田紅蓮 殷文權(quán)

（1、鄭州旭飛光電科技有限公司，河南 鄭州 450016 2、鄭州華晶金剛石股份有限公司，河南 鄭州 450016）

1 概述

廠用電監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)是為協(xié)調(diào)電廠熱控與電氣自動(dòng)化的同步發(fā)展，提高發(fā)電廠廠用電電氣控制管理水平而開(kāi)發(fā)的在線系統(tǒng)，電廠廠用電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)機(jī)組的安全起著至關(guān)重要的作用。該系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，將監(jiān)視、控制、測(cè)量、繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、通訊、遠(yuǎn)動(dòng)等多種功能集于一體，利用現(xiàn)場(chǎng)總線將間隔層設(shè)備的通訊接口連接起來(lái)，構(gòu)成電氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)以太網(wǎng)將電氣工程師站、站控主站等連接起來(lái)，構(gòu)成電氣監(jiān)控管理上位機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)通訊管理層中的主控單元機(jī)連接DCS系統(tǒng)，徹底實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的機(jī)、爐、電監(jiān)控一體化，大大提高了發(fā)電廠運(yùn)行的自動(dòng)化程度，保證廠用電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 ECS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

在電廠的工程項(xiàng)目中部分電動(dòng)機(jī)采用進(jìn)入DCS并實(shí)現(xiàn)了電氣順序控制，而另一部分進(jìn)入了ECS系統(tǒng)。傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式是把電氣控制直接引入DCS，將斷路器位置信號(hào)等開(kāi)關(guān)量直接接入DCS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，電壓電流等模擬量通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成4～20mA電流后接入DCS系統(tǒng)，經(jīng)處理后進(jìn)監(jiān)控中心。這種方式的缺點(diǎn)是：

由于采用了變送器，二次接線復(fù)雜，造價(jià)高，抗干擾能力差，精度不高。

通過(guò)DCS采用專用硬件和軟件實(shí)現(xiàn)電氣邏輯，這些邏輯對(duì)速度要求較高時(shí)，加重了DCS負(fù)擔(dān)，代價(jià)大，并且由于DCS實(shí)現(xiàn)電氣功能的方式是I/O采集信號(hào)后通過(guò)主控單元完成算法，實(shí)時(shí)性較差，不易滿足電氣要求。電氣控制依賴于DCS，沒(méi)有提升電氣專業(yè)的運(yùn)行水平和管理水平。投產(chǎn)初期由于DCS投入較晚致使電氣控制失去遠(yuǎn)主控制功能。增加了DCS硬件，而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正的分散控制。

隨著電力工業(yè)不斷發(fā)展，電力自動(dòng)化技術(shù)實(shí)用化程度的不斷提高，新一代的ECS電氣控制系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)DCS的成熟技術(shù)，采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線和開(kāi)放的通訊接口，ECS的優(yōu)點(diǎn)是變千百根電纜為一根，節(jié)約大量電纜；控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)，使控制信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、快速性和可靠性大為提高；現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化省去I/O端子柜和控制柜后，使控制室占地面積大大減少并使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維護(hù)費(fèi)用的降低及工作量也大大減少；有利于控制室的防火和火電廠的安全運(yùn)行。在發(fā)電廠采用了廠用電監(jiān)控系統(tǒng)（ECS系統(tǒng)）和DCS系統(tǒng)同時(shí)并存的方式，這樣就克服了DCS系統(tǒng)的缺點(diǎn)從而構(gòu)成了更完善的分布式控制系統(tǒng)。

3 廠用電監(jiān)控系統(tǒng)(ECS)的特點(diǎn)

3.1 簡(jiǎn)化高效的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用流行的三層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，間隔層的微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置和通訊層的主控單元，通訊接入裝置采用了基于嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)的通訊技術(shù)，可以直接和站控層多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，省卻了基于現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線通訊技術(shù)的間隔層裝置和以太網(wǎng)站控層計(jì)算機(jī)之間必需的介質(zhì)及規(guī)約轉(zhuǎn)換，減少了通信的環(huán)節(jié)和成本，消除了通訊層的故障瓶頸，提高了通信可靠性；同時(shí)可以充分發(fā)揮以太網(wǎng)傳輸速度高、容量大、成本低、開(kāi)放性好和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活的特點(diǎn)。

3.2 雙機(jī)雙網(wǎng)的設(shè)計(jì)

站控層中的多臺(tái)計(jì)算機(jī)可以采用雙以太網(wǎng)、雙數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及雙操作員工作站；間隔層的微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置和通信接人裝置可以提供相互獨(dú)立的雙以太網(wǎng)口，通信互不干擾，組成冗余備份的雙網(wǎng)。

3.3 合理的內(nèi)網(wǎng)通訊機(jī)制

站控層的多臺(tái)計(jì)算機(jī)和通訊管理層的主控單元、間隔層的微機(jī)保護(hù)裝置之間采用基于標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議、具有很強(qiáng)開(kāi)放性的通訊規(guī)約。規(guī)約采用主動(dòng)上送和召喚應(yīng)答相結(jié)合的方式，變化數(shù)據(jù)突發(fā)上送，穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)地定時(shí)上送，這既確保了突發(fā)事件在第一時(shí)間得到優(yōu)先上送，又保證了站控層系統(tǒng)能定時(shí)獲得來(lái)自各裝置的全數(shù)據(jù)，避免產(chǎn)生死數(shù)據(jù)。雙網(wǎng)備份冗余的組網(wǎng)方案使得站控層計(jì)算機(jī)能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的瞬時(shí)狀況動(dòng)態(tài)地在雙網(wǎng)之間取舍數(shù)據(jù)以規(guī)避通訊故障。

3.4 微機(jī)保護(hù)測(cè)控一體化

廠用電微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置將保護(hù)功能和測(cè)控功能按對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)，集合保護(hù)、測(cè)控功能于一臺(tái)裝置中，可就地安裝在開(kāi)關(guān)柜上，減少了大量的二次電纜和變頻器裝置，僅通過(guò)通信電纜于上層系統(tǒng)聯(lián)系，取消了大量的信號(hào)、測(cè)量、控制、保護(hù)電纜接入繼電器室，節(jié)省了投資，提高了整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

4 應(yīng)用實(shí)例

河南省“十五”重點(diǎn)工程項(xiàng)目某電廠是“2x300MW“的火力發(fā)電廠，在2005年12月已經(jīng)投入運(yùn)行，廠用電監(jiān)控系統(tǒng)(ECS)運(yùn)行穩(wěn)定、反映良好，整個(gè)廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)西北電力設(shè)計(jì)院提供的技術(shù)要求結(jié)合電廠實(shí)際情況及6KV系統(tǒng)、400V系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)的組網(wǎng)通訊要求而完成的。主要保護(hù)和監(jiān)控對(duì)象有發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)、啟備變保護(hù)、主廠房電動(dòng)機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、廠用電快切系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等的監(jiān)視和控制管理。電廠的控制層次和對(duì)象可分為站控層、通訊管理層和間隔層三級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，電廠監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)。站控層通訊網(wǎng)由于信息流量大、開(kāi)放性要求高，故采用以太網(wǎng)。通訊管理層到間隔層通訊媒介采用光纖和電纜（雙絞線），通信規(guī)約采用CSPA2004 TCP/IP通信傳輸規(guī)約。

5 廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展前景和預(yù)測(cè)

廠用電電氣監(jiān)控系統(tǒng)ECS，保留了傳統(tǒng)DCS的成熟技術(shù)，采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線和開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，可以取代了1/0硬接線。ECS將能取代DCS中的電氣自動(dòng)化，用微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置取代DCS的電氣1/0。從經(jīng)濟(jì)分析比較（單臺(tái)300MW機(jī)組ECS與DCS-體化控制）一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的綜合技術(shù)性能水平高，信息量是常規(guī)應(yīng)用方式的2倍；采用一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案機(jī)組自動(dòng)化水平得到整體性提高。

廠用電電氣控制的特點(diǎn)可歸納為：面向?qū)ο?，功能?dú)立；電氣系統(tǒng)操作少，保護(hù)動(dòng)作快速；功能下放，可靠性要求極高；基于現(xiàn)場(chǎng)總線；分層分布控制?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：完全替代4-20mA模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)數(shù)字化，易于現(xiàn)場(chǎng)布線，降低了電纜安裝和保養(yǎng)費(fèi)用，提高了可靠性；控制、報(bào)警、趨勢(shì)分析等功能分散在現(xiàn)場(chǎng)儀表和裝置中，簡(jiǎn)化了上層系統(tǒng)；各廠家產(chǎn)品的交互操作和互換使用，給用戶進(jìn)行系統(tǒng)組織提供了方便；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化儀表技術(shù)從模擬數(shù)字技術(shù)向全數(shù)字技術(shù)轉(zhuǎn)化，自動(dòng)化系統(tǒng)從封閉式系統(tǒng)向開(kāi)放式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。

6 結(jié)語(yǔ)

廠用電電氣控制系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用還剛起步，特別是在大型火電機(jī)組中的應(yīng)用只占其中極少部分。我國(guó)大中小型電廠在廠用電電氣控制系統(tǒng)方面落后于國(guó)外的企業(yè)。因此，廠用電電氣控制系統(tǒng)在我國(guó)電力行業(yè)中的推廣應(yīng)用刻不容緩?，F(xiàn)在我國(guó)廠用電控制系統(tǒng)的發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛，應(yīng)用前景十分廣闊。我們應(yīng)該積極推進(jìn)廠用電控制系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)電廠的全面數(shù)字化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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