高利平

(神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司,福建 泉州 362700)

廠用電監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析

高利平

(神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司,福建 泉州 362700)

隨著電力行業(yè)的發(fā)展,單臺(tái)機(jī)組容量越來(lái)越大,高參數(shù)、高電壓、高度自動(dòng)化已成為發(fā)展的主流趨勢(shì).發(fā)電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)主要有兩個(gè)發(fā)展方向:其一,完全由分散控制系統(tǒng)(DCS)實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的控制與監(jiān)視,廠用電監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS)輔助監(jiān)視;其二,由ECMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廠用電中各電源類開(kāi)關(guān)的控制與監(jiān)視,由DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)廠用電中各類電動(dòng)機(jī)的控制與監(jiān)視.對(duì)神福鴻電電氣設(shè)備的監(jiān)控方式進(jìn)行探討,并對(duì)存在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,結(jié)合當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì),提出對(duì)發(fā)電廠電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展設(shè)想.

ECMS系統(tǒng);DCS系統(tǒng);監(jiān)視;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

隨著電力行業(yè)的發(fā)展,單臺(tái)機(jī)組容量越來(lái)越大,高參數(shù)、高電壓、高度自動(dòng)化已成為發(fā)展的主流趨勢(shì).為了更好的實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐、電集中管理,單元機(jī)組集控運(yùn)行成為當(dāng)今火電廠的主要運(yùn)行控制方式.

針對(duì)發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的控制主要存在兩個(gè)發(fā)展方向:第一種,傳統(tǒng)的電氣監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方式是由DCS系統(tǒng)設(shè)置單獨(dú)的電氣控制器(DPU),經(jīng)I/O板實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣部分的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)方控制.第二種,廠用電中各電源類開(kāi)關(guān)由ECMS系統(tǒng)通過(guò)總線通訊的方式進(jìn)行遠(yuǎn)方控制,廠用電中電動(dòng)機(jī)類開(kāi)關(guān)由DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制.

本文主要通過(guò)ECMS系統(tǒng)發(fā)展以及在我廠的應(yīng)用,并對(duì)該系統(tǒng)存在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,結(jié)合當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì),提出對(duì)發(fā)電廠電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展設(shè)想.

1 廠用電監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS)的發(fā)展歷史

20世紀(jì)90年代之前,電氣控制設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行,無(wú)所謂系統(tǒng).90年代初期,微機(jī)繼電保護(hù)裝置的出現(xiàn),標(biāo)志著電氣二次微機(jī)保護(hù)時(shí)代的來(lái)臨.此時(shí),電氣設(shè)備采用常規(guī)硬接線接入到DCS控制器,由DCS系統(tǒng)完成電氣控制,由于DCS系統(tǒng)所含電氣信息量很少,無(wú)法滿足電氣自動(dòng)化的要求.2002年出現(xiàn)了利用現(xiàn)場(chǎng)總線和網(wǎng)絡(luò)對(duì)電氣二次設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),以通信方式接入DCS系統(tǒng),減少投資,提高電氣運(yùn)行管理水平,即ECMS系統(tǒng)出現(xiàn).

發(fā)展初期,廠用電監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS)主要是依附于DCS, 將ECMS系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)一體化控制.主要特點(diǎn)是:硬接線和現(xiàn)場(chǎng)總線通訊相結(jié)合,DCS系統(tǒng)通過(guò)硬接線控制,所有的廠用電電器開(kāi)關(guān)控制、聯(lián)鎖信號(hào)、電流量都通過(guò)硬接線送至DCS系統(tǒng),而廠用電保護(hù)裝置的模擬量采樣、告警信號(hào)、開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)均通過(guò)通訊線的方式進(jìn)入ECMS系統(tǒng),然后ECMS系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)至DCS系統(tǒng).

2007年后,ECMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完整的電氣控制,作為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng),電氣診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)、分析等應(yīng)用功能大大增強(qiáng),實(shí)現(xiàn)全分布式電氣控制系統(tǒng). 整個(gè)ECMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)-變壓器組、高低壓廠用電源等電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制和管理;ECMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的監(jiān)測(cè)管理,DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的控制.

2 神福鴻電廠用電監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS)建設(shè)

神福鴻電ECMS系統(tǒng)為北京四方的CSPA-2000型系統(tǒng),在組網(wǎng)配置上采用分層、分布、開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu).其中廠用6kV采用具有典型的站控層、智能間隔層兩層結(jié)構(gòu);廠用400V采用具有典型的站控層、通信管理層、智能間隔層三層結(jié)構(gòu)系統(tǒng).通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、電氣操作員、通信管理單元和分散在就地的電氣智能裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)、控制、統(tǒng)計(jì)、遠(yuǎn)方整定、事故分析、管理等功能.

神福鴻電公司ECMS系統(tǒng)對(duì)廠用電源部分進(jìn)行監(jiān)控,廠用6kV高壓電動(dòng)機(jī)通過(guò)硬接線接入DCS系統(tǒng),同時(shí)通過(guò)通訊方式與ECMS系統(tǒng)通訊.廠用400電動(dòng)機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接入DCS系統(tǒng).

2.1 采用該模式的優(yōu)勢(shì)

第一,因?yàn)椴捎每偩€通訊技術(shù),現(xiàn)場(chǎng)單臺(tái)電氣設(shè)備提供至ECMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量大大提高,從而電氣診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)、各類報(bào)表、告警、分析等應(yīng)用功能大大增強(qiáng),便于檢修人員的日常維護(hù)以及設(shè)備管理.

第二,ECMS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)相互獨(dú)立,職責(zé)清晰,電源負(fù)荷操作接入ECMS監(jiān)控,電動(dòng)機(jī)等涉及工藝流程的設(shè)備接入DCS監(jiān)控.

第三,將廠用電源負(fù)荷的監(jiān)控功能全部由ECMS實(shí)現(xiàn),DCS可以不設(shè)ECS控制器及其IO卡件,大大節(jié)省了DCS的工程費(fèi)用,同時(shí)節(jié)省了大量電纜,成本有了較大降低.

第四,高壓廠用電部分采用100M以太網(wǎng),大大提高了信息及波形上送、指令下發(fā)等速度.

第五,采用新型的獨(dú)立于DCS的ECMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu),與現(xiàn)存的其他方式相比,可以提高電廠廠用電氣部分的自動(dòng)化水平,便于更好地監(jiān)控、管理,縮小了DCS系統(tǒng)的規(guī)模,節(jié)約電廠的投資.

第六,電廠的熱工和電氣檢修人員的職責(zé)更加明確、清晰,各司其職,便于日常的檢修維護(hù).

第七,因電氣控制特點(diǎn)、屬性與熱工區(qū)別大,隨著電氣設(shè)備在線狀態(tài)診斷及狀態(tài)檢修管理體系實(shí)施,該模式有利于電力市場(chǎng)對(duì)電氣專業(yè)高級(jí)功能的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用需求.

第八,基于統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)能更好地實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間信息的互通,打破過(guò)去受信息傳輸瓶頸制約而無(wú)法避免的各控制系統(tǒng)間的信息割裂,解決操控?cái)帱c(diǎn)和盲點(diǎn)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化整合,帶來(lái)的海量信息,同時(shí)通信速率、功能等都將得到較大的提升.

第九,廠用電過(guò)程層數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用.通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享信息和信息交換,保護(hù)裝置功能和判據(jù)可跨間隔優(yōu)化,整體性能更趨合理,實(shí)現(xiàn)常規(guī)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的一些保護(hù)和控制功能,如廠用母線數(shù)字式差動(dòng)保護(hù).

2.2 采用該模式的不足

首先,單元機(jī)組集控運(yùn)行成為當(dāng)今火電廠的主要運(yùn)行控制方式,針對(duì)此現(xiàn)狀,發(fā)電廠的各個(gè)系統(tǒng)趨于高度集成,機(jī)、爐、電三大專業(yè)控制系統(tǒng)已融入DCS系統(tǒng),脫硫、脫銷、除塵、化學(xué)等輔網(wǎng)控制系統(tǒng)也漸漸并入DCS系統(tǒng),逐步向大集控過(guò)度.而將廠用電監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS)獨(dú)立出來(lái),違背發(fā)展趨勢(shì).

其次,廠用電監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS)與DCS獨(dú)立,勢(shì)必會(huì)增加ECMS系統(tǒng)操作員站,就不得不增加操控人員,從而增加人工成本,與節(jié)約人工成本的發(fā)展趨勢(shì)相違背.

第三,廠用電電氣設(shè)備分由兩個(gè)系統(tǒng)控制,不利于對(duì)電氣設(shè)備的統(tǒng)一管理.

第四,ECMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試驗(yàn)收暫無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范,且基建過(guò)程需各方調(diào)試工作量大,容易造成安裝、調(diào)試不到位等問(wèn)題.

第五,電廠接入設(shè)備比變電站多,即節(jié)點(diǎn)多,分散性強(qiáng),對(duì)系統(tǒng)容量、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的擴(kuò)展性和設(shè)備廠家的售后服務(wù)能力都有很高的要求,而不同廠家的解決方案良莠不齊,這就需要設(shè)計(jì)、廠商人員進(jìn)行深入細(xì)致的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì),合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),優(yōu)化信息傳輸方式.

2.3 ECMS系統(tǒng)的主要功能

2.3.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理

所有電氣量采用交流采樣,通過(guò)采集CT和PT的二次值,在間隔層計(jì)算實(shí)時(shí)數(shù)據(jù). 通信管理機(jī)按掃描周期定時(shí)采集所有電氣量信號(hào)并更新數(shù)據(jù)庫(kù),在基于IEC61850通信下,同時(shí)還具備查詢保護(hù)通道電流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)功能.提供實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的查看窗口,分辨率達(dá)ms級(jí),為運(yùn)維人員查詢?cè)O(shè)備運(yùn)行情況提供數(shù)據(jù).

2.3.2 報(bào)警信息監(jiān)視和查詢

通過(guò)變量報(bào)警事件、操作事件、用戶登錄事件和工作站等事件,可以方便地記錄和查看系統(tǒng)的報(bào)警、操作和各個(gè)工作站的運(yùn)行情況.也可以根據(jù)需要查詢歷史報(bào)警記錄及其他事件.

2.3.3 控制操作

ECMS正常運(yùn)行時(shí),根據(jù)設(shè)備運(yùn)行需要對(duì)相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行順序成組操作或手動(dòng)鍵盤獨(dú)立操作,各種操作均具有操作閉鎖功能,具備對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行修改的功能和對(duì)保護(hù)進(jìn)行遠(yuǎn)方復(fù)歸等功能.

2.3.4 事件順序記錄及事故追憶

ECMS對(duì)斷路器位置信號(hào)、繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等中斷型開(kāi)關(guān)量進(jìn)行事件順序記錄SOE.在出現(xiàn)事故后,能追憶事故前后一定時(shí)間內(nèi)有關(guān)開(kāi)關(guān)量的動(dòng)作順序和相關(guān)重要模擬量的變化情況,分辨率達(dá)ms級(jí).事故追憶的觸發(fā)可以是開(kāi)關(guān)的事故跳閘或人工觸發(fā),支持多重事故追憶功能.

2.3.5 畫面生成及顯示

操作員站能完成機(jī)組電氣設(shè)備各種監(jiān)控系統(tǒng)圖等,每幅畫面均能顯示過(guò)程電量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài).

2.3.6 運(yùn)行管理功能

事故分析檢索、在線設(shè)備分析、自動(dòng)抄表等.

2.3.7 設(shè)備管理

ECMS對(duì)主要電氣設(shè)備如斷路器、變壓器、電動(dòng)機(jī)等運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視,以指導(dǎo)設(shè)備維護(hù)和檢修工作.

2.3.8 在線計(jì)算及制表

ECMS能對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線計(jì)算.各種制表主要包括實(shí)時(shí)值表、正點(diǎn)值表、負(fù)荷運(yùn)行日志、電度量累計(jì)、事件順序記錄一覽表、報(bào)警記錄表、保護(hù)定值一覽表、主要設(shè)備參數(shù)表和自診斷報(bào)告.

2.3.9 防誤操作閉鎖

ECMS對(duì)于通過(guò)CRT、鍵盤進(jìn)行的電氣操作由系統(tǒng)的軟件進(jìn)行閉鎖,防止誤操作.

2.4 神福鴻電ECMS系統(tǒng)調(diào)試期的典型問(wèn)題

因ECMS系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)的方式,整套系統(tǒng)的組態(tài)與調(diào)試同步進(jìn)行,這樣就造成了此過(guò)程中會(huì)暴露出許多問(wèn)題.

典型問(wèn)題一:通訊異常類問(wèn)題.產(chǎn)生原因如下.

(1)因?yàn)榉?wù)器通訊參數(shù)配置不合理,造成與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)法通訊或者頻繁報(bào)通訊中斷.

(2)因?yàn)橥ㄓ嵕€接線不良,造成不能正常通訊.

(3)因?yàn)榫偷卦O(shè)備通訊參數(shù)配置不合理,造成與服務(wù)器無(wú)法通訊.

(4)因?yàn)椴捎貌煌瑥S家設(shè)備,通訊協(xié)議匹配不良,造成不能正常通訊.

典型問(wèn)題二:功能異常類問(wèn)題.產(chǎn)生原因如下.

(1)因服務(wù)器參數(shù)配置問(wèn)題,造成不能實(shí)現(xiàn)遙控出口等問(wèn)題.

(2)因服務(wù)器應(yīng)用軟件功能不完善,造成不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)提出的完善要求.如報(bào)警方式的調(diào)整、畫面顯示的調(diào)整、報(bào)表功能的調(diào)整等.

(3)因我廠ECMS系統(tǒng)設(shè)備為北京四方的產(chǎn)品,通訊方式采用61850規(guī)約.這種組合方式是首次在火電廠廠用電系統(tǒng)使用,在整體組成框架存在部分問(wèn)題,不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求.如:單個(gè)通訊設(shè)備通訊異常后,在1分鐘后才能在服務(wù)器顯示報(bào)警;就地設(shè)備告警不能及時(shí)上送,部分狀態(tài)信號(hào)15S左右才能從服務(wù)器報(bào)出;重要告警信號(hào)不能保持、不能突出顯示等.

典型問(wèn)題三:畫面顯示異常類問(wèn)題.產(chǎn)生原因如下.

(1)畫面中各開(kāi)關(guān)元件無(wú)雙重編碼顯示,操作執(zhí)行時(shí),如果發(fā)生執(zhí)行異常,不能報(bào)出異常原因窗口.

(2)畫面顯示關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)錯(cuò)誤,造成畫面顯示異常.

(3)針對(duì)暴露出的各類問(wèn)題,積極組織廠家人員與電廠技術(shù)人員配合解決,直至滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需求.

3 神福鴻電ECMS系統(tǒng)調(diào)試期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

結(jié)合目前神福鴻電ECMS系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,為確保投運(yùn)后該系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)ECMS系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.通過(guò)使用HAZOP定量分析法,對(duì)機(jī)組調(diào)試期、啟動(dòng)、運(yùn)行、停運(yùn)四種工況下,如果ECMS系統(tǒng)發(fā)生故障造成的影響進(jìn)行分析.

3.1 確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣

通過(guò)對(duì)比討論,確定quot;神福鴻電ECMS系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣quot;,如表1.

3.2 神福鴻電ECMS系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

根據(jù)quot;神福鴻電ECMS系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣quot;,通過(guò)HAZOP定量分析法對(duì)ECMS系統(tǒng)存在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析,表2對(duì)各嚴(yán)重故障進(jìn)行分析.

3.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

通過(guò)利用HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析的方法對(duì)ECMS系統(tǒng)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定量分析和評(píng)估,有針對(duì)性地提出了采取的措施和建議,將系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受程度,得出如下結(jié)論.

(1)ECMS系統(tǒng)故障最高風(fēng)險(xiǎn)不會(huì)造成人員傷亡事故.

(2)ECMS系統(tǒng)故障最高風(fēng)險(xiǎn)不會(huì)造成重大設(shè)備損壞.

(3)ECMS系統(tǒng)故障最高風(fēng)險(xiǎn)不會(huì)造成機(jī)組非停.

表1 神福鴻電ECMS系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣

表2

(4)在設(shè)備檢修后恢復(fù)送電時(shí),ECMS系統(tǒng)故障可能造成送電延期.

(5)ECMS系統(tǒng)故障不會(huì)對(duì)機(jī)組停機(jī)造成影響.

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比發(fā)電廠電氣系統(tǒng)監(jiān)控的兩個(gè)主要發(fā)展方向,以及神福鴻電電氣設(shè)備的監(jiān)控方式的探討與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,不難發(fā)現(xiàn)兩種方式各有利弊.如果將電氣設(shè)備的監(jiān)控全部歸入DCS系統(tǒng),既實(shí)現(xiàn)了高度的集中控制,也避免了人力成本的增加.但是因?yàn)镈CS系統(tǒng)中電氣設(shè)備的信息量較小,不利于對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行深層次的管理,也不利于對(duì)電氣設(shè)備故障現(xiàn)象的分析,對(duì)電氣設(shè)備的檢修管理存在制約,反之亦然.

結(jié)合電廠的發(fā)展趨勢(shì),最大限度的將各方需求進(jìn)行整合統(tǒng)一,既能實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電廠各類設(shè)備的集中控制,又能滿足設(shè)備管理的各類高級(jí)管理要求.需要通過(guò)新的方式來(lái)實(shí)現(xiàn),總的設(shè)想是:增強(qiáng)DCS系統(tǒng)性能,提高對(duì)電氣設(shè)備信息量的采集,電氣設(shè)備使用總線通訊技術(shù),對(duì)影響機(jī)組停機(jī)安全的重要負(fù)荷可以保留硬接線與通訊兩種方式共存.設(shè)想的結(jié)構(gòu)圖如圖1.

圖1

隨著科技的發(fā)展,軟硬件的不斷增強(qiáng)與完善,發(fā)電廠電氣設(shè)備的監(jiān)控水平將進(jìn)一步提高.電氣設(shè)備是發(fā)電廠的重要組成部分,將更好的融入到DCS系統(tǒng)中去.而電氣監(jiān)控主要采用通訊監(jiān)控,對(duì)影響機(jī)組停機(jī)安全的重要負(fù)荷可以保留硬接線的這種方式將會(huì)是大勢(shì)所趨.

[1]汪文琦.廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用及展望[J]. 科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì), 2009,11:(35)19.

[2]侯 偉,沈全榮,嚴(yán) 偉.ECMS系統(tǒng)的新型結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用[J].電路系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2010,10:(5)22.

[3]華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司,福建電力勘測(cè)電力設(shè)計(jì)院.福建石獅鴻山熱電廠二期2X1000MW機(jī)組工程 施工設(shè)計(jì)圖紙.北京,福州,2013,5.

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