張學(xué)峰，王小輝

(華能銅川電廠，陜西 銅川 727100)

0 引言

隨著電力市場發(fā)展改革和發(fā)電企業(yè)間競爭的日益激烈，火電廠指標(biāo)考核及日常電能量統(tǒng)計、平衡率計算、節(jié)能監(jiān)督等對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)電量信息需求大增，而通過硬接點(diǎn)與分散控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)行有限的控制和信號交換，不能完整反映廠用電氣系統(tǒng)的定值整定、電量和潮流等電氣運(yùn)行參數(shù)，更不可能通過深層次的數(shù)據(jù)挖掘提高廠用電氣系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理水平。在火電廠建立一套穩(wěn)定、可靠的廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)(ECS)已成為一種趨勢。

1 廠用ECS的結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)配置

華能銅川電廠采用ECStar－6000廠用ECS，該系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，將廠用電氣系統(tǒng)各綜合保護(hù)、測控設(shè)備連接成電氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用計算機(jī)、測量保護(hù)與控制及通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了廠用電氣系統(tǒng)的電氣運(yùn)行、保護(hù)、控制、故障信息管理及故障診斷。一方面可以通過接口機(jī)接入DCS，完成必要的控制功能及相關(guān)數(shù)據(jù)的交換;另一方面，通過網(wǎng)關(guān)接口機(jī)接入電氣主站系統(tǒng)，充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后信息全面的優(yōu)勢，加強(qiáng)電氣信息的應(yīng)用，完成復(fù)雜的電氣運(yùn)行維護(hù)管理工作，實(shí)現(xiàn)廠用電系統(tǒng)綜合自動化，并實(shí)現(xiàn)與發(fā)電廠管理信息系統(tǒng)(MIS)和廠級監(jiān)控系統(tǒng)(SIS)的無縫連接。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為使廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能清晰，達(dá)到最優(yōu)的性價比，2臺機(jī)組配置1套 ECStar－6000系統(tǒng)，公用段及輔助廠房設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別接入機(jī)組的ECStar－6000系統(tǒng);該系統(tǒng)采用了先進(jìn)的分層分布式結(jié)構(gòu)，分為上位機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控層、通信管理層及現(xiàn)場保護(hù)測控單元層3層。

1.1.1 現(xiàn)場保護(hù)測控層

保護(hù)測控層由眾多的保護(hù)和自動裝置構(gòu)成，具有測量、控制、保護(hù)、信號、通信等功能。該層主要包括400V系統(tǒng)的 LPC1(2)－580進(jìn)/出線、LPC2－530電動機(jī)保護(hù)綜合保護(hù)裝置、空冷MM440變頻器及6 kV系統(tǒng)的TOP系列保護(hù)裝置、備自投裝置等，各保護(hù)測控裝置通過屏蔽雙絞線接入通訊管理機(jī)，當(dāng)開關(guān)柜室距離監(jiān)控層超過1000 m時，通信介質(zhì)需要更換為光纜。

1.1.2 通信管理層

通信管理層由DCAP－400M(C)系列通信管理機(jī)組成，每個通信管理機(jī)按電氣主接線方式接帶一個PC段，可支持多種類型的通信口，包括以太網(wǎng)、串行通信口等，軟件上采用規(guī)約庫，支持MODBUS、標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(TCP/IP)等。400 V PC段LPC系列綜合保護(hù)裝置等現(xiàn)場層測控單元組網(wǎng)采用單(雙)網(wǎng)RS485總線結(jié)構(gòu)，通信協(xié)議采用MODBUS規(guī)約，空冷段西門子MM440變頻器通信規(guī)約采用USS協(xié)議，6 kV綜保裝置的通信采用雙CAN網(wǎng)通訊。

1.1.3 系統(tǒng)監(jiān)控層

2臺機(jī)組配置2臺電氣維護(hù)工作站和2臺系統(tǒng)服務(wù)器，對2臺機(jī)組的全部電氣設(shè)備信息量進(jìn)行監(jiān)測和控制。后臺監(jiān)控層供運(yùn)行維護(hù)人員日常維護(hù)及監(jiān)視，可安裝于集控室或工程師室;配置1臺網(wǎng)關(guān)機(jī)用于與SIS和MIS進(jìn)通信，暫時預(yù)留RS485接口接入DCS的DPU(需要DCS支持)。

1.2 廠用電系統(tǒng)組網(wǎng)方案

鑒于ECStar－6000系統(tǒng)現(xiàn)場保護(hù)測控層裝置數(shù)量眾多，為保證系統(tǒng)的實(shí)時性和可靠性，根據(jù)廠用電系統(tǒng)主接線分段對各種測控、保護(hù)設(shè)備進(jìn)行分組，通過現(xiàn)場總線分別組網(wǎng)至對應(yīng)的通信主控單元DCAP－400M(C)。通信主控單元通過RS485接口接至各段母線的保護(hù)測控層裝置，通過100 M以太網(wǎng)接入后臺監(jiān)控層，采用雙網(wǎng)連接、雙網(wǎng)無縫切換。400 V系統(tǒng)LPC系列采用485通信，單雙網(wǎng)結(jié)合，當(dāng)輔助廠房離監(jiān)控層超過1000 m時，需要采用光纖轉(zhuǎn)換。6 kV系統(tǒng)TOP系列綜合保換裝置采用雙CAN網(wǎng)，充分利用光纖通道，一臺機(jī)組6 kV工作A，B段和公用段接入的3個通信管理共享網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和光纖通道，另外一路光纖備用，達(dá)到省網(wǎng)、冗余、可靠的目的。

此方案具有簡單實(shí)用、現(xiàn)場總線布線容易、間隔分明，便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是與DCS工藝流程控制關(guān)聯(lián)不大，無法與DCS的DPU進(jìn)行一對一通信，與DCS交換數(shù)據(jù)的速度受到制約。

2 ECS的應(yīng)用和管理效益

ECS將正常及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制、計量和電廠的生產(chǎn)技術(shù)管理有機(jī)地融合在一起，通過準(zhǔn)確、實(shí)時的數(shù)據(jù)和信息，運(yùn)行人員可以直觀地監(jiān)視全廠任何電氣設(shè)備的運(yùn)行情況，方便地控制計劃停電、送電，實(shí)現(xiàn)總體控制。通過系統(tǒng)內(nèi)各類常規(guī)和特制報表、分析曲線，專工可制訂保養(yǎng)、檢修、整改計劃，管理者可根據(jù)詳細(xì)的電量統(tǒng)計報表核算、控制生產(chǎn)成本，檢修人員可根據(jù)畫面的預(yù)警提示有針對性地對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)、檢修，在不增加人員成本的基礎(chǔ)上，大大提升管理水平。在華能銅川電廠的實(shí)際應(yīng)用中，ECS的功能得到了良好發(fā)揮，取得了理想的效果。

(1)火電廠對繼電保護(hù)定值管理要求嚴(yán)格，絕不允許出現(xiàn)現(xiàn)場保護(hù)裝置定值設(shè)置與定值單不符而造成保護(hù)誤動、拒動的事故發(fā)生，但對于成百上千臺的裝置，在每次調(diào)試、檢修結(jié)束后，都有可能因遺漏、出錯而造成不可想象的事故。ECS的定值管理功能可遠(yuǎn)方直接查看、修改定值，每次檢修前后對定值進(jìn)行召喚在線核對，節(jié)省了大量的時間和精力，可將人為輸錯的幾率降為0并保存為定值檔案文件，下次定值變動后可直接下傳至裝置，這種功能對繼電保護(hù)人員來說非常實(shí)用。

(2)事故分析的實(shí)用性。該系統(tǒng)報警信息相當(dāng)詳盡全面，一般故障處理根據(jù)后臺管理機(jī)的報警信息均可很快確定故障點(diǎn)。華能銅川電廠新加的D儀用空氣壓縮機(jī)投運(yùn)后，頻繁出現(xiàn)合閘不可靠的現(xiàn)象，幾次都未能徹底查明原因，在ECS后臺調(diào)取的控制報告中發(fā)現(xiàn)，熱控合閘指令和空氣壓縮機(jī)分閘指令在同一時間出現(xiàn)，最終找到了回路設(shè)計缺陷。在事故跳閘中，根據(jù)電氣接線分段、時間調(diào)取動作報警等報告，可迅速判斷首出原因，為事故處理爭取了寶貴時間、提供了準(zhǔn)確信息，在事故分析中充當(dāng)了有力的工具。

(3)數(shù)據(jù)采集和報表管理功能強(qiáng)大。該電廠6 kV電壓等級系統(tǒng)利用珠海某公司生產(chǎn)的TOP系列綜合保護(hù)測控裝置本身的測量計量功能或轉(zhuǎn)接電度表的脈沖信號，在監(jiān)控主站進(jìn)行電量的在線統(tǒng)計生成日報表、月報表、不平衡率報表及特殊要求的報表(如非生產(chǎn)用電量)等，可實(shí)現(xiàn)專用的廠用電抄表系統(tǒng)的所有功能。遺憾的是，其記錄電量時間的最小間隔為5 min，不能作為故障分析的依據(jù)。但是特殊時段的報表功能完全可以反映所需電量信息，比如電除塵斷電振打、電動給水泵變頻器等進(jìn)行技術(shù)改造后，通過后臺報表和實(shí)時電量顯示可明顯發(fā)現(xiàn)電流、功率因數(shù)、電度等電量指標(biāo)下降，運(yùn)行人員通過改變運(yùn)行方式，可實(shí)時觀察電量信息并可根據(jù)需要調(diào)取歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊要求的報表編制，通過對數(shù)據(jù)的深度發(fā)掘提高生產(chǎn)管理水平。

(4)在電廠大、小修中，需要對各種開關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試傳動，而實(shí)際中很多負(fù)荷的分、合閘邏輯條件由于檢修狀態(tài)并不滿足，大量條件需要熱工人員進(jìn)行強(qiáng)制，極易造成誤強(qiáng)制或遺漏恢復(fù)，而利用ECS強(qiáng)大的通信控制功能，可遠(yuǎn)方直接通過通信指令讓開關(guān)分、合，節(jié)省了大量的時間和工作，這點(diǎn)對于時間緊、任務(wù)重的檢修工作非常重要。

(5)GPS對時功能很實(shí)用。為方便運(yùn)行方式調(diào)整、動作故障情況分析，電廠內(nèi)電氣系統(tǒng)與DCS時間以及現(xiàn)場各運(yùn)行設(shè)備的時間需要保持一致?，F(xiàn)場成百上千裝置的時間設(shè)置不僅繁多，而且不能達(dá)到完全同步的狀態(tài)，分析事故時不能按時間先后順序分析各現(xiàn)象，給事故處理帶來不便。GPS發(fā)出的對時命令及同步脈沖信號接入DCAP－4000M主控單元的時鐘管理模塊，再由主控單元通過以太網(wǎng)同步ECS上位機(jī)時鐘并通過現(xiàn)場總線向保護(hù)測控層廣播時間，同時向各保護(hù)測控裝置驅(qū)動轉(zhuǎn)發(fā)同步脈沖信號，現(xiàn)場裝置只要設(shè)置好通信地址、協(xié)議等參數(shù)，裝置時間會自動與系統(tǒng)同步，簡單實(shí)用。

(6)設(shè)備管理臺賬?；痣姀S的大/小修、臨檢等設(shè)備維護(hù)后的臺賬必須及時、準(zhǔn)確歸檔，而每次檢修任務(wù)重、時間緊，對廠用電系統(tǒng)繁多的設(shè)備根本無力做得很精細(xì)，而采用ECS后可利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢上傳給MIS臺賬，設(shè)備動作報警檢修信息可通過保存在歷史庫的方式定期調(diào)取、存檔，省去了大量的人力并可實(shí)現(xiàn)無紙化辦公，節(jié)省了材料費(fèi)用，而且清晰、準(zhǔn)確，不會遺漏。

3 廠用ECS運(yùn)行中存在的一些問題

(1)由于485屏蔽雙絞線傳輸距離較近，對于輔助廠房和主廠房6 kV段的通信需要鋪設(shè)光纖，造價較高。系統(tǒng)屏內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換器過于集中，散熱差，光電轉(zhuǎn)換器容易燒壞。

(2)廠用綜合保換設(shè)備繁多，同一主控單元帶太多負(fù)載時容易死機(jī)，造成通信中斷，穩(wěn)定性較差。

(3)與其他廠家綜合保測控裝置通信組網(wǎng)，需要溝通通信協(xié)議組態(tài)等，通用性不強(qiáng)。

(4)硬件平臺較低，穩(wěn)定性較差，出現(xiàn)過主機(jī)風(fēng)扇不轉(zhuǎn)而導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)的現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

ECStar－6000廠用 ECS功能全面、實(shí)用，使電廠生產(chǎn)管理中的很多難題得到輕松解決，節(jié)省了控制系統(tǒng)、信號電纜等方面的投資，經(jīng)濟(jì)效益良好。

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