結構方便系統擴展和維護，局部故障不影響其他模塊（部件）正常運行。第五、設置獨立的電氣監控主站，便于分步調試和投運，滿足倒送電的要求。同時有利于廠用電系統的運行、維護和檢修。

3、分層分布式模式電氣自動化監控的關鍵技術。（1）間隔層終端測控保護單元。分層分布式系統的最大特征就是以間隔層一次設備為單位，現場配置測控保護單元。該單元是保障廠用電系統安全、穩定運行最重要、最有效的技術手段，對其可靠性、靈敏性、速動性和選擇性都有很高的要求，因此不宜由DCS來實現保護功能，而應該采用專用保護裝置來實現。廠用電系統保護主要有線路、廠用變、電動機綜合保護測控裝置等，實現微機化保護、實時數據采集、遠方及就地控制以及記錄故障數據等功能。（2）通信網絡。ECS系統安裝工作于高電壓、大電場的環境，工作環境惡劣、電磁干擾大，因而通信網絡是ECS系統的關鍵組成部分，通信網絡的性能直接影響著自動化監控系統的整體性能。目前較為流行的采用電纜現場總線網絡方式，光纖通信亦開始被用戶逐步接受。通信管理層是間隔層和站控層之間的橋梁，方案中一般采用雙冗余的設計思想，按照通信管理機雙機熱備用或雙通道備用原則配置，當數據通信網絡中出現問題時，系統能自動切換至冗余裝置或通道，以提高系統可靠性。

（3）監控主站。監控主站安置在站級監控層，實現廠用電電氣系統監控和管理，主站配置的設備和規模需要根據發電機機組的容量和運行管理要求進行設計，即可以配置成單機、雙機或多機系統，標準的設備主要有數據庫服務器、應用和Web服務器、操作員站、工程師站，以及其他網絡設備、GPS和打印機。盡管配置的設備規模不同，但配置的軟件以及完成的功能基本一樣。軟件主要有前置機軟件、實時數據庫軟件、人機界面軟件和圖形建模軟件等。功能主要有系統監控功能、數據管理功能、系統管理功能以及應用分析功能等。另外，主站系統可通過多種方式與DCS系統、MIS系統和SIS系統傳輸數據。（4）ECS與DCS的協調控制。由于電氣系統與熱工系統在運行過程和控制要求上有著很多不同之處，所以在設計規劃階段和調度運行過程時必須要考慮ECS與DCS系統之間的功能分工和協調控制，主要體現在以下幾點：由DCS實現電動機連鎖邏輯控制操作，廠用電自動切換邏輯由專用電氣裝置實現。由ECS實現繼電保護、故障錄波和事故追憶等功能的管理?？刂撇僮髦饕贒CS操作員工作站進行，DCS系統授權后也可在ECS操作員工作站進行，但要保證控制權的唯一性。

結束語

綜上所述，本文就電氣自動化控制體系ECS具備的優質監控功能展開進行探討，對其自動化實踐控制方式進行了研究，探討了分布式電氣自動化控制系統方式，并展望了自動化電氣控制實踐發展方向與趨勢。對提升電氣自動化監控體系科學發展水平具有重要意義。

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