火力發電廠廠用電監控系統構建

林廣龐

（廣東粵電靖海發電有限公司，廣東 惠來 515233）

0 引 言

廠用電監控管理系統（Electrical Control and Management System，ECMS）是一種應用計算機、測量保護與控制、現場總線技術以及通信技術，實現發電廠電氣系統的運行、保護、控制、優化等功能的綜合自動化在線監控管理系統[1]。它通過多種通信形式，與廠級監控信息系統（Supervisory Information System，SIS）、分散控制系統（Distributed Control System，DCS）等相連接，關聯廠內整個廠用電系統，共同構造出新時代智慧電廠的網絡架構，輔助完成電氣設備的控制與監測功能，大大提升了發電廠的自動化水平。同時，借助ECMS對數據的采集與分析，提高了電廠在電力市場中的競爭能力[2]。

1 ECMS系統概述

ECMS系統采用了先進的分層分布式結構，共分為3層，即站控層、通信管理層以及間隔層，形成3層設備兩層網絡的架構[3]。使用iPACS5000自動化后臺監控系統，是ECMS數據采集與處理的核心軟件系統，主要包括數據庫管理軟件、圖形系統軟件、報表系統軟件、網絡管理軟件、通信管理軟件及其他維護工具軟件等。

1.1 ECMS系統組網結構

系統結構如圖1所示，采用一套站控層系統連接所有的通信管理層設備，實現數據的采集和控制。站控層設備包含了冗余的服務器、多臺運行工作站、工程師站以及通信網關等。服務器和通信管理單元可以選擇冗余方式，站控層網絡和間隔層網絡也可以選擇雙網冗余的方式，其優點是網絡結構簡單、通信的數據量大[4]。

圖1 系統結構

站控層采用兩臺主備冗余服務器兼操作員站模式，雙以太網通信。通信管理層采用ECM-5908通信管理機，雙機運行。全廠電氣測控裝置種類繁多，合理的通信方式和規約形式是保障通信穩定可靠的前提。另外提供多種通信接口，在接口上運行相適應的通信規約，將各種不同的設備通過不同接口搭設在同一個網絡。間隔層中的6 kV WDZ系列綜合保護裝置、380 V LPC系列綜合保護裝置以及380 V廣州智光儀表等采用雙網現場RS485總線通信方式，通信介質為屏蔽雙絞線。380 V西門子馬達控制器采用單網現場總線通信方式，通信介質為西門子profibus總線[5]。

1.2 分布式控制系統的接入方式

取消硬接線的接線方式，采用全通信方式，如圖2所示。ECMS可以在通信管理層和站控層提供與DCS連接的接口。處理器分散處理單元（Data Processing Unit，DPU）的實時性好，可以實現邏輯閉鎖等控制功能，但是I/O容量有限。一般把需要控制的控制量以及參與控制閉鎖的開關量放在DPU中，其他數據直接上送到DCS主站中，這樣可以有效地減少DPU的數據量。DPU一般與通信管理單元通信，邏輯閉鎖可以在DPU中實現也可以在通信管理單元中實現，同時通信管理單元可以接收DPU發出的控制命令，執行控制操作。

圖2 采用直接接入的對接方式

1.3 iPACS5000自動化后臺監控系統

iPACS5000自動化后臺監控系統是站控層的一個子系統，其中包括前置機組態、系統組態、SCADA管理工具、報表管理、人機界面、數據處理、網絡管理以及數據庫操作中間層等[6]。（1）網絡組態的建立。通過設置網絡節點名、冗余節點名、節點類型、網卡IP地址以及用戶權限級別等建立監控系統的網絡組態。（2）數據庫組態建立。通過以下5個方面建立數據庫組態：①添加通信管理機，輸入IP地址、端口號；②ECM5908串口配置，配置規約、模式、波特率、校驗方式等，其中串口[0]選電廠通用DCS串口規約，串口[2]選WDZ裝置規約，右擊串口COM[0]添加電氣裝置；③配置網絡以太網口，選擇規約，添加裝置；④測點模型導入裝置，關聯測控裝置的開入，開出及保護位置信號；⑤設置計數類及測量類測點參數，變比修改。三是圖形組態建立。包括基本作圖，如采用圖形編輯，圖形整理，圖符元件等；畫面的動態連接，把畫面中的動態圖元與數據庫中的測點連接。四是報表組態建立。采用Excel平臺創建報表，分為以下幾個步驟：首先進行報表屬性配置；其次輸入有效報表名稱；再次設置報表類型，如日報表、月報表、年報表；最后關聯相對應的測點。

2 ECS系統功能實現

2.1 電量統計功能

該系統為公司電量統計工作和成本核算工作提供了穩定的廠用電負荷功率數據，幫助公司進一步降低供電燃煤成本和廠用電成本，推動和落實燃料摻燒和節電措施。

按照Excel的使用習慣和格式，自定義各類報表，如日報、班報、月報、年報及各類統計信息報表等，支持公式計算功能，可以在報表中輸入公式，自動計算公式的值。同時支持圖表功能，可以在報表中插入棒圖、折線圖、餅圖等圖形，直觀地顯示報表中的數據，以便于比較分析。

SIS電量報表如圖3所示，它實現了所有機組廠用電負荷功率數據上送SIS系統，徹底告別了廠用電率人工抄表計算的歷史，為SIS系統完成電量報表、運行部值際評比等提供了可靠且穩定的廠用電負荷功率數據。

圖3 SIS電量報表

根據獲取的電量數據合理分配電氣設備運行模式，為降低廠用電率、燃煤摻燒以及節能減排提供保障[7]。

2.2 數據處理功能

2.2.1 高速的數據采集和處理

采用了DSP等高性能處理器，使得裝置有很強的數據處理能力。與外界的通信選用高速現場總線或高速工業以太網方式，能夠快速地把采集到的數據送出去，同時也能快速響應執行遠方命令[8]。

2.2.2 數據的快速傳遞

ECMS的通信管理單元選用了嵌入式工業網絡處理器，采用實時多任務操作系統以及高速工業以太網和現場總線等通信方式，保證了數據在通信管理單元上的快速存儲處理與傳遞[9]。

2.2.3 數據處理機制

采用了事件觸發方式的數據處理機制，實現數據的快速響應。這些事件包括了外部事件和內部事件，其中的外部事件包含了實際應用中遇到的事件順序記錄（Sequence Of Event，SOE）、如保護動作事件和自診斷事件等，內部事件包含了系統內部的告警、故障消息等。

2.3 故障錄波分析功能

故障錄波采集和分析系統能夠實現以下功能：一是自動、手動召喚裝置錄波文件；二是列表顯示裝置錄波文件；三是圖形分析錄波文件各個通道的圖像信息；四是編輯、打印錄波文件各個通道的圖像信息等[10]。

3 結 論

ECMS系統已全面應用在全廠6 kV/380 V電氣設備及智能設備，能準確提供電氣設備的運行電流、電壓以及功率，并實時上送電氣設備的電量，提供報警信息，開關變位信息。

該系統采用直接對接方式接入DCS，電氣系統可獨立運行，實時響應速度高，既滿足DCS信息需要功能，還減少了DCS硬件設備、電纜投資以及DCS負擔。此外，它采用GPS對時，實現了全廠測控裝置時間統一，為故障分析、保護動作事件提供了時間保障。

該項目的實施不僅實現了系統自動化，減少人工投入成本，而且在燃煤機組大力節能減排的大環境下協助分析廠內負荷消耗電量情況，精準計算廠用電率，通過控制調整電氣設備運行模式節約電量，降低了機組煤耗，減少了二氧化碳、硫化物和NOx的排放。對于提高能源使用率、推進節約型社會、促進火電廠可持續發展以及建設國家藍天白云工程有著重要意義。