國家電力投資集團協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司 王丁一

在發(fā)電廠日常運維過程中，電氣系統(tǒng)設(shè)備的主要電氣量是重要的監(jiān)測對象[1]。在現(xiàn)場，除使用變送器采樣4～20mA電信號用于DCS系統(tǒng)顯示及邏輯判斷外，發(fā)電廠普遍通過搭建廠用電氣監(jiān)管系統(tǒng)（ECMS）進行電氣設(shè)備的監(jiān)測與管理，系統(tǒng)通過現(xiàn)場采集及網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備，形成集中的電測量數(shù)據(jù)顯示和匯總，以提高發(fā)電廠自動化管理水平[2-3]。常見ECMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ECMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

1 ECMS網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)概述

某2×1000MW大型火電廠的廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS）后臺主機架構(gòu)選用金智科技公司的DCAP-4000發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)分站控層、通訊管理層、間隔層三層，自上而下采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由#1機組、#2機組及公用系統(tǒng)三部分組成，其中#1機組與#2機組相互獨立，配置有各自完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，公用系統(tǒng)經(jīng)交換機分別至兩臺機組系統(tǒng)的站控層實施監(jiān)測，通過獨立區(qū)分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一方面能夠減緩數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)娜萘考八俾蕢毫?，保證系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行，另一方面也更加適應(yīng)發(fā)電廠機組獨立管控的思路，極大程度上滿足了集控運行人員追蹤監(jiān)測電氣設(shè)備狀態(tài)的需求。

該電廠ECMS通過雙網(wǎng)冗余配置，保障電氣測量與信號的穩(wěn)定監(jiān)測，并設(shè)置兩臺服務(wù)器互為備用，通過顯示屏直觀顯示各監(jiān)測系統(tǒng)運行情況，避免主機發(fā)生死機等異常情況時影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測和共享。系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機（wisLink W-2000）及光纖傳輸設(shè)備，整合集中下層各監(jiān)控端采集的數(shù)據(jù)信息在后臺畫面中顯示，同時提供異常報警、定值維護、報表統(tǒng)計等功能；SIS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)可根據(jù)各自需求，通過網(wǎng)關(guān)機采集相應(yīng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息測點，以實現(xiàn)設(shè)備運行及電能量的監(jiān)控共享?？紤]到機組運行安全穩(wěn)定性，該電廠ECMS僅實行全廠電氣設(shè)備監(jiān)測任務(wù)，不啟用控制功能。

參考圖1所示的ECMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)備數(shù)據(jù)自下而上傳輸途徑的基本流程如圖2所示?，F(xiàn)場設(shè)備通過自動化設(shè)備、綜保裝置、測控裝置及各電量表計進行電流、電壓、功率、電度等電量及開關(guān)分合狀態(tài)的采集，并基于各裝置所具備的唯一通訊地址，將上述數(shù)據(jù)以RS485接線的通訊方式傳輸?shù)酵ㄓ崒覧CM-5908裝置中，進而完成通訊及規(guī)約轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)配置有通訊裝置的雙機冗余系統(tǒng)，裝置配置：8路RS485串口、2個Profibus—DP通信口、4路以太網(wǎng)口，兩臺裝置具有完全獨立的電氣單元，實時同步裝置數(shù)據(jù)分別進行匯總，雙機之間互為備份，并各自具備A、B網(wǎng)端，將數(shù)據(jù)同步上送至工業(yè)交換機完成通訊連接。為滿足現(xiàn)場監(jiān)測需求，系統(tǒng)中還配置有整套的ECMS系統(tǒng)測控裝置（iPACS 5779），進行發(fā)電機及廠用電的電壓、電流采樣監(jiān)測，同樣經(jīng)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)傳輸至站控層。在站控層，系統(tǒng)配置有網(wǎng)關(guān)機，以供SIS、DCS系統(tǒng)采集電氣數(shù)據(jù)；通過服務(wù)器實現(xiàn)就地數(shù)據(jù)顯示，并增設(shè)工程師工作站、操作員工作站，為集控人員提供數(shù)據(jù)實時觀測功能。

圖2 ECMS傳輸路徑

依此拓撲結(jié)構(gòu)組建的ECMS系統(tǒng)在較大程度上保障了數(shù)據(jù)傳輸通道的正常運作，通過多重的冗余設(shè)計避免了個別電源、接線及串口通訊問題對監(jiān)控系統(tǒng)的影響，減輕了現(xiàn)場監(jiān)測和維護壓力，提高了數(shù)據(jù)的完整性。同時，為滿足運維人員日常檢查，系統(tǒng)各層設(shè)備布局采用“就近原則”，將網(wǎng)關(guān)機、服務(wù)器、交換器、通訊管理機等均布置在所監(jiān)測系統(tǒng)的配電室內(nèi)，減少通信線路長度，便于查驗維護，也在一定程度上減少了數(shù)據(jù)傳輸通道維護的成本[4-5]。

2 通訊組態(tài)配置及數(shù)據(jù)處理

該電廠ECMS監(jiān)控范圍包括發(fā)變組、高廠變、起備變保護及自動裝置、勵磁、直流、UPS系統(tǒng)、10kV及380V廠用電、電能計量等系統(tǒng)，涉及保護裝置、測控裝置、電測表計等多種設(shè)備，涵蓋全廠電氣系統(tǒng)及各重要負荷，基本實現(xiàn)了對兩臺機組及公用系統(tǒng)中主要電氣設(shè)備的監(jiān)控管理，全面掌控了廠用電設(shè)備的運行狀況，通過實時顯示數(shù)據(jù)及狀態(tài)量，反饋異常信息，方便運行和檢修人員及時確認和處理，可有效保障機組安全運行。

ECMS的有效運行是以數(shù)據(jù)的正常通訊傳輸為根本的，由上述拓撲結(jié)構(gòu)可知，數(shù)據(jù)在傳輸過程中存在多種形式，經(jīng)由各轉(zhuǎn)換裝置得以實現(xiàn)傳輸和利用。該電廠ECMS監(jiān)察范圍內(nèi)的各類測控裝置、智能裝置、電測表計等的通信規(guī)約各不相同，因而需要通信裝置進行統(tǒng)一性處理?，F(xiàn)場裝置通過RS485接線連接至通訊串口，并完成相應(yīng)的規(guī)約配置，配置在同一串口下的裝置的RS485通訊線路是串接的，每個裝置各具有A、B雙網(wǎng)通道，通過唯一地址進行獨立區(qū)分，每臺通訊裝置依據(jù)各自獨立的IP地址完成與上層交換機的聯(lián)絡(luò)，將完成規(guī)約轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)以“統(tǒng)一的格式”傳輸?shù)较到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中[6-8]。

為滿足數(shù)據(jù)的傳輸及數(shù)值顯示，ECMS后臺主系統(tǒng)需依據(jù)現(xiàn)場裝置的通訊地址完成信號組態(tài)，定義區(qū)分遙測（電流、電壓等）、遙信（開關(guān)量）及遙脈（電能量）數(shù)據(jù)。后臺顯示界面為貼合現(xiàn)場設(shè)置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，通過關(guān)聯(lián)對應(yīng)測點，完成各數(shù)據(jù)及開關(guān)狀態(tài)顯示，同時反饋各測點通訊情況。

為保障顯示結(jié)果的直接可觀，需對系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容進行處理和轉(zhuǎn)換。由于在通訊裝置的處理過程中，數(shù)據(jù)的上傳格式被轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部碼值，在各裝置組態(tài)中，結(jié)合現(xiàn)場裝置參數(shù)（如CT、PT、額定值等）計算出不同裝置對應(yīng)的轉(zhuǎn)換比率，從而保證后臺及共享數(shù)據(jù)為真實值。

3 故障分析及處理

3.1 數(shù)據(jù)傳輸中斷

作為一種基于RS485、光纖及網(wǎng)絡(luò)通訊的監(jiān)測系統(tǒng)，不可避免地會出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸問題，針對此類問題，需要根據(jù)具體現(xiàn)象分情況進行檢查和處理。

如全系統(tǒng)數(shù)據(jù)中斷，在服務(wù)器、工作站上均無法監(jiān)測所有數(shù)據(jù)的更新，應(yīng)自上而下、分層檢查站控層、通信層、間隔層的通訊情況；

如個別用電段普遍異常，由于該段設(shè)備經(jīng)RS485通訊線串接至就地通訊管理機（ECM5908），此時需要檢查管理機工作狀態(tài)，有無異常報警；

如某個單體設(shè)備的數(shù)據(jù)和信號中斷，應(yīng)使用運維工具檢查裝置網(wǎng)絡(luò)（通訊）狀態(tài)及內(nèi)部碼值刷新情況，檢查通訊地址是否正確，確認RS485硬接線狀態(tài)，同時排查裝置自身是否存在故障。

3.2 設(shè)備變更后的配置點更新

ECMS搭建完成后，其組織架構(gòu)基本固定，對于現(xiàn)場設(shè)備變更、改造導(dǎo)致的配置更新，需從系統(tǒng)的通訊配置、畫面更新、測點關(guān)聯(lián)等方面進行補充完善，重點關(guān)注設(shè)備通訊地址、內(nèi)部碼值轉(zhuǎn)換系數(shù)、測點及報表名稱等方面，以免影響系統(tǒng)監(jiān)測正確及穩(wěn)定性。

4 優(yōu)化配置

4.1 遠距離設(shè)備通訊

為簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，避免不必要的空間閑余，現(xiàn)場裝置按工作系統(tǒng)及就近原則進行通訊結(jié)構(gòu)的整合，其中包括設(shè)備與通訊裝置的跨距離通訊?？紤]到數(shù)據(jù)在距離傳輸中可能遇到的通訊信號干擾或屏蔽問題，系統(tǒng)中引入光電轉(zhuǎn)換器（wisLink W-200），利用光纖實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，同時通過對光電轉(zhuǎn)換器設(shè)置地址編碼完成通訊連接。

4.2 增設(shè)工程師及操作員工作站

在站控層設(shè)置有服務(wù)器及網(wǎng)關(guān)機的基礎(chǔ)上，增設(shè)ECMS系統(tǒng)工程師工作站、操作員工作站，分別安置在工程師站和集控室內(nèi)，便于DCS人員和運行人員實時關(guān)注系統(tǒng)運行情況，直觀地查看各電氣系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)，站控層數(shù)據(jù)同步更新，維護人員可在服務(wù)器端進行更新和維護，不影響工作站的持續(xù)運行和觀察。

4.3 匯總多系統(tǒng)數(shù)據(jù)

為提高ECMS使用率，增強系統(tǒng)的集成性，該廠充分發(fā)揮系統(tǒng)的通訊包容性，同步采集電能計量數(shù)據(jù)、勵磁系統(tǒng)信號、機組保護裝置信號，并引入機組測控和廠用電裝置，在顯示畫面中按系統(tǒng)、電壓等級，分區(qū)設(shè)置，與現(xiàn)場設(shè)備布局基本一致，提高系統(tǒng)查閱的直觀性，并設(shè)置有系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)圖、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，便于人員了解系統(tǒng)基本架構(gòu)。

4.4 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計

發(fā)電系統(tǒng)對重要設(shè)備的運行監(jiān)控要求相對較高，需要對其數(shù)據(jù)進行階段性的統(tǒng)計和分析，通過ECMS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可有效減輕DCS運行壓力。

以電能計量監(jiān)測為例，該電廠首先在主界面上設(shè)置電能實時數(shù)據(jù)表，并利用ECMS系統(tǒng)中的報表功能，設(shè)計生成電度統(tǒng)計表，以一小時為采集周期，記錄設(shè)備電度數(shù)據(jù)，直觀顯示其變化情況，匯總生成日報表、月報表等不同類型，方便不同工作需要，清晰表征機組發(fā)電與設(shè)備用電情況，為提升機組運行效益提供數(shù)據(jù)參考與支撐。

在后期的使用過程中，該電廠進一步發(fā)揮ECMS本體功能，逐漸豐富了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計對象，優(yōu)化了電流、電壓、功率等重要數(shù)據(jù)的實時和歷史曲線，可進行異常數(shù)據(jù)的追溯和統(tǒng)計。

4.5 系統(tǒng)軟對時

ECMS系統(tǒng)及其監(jiān)測裝置實現(xiàn)對時的方式有以下兩種：

ECMS服務(wù)器通過廠內(nèi)GPS對時系統(tǒng)進行時間校準，通過系統(tǒng)內(nèi)部軟對時方式，經(jīng)由通訊管理裝置的對時配置，實現(xiàn)對各層及大部分現(xiàn)場裝置（如10kV綜合保護裝置）的時間同步；位于電氣繼電器室的重要電氣設(shè)備及ECMS測控裝置，直接接入GPS信號實現(xiàn)對時，保障對時的準確性和穩(wěn)定性，不再進行ECMS對時功能配置，簡化本系統(tǒng)搭建和維護管理成本。

5 結(jié)語

該2×1000MW超超臨界火力發(fā)電廠在全廠范圍內(nèi)依靠ECMS實時監(jiān)控重要電機運行電度的監(jiān)測，能夠有效地跟蹤并分析運行狀態(tài)，便于發(fā)電系統(tǒng)更高效的管理，但該系統(tǒng)的利用效率還有待開發(fā)與升級，進一步適配企業(yè)信息化發(fā)展和綜合智慧能源的提升要求。

廠用電氣監(jiān)管系統(tǒng)（ECMS）在各類發(fā)電廠中的應(yīng)用愈加廣泛，其應(yīng)用重點多為狀態(tài)監(jiān)測及故障告警，對設(shè)備的控制作用仍基于DCS對采集數(shù)據(jù)的處理與反饋，相信在未來的發(fā)展過程中，ECMS實現(xiàn)的功能將不斷深入，表現(xiàn)出更加顯著的優(yōu)越性。