電廠電子自動化監控系統研究

焦陽

摘要：當前，中國工業的現代化水平日益提高，自動化技術已在各個工業領域得到廣泛應用，包括發電廠。然而，由于技術等方面的限制，我國發電廠的自動化技術還有待提高，部分地區的發電廠仍以手動檢查為主，輔以自動監測。在電廠電氣系統中，綜合自動化監控系統可幫助我們消除潛在的安全隱患，實現設備的實時監控，并存儲和分析數據信息。這樣做可以確保國家能源資源的穩定供應，提高電廠的經濟效益，從而有效促進企業的發展。

關鍵詞：發電廠；自動化監控；系統

一、前言

當前社會對于發電廠的要求越來越高，其不僅需要滿足高壓，同時還需要規模大和自動化程度的要求。所以自動化監控的要求是當前電廠的基本要求，同時還需要提升電廠的管理水平，只有這樣才能夠使電廠的工作更加高效，降低故障。在這樣的背景下，電廠電氣自動化監控系統得以誕生，其在電廠電氣自動化監控系統中發揮著至關重要的作用，其能夠實現實時數據采集、實時數據監控、設備狀態評估、自動報警、事件記錄等功能，提高電廠的運營效率和管理水平，保障電廠的安全穩定運行。同時，自動化監控系統還可以及時發現故障并報警，縮短故障處理時間，減少維修成本和損失。因此，電廠電氣自動化監控系統已經成為現代化發電廠不可或缺的重要設備之一。

二、電氣監控系統概念及其理論

（一）電氣監控系統的概念

電氣監控管理系統指的就是使用電腦技術、測控保護與控制、通信技術等來提高電氣系統管理和自動化水平的系統。從而可以對系統的運行、控制、故障的診斷等進行監控。這個系統可以實時監測、記錄和分析各種電氣設備的運行數據，從而可以對電氣管理人員對該系統的運行情況進行及時地了解，從而可以對潛在的問題能夠得到及時發現，進而可以找出相應的措施來進行及時的控制，最終可以使電廠的運行能夠得到安全穩定的保障。

（二）監控模式分析

電氣自動化監控系統的模式種類較多，常用到的有硬接線和現場總線相結合、每臺機組設置現場總線電氣監控系統，以及傳統硬接線方式。在硬接線和現場總線相結合的模式中，DCS控制發變組、廠用電源系統、機爐等電動機，而ECMS只監測不控制，重要信號通過硬接線與DCS相連。在現場總線模式中，除了發變組、保安電源等這些重要區域由DCS通過硬接線連接實現外，其他的系統也都在ECMS系統的監控范圍內。全硬接線模式中，所有的信號和控制都是通過硬接線接至DCS的。該接線方式使用的均是分層分布的設計思路，該設計思路把電氣信息分為監視信息和管理信息兩種，從而能夠實現電氣設備自動管理、培訓等高級管理功能。

（三）監控系統在電廠應用的特點

監控系統在電廠具有以下特點：

首先是高可靠性。隨著中國經濟的發展和信息技術水平的提高，能源資源是我國重要的戰略資源之一，對促進中國經濟發展和技術水平具有重要意義。但電廠的供電系統在運行過程中經常面臨諸多問題，因此電廠自動監控系統的可靠性是確保其功能的關鍵。電廠自動化系統采用隔離層設計，采用統一硬件平臺和軟件平臺，確保整個系統的可靠性和安全性。此外，電廠自動化系統在應用中是一個獨立的運動系統，保證了自動化系統的穩定運行。

其次是可操作性。為了提高電廠工作的實際效率，有必要盡可能簡化系統的運行方式，確保操作系統的簡便性和操作方便性。因此，電廠的自動監控系統必須建立一個相對簡單易用的人機界面，具有完善的自動運行功能和完善的運行支持工具，使設備維護更加簡單方便。此外，系統中還有許多處理密碼需要設置和分類。因此，可以最大限度地保證整個系統的安全，同時保證整個系統的順利運行，為電廠設備的安全運行奠定了基礎[1]。

最后是可擴展性。電廠本身很復雜，因此必須具有一定的應用可擴展性，以確保系統功能能夠隨著電廠自動化程度提高同步擴展，并添加新功能。因此，該系統必須采用開放式系統體系結構，并采用分層分布式系統配置，以確保該系統的開發和兼容性，同時符合國際標準。

三、發電廠電氣監控管理系統功能研究

（一）處理實時數據

可以通過現場節點的測控單元實時采集各種信號，包括事件、變位信號、設備狀態、故障以及模擬量和越限信息等。信號類型主要是狀態量、脈沖量和模擬量。模擬量包括無功功率、頻率、功率因數、電壓、電流和溫度等，通過測控單元的傳感器進行采集，從而可以對電力系統進行里襯監測，從而使系統能夠很好地運行。脈沖量包括無功電能和有電功能，通過電能計量裝置進行采集，可以準確地計量用戶的用電量，為電力公司提供準確的數據支持。狀態量則包括監視信號、繼電保護裝置、安全自動裝置、報警信號，以及隔離開關和接地開關的位置信號等，通過測控單元的傳感器和邏輯控制器進行采集，可以實時監測電力系統的運行狀態，及時發現故障和異常情況，確保電力系統的安全和穩定運行。為確保數據的實時性，我們需要對這些信息進行實時監控并采集，通過數據傳輸網絡將采集的數據傳輸到后臺數據處理系統，進行數據的分析和處理，為電力系統的運行和管理提供準確的數據支持。

（二）數據庫的維護與建立

數據庫的維護與建立是數據管理的重要組成部分，根據不同需求建立不同類型的數據庫，以滿足各種應用功能的需求。歷史數據庫保存長期重要數據，提供系統維修與維護的可靠歷史記錄。實時數據庫可以對數據進行即時的更新，從而能夠對設備的運行狀態進行及時地記錄，對于數據的記錄要求可以根據需要進行設定，例如數據的精度要求以及數據的刷新周期等。用戶數據庫可以根據用戶的需求進行進行數據組建，例如從歷史數據庫和實時數據庫中進行獲得，幫助用戶完成各種應用功能，保證使用的快捷性和方便性。總之，數據庫的維護與建立是重要的數據管理工作，根據不同需求建立不同類型的數據庫，以滿足各種應用功能的需求[2]。

（三）監視和報警

在屏幕上能夠實時展示各開關站的相關信息，例如設備運行參數的變化、系統的運行狀態以及相應的操作指南等。假如該系統的組成是多個CRT終端，那么還能夠對相應的畫面顯示和相關的數據報告進行同時提供。當模擬量超過限制時，系統將對各種報警信息進行打印，這些對象主要包含了名稱、越限參數值、編號、時間等，同時還可以對次數進行記錄，從而可以對后期的故障數據統計提供依據。這些功能將有助于用戶及時了解系統狀態，并進行相應的操作和處理。

（四）事件順序記錄

如果設備一旦出現故障的情況下，系統會對故障的相關信息進行記錄，這些信息包含了故障的編號、時間、性質以及信號狀態等，同時還會按照事件的時間順序來進行記錄，同時以表格的形式呈現給用戶，并且該表格會在CRT上顯示。此外，系統還可以將記錄打印出來，并保存到磁盤等存儲裝置中，以便后期設備維修時進行原因分析和判斷斷路器跳閘的順序等指標。這樣的記錄方式可以為設備維修提供可靠的依據。

（五）系統自診斷與恢復

該項功能可以使監測人員通過監測系統對設備的運行狀態進行全面及時地了解，并且對于潛在的問題可以進行預測，同時還會對這些問題進行診斷分析，并給出解決的辦法。此外，系統還具備專家診斷子系統，能夠利用經驗和分析結果進行在線自診斷和恢復。當發現設備故障時，系統會實時報警并提供故障指示，同時打印相關信息并以不同顏色區分，以便工作人員快速處理問題。此外，系統還具有恢復功能，可以通過簡單的操作恢復設備的正常狀態[3]。

四、DCS電氣控制集中模式運用分析

（一） DCS電氣控制集中模式

集中模式就是一種通過電纜將強電信號轉化為弱電信號來實現監控的模式。可以使用電纜將DSC的I/O模柜與開關量信號和電氣模擬量逐一進行對接，從而實現監控電氣設備（見圖1）。集中模式的優點包括向設備提供運行的良好環境，方便操作，技術成熟并被廣泛使用。但是，也是存在缺點的，該模式在安裝時會有很大的工作量，并且所使用的電纜也非常多，長距離電纜會影響DCS的可靠性，且不能進行綜合管理，出現問題時難以及時查找，最終使維修的時間也會加長。

（二） 分層分布模式

在安裝電氣設備時，采用分層分布模式是一種有效的策略。這種模式通過將系統分為間隔層、通信層和監控層三個層次，可以充分發揮每個層次設備的功能，同時方便進行逐一排查問題，消除安全隱患。這種模式利用現場總線技術實現數據傳送、匯總數據、傳遞命令、轉化規約等功能，并通過通信網絡管理和交換信息。這種模式的優點在于可以自由組合，一方面使成本得到降低，另外還能夠使抗擾能力得到加強，進而可以提升數據采集的精度，方便進行維修管理。此外，該模式下的電氣監控主站是獨立的，所以有利于運行和分布調試，同時也為發電廠用電系統的檢修、維護和運行提供了便利。這種模式的應用將有助于提高電氣系統的穩定性和可靠性，為發電廠的安全穩定運行提供了有力保障。

五、系統的組態模式及構建

（一）組態模式

1.集中式監控方式

集中式監控方式的優勢在于防護等級低、系統設計簡單，但也有很多問題。首先，處理器任務太多，處理速度會變慢。其次，當監控對象在不斷增加的情況下，主機的冗余會出現下降的情況，此外電纜長度的增加在一定程度上增加了干擾的存在，可靠性也會下降。此外電纜線過多使二次接線比較復雜，一旦出現問題或者是日常維護在查線時也會導致不方便，從而使維護和維修的工作量大大增加，同時在試運行或者檢查時也可能出現誤操作的情況。

2. 遠程監控方式

遠程監控方式在電廠小單元系統中應用較為廣泛，但由于各種現場總線的通信速度有限，不適合全廠的電氣自動化系統構建。此外，該方式可以節省電纜、安裝費用，同時能夠對面積進行很好地控制，并且具有較強的可靠性和靈活性等優點[4]。

3.現場總線監控方式

該方式目前在發電廠的應用非常多，主要用于遠程監控，并且其具有較強的智能化。這種方式可以根據不同的間隔情況進行設計，減少了很多隔離器件、端子柜、I/0卡件、模擬量卡件等，同時能夠節省大量的電纜以及工程量大大減少。另外，這種監控方式中的裝置的功能是相對獨立的，所以只要有網絡就可以對設備進行監控。除了使用以太網和現場總線的遠程監控技術外，現代火力發電廠還采用了工業物聯網技術和云計算技術來實現更加智能化的監控和管理。通過這些技術，可以實現數據的實時采集、分析和處理，從而提高生產效率、減少能源消耗和故障率，并提高整個系統的安全性和可靠性。此外，這些技術還可以實現智能診斷和預測維護，從而減少維護成本和停機時間，這種現場總線監控方式可以提高整個系統的可靠性。

（二）全廠電氣監控系統的構建

發電廠電氣綜合自動化系統設計采用了分層分布式多CPU的設計，每層都有不同的設備或子系統完成不同的功能。站控層是整個系統的高層，通過以太網與其他設備進行信息交換。這一層主要包括主機兼操作員工作站、操作員工作站、遠動工作站、工程師維護工作站和通信站。這些設備各自有不同的功能，比如主機兼操作員工作站是系統的核心設備，其主要是用來處理運行參數，同時也能夠進行遠程控制；操作員工作站則是監控中心，主要用于實時監控電廠電氣系統的運行工況；而工程師維護工作站則是維護技術人員的工具，也可用作培訓工作站。總之，這種系統設計實現了各種功能的靈活組合和高效運行，為電廠的穩定運行提供了有力的保障[5]。

六、結論

通過以上分析從電廠機電設備的實際運行情況和存在的問題來看，自動化監控系統的優勢可以得到充分發揮，運行實踐中存在的運行風險隱患可以得到有效解決，高質量的供電效率要求可以得到落實，實現預期的工作部件。將自動化監測控制系統充分融入電力設備管理實踐，可以更好地擴大電廠自動化監測控制系統的范圍，全面提高電廠的競爭力，滿足新時期電廠發展的要求，也滿足中國經濟社會和諧穩定發展的基本要求。通過自動化監測控制系統的應用，可以實現對電廠機電設備的實時監控和預警，及時發現和解決問題，提高設備的運行效率和穩定性，降低運行成本和風險，提高電廠的供電質量和經濟性，使整個電力系統的自動化水平得到大幅提升，從而為電力行業的快速發展提供有力支持。

參考文獻

[1]崔曉靜，石婕，許麗麗.發電廠電氣自動化監控系統的設計研究[J].科技創新與應用，2018（16）：126.

[2]王忠武.發電廠電氣自動化監控系統的研究[J].建材與裝飾，2018（49）：209.

[3]鄧德橋.發電廠電氣自動化系統總體設計方案應用淺析[J].企業技術開發，2018，34（35）：71+73.

[4]尹雪梅.大型火力發電廠電氣自動化監控系統的設計研究[D].北京：華北電力大學，2016.

[5]張興廣.電氣自動控制系統在火力發電廠中的應用與創新[J].大科技，2017（13）：43.

作者單位：國家電投北票發電有限公司

責任編輯：尚丹