焦陽

摘要：當前，中國工業(yè)的現(xiàn)代化水平日益提高，自動化技術(shù)已在各個工業(yè)領域得到廣泛應用，包括發(fā)電廠。然而，由于技術(shù)等方面的限制，我國發(fā)電廠的自動化技術(shù)還有待提高，部分地區(qū)的發(fā)電廠仍以手動檢查為主，輔以自動監(jiān)測。在電廠電氣系統(tǒng)中，綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)可幫助我們消除潛在的安全隱患，實現(xiàn)設備的實時監(jiān)控，并存儲和分析數(shù)據(jù)信息。這樣做可以確保國家能源資源的穩(wěn)定供應，提高電廠的經(jīng)濟效益，從而有效促進企業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：發(fā)電廠；自動化監(jiān)控；系統(tǒng)

一、前言

當前社會對于發(fā)電廠的要求越來越高，其不僅需要滿足高壓，同時還需要規(guī)模大和自動化程度的要求。所以自動化監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)得以誕生，其在電廠電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮著至關重要的作用，其能夠?qū)崿F(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、設備狀態(tài)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(wěn)定運行。同時，自動化監(jiān)控系統(tǒng)還可以及時發(fā)現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代化發(fā)電廠不可或缺的重要設備之一。

二、電氣監(jiān)控系統(tǒng)概念及其理論

（一）電氣監(jiān)控系統(tǒng)的概念

電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)指的就是使用電腦技術(shù)、測控保護與控制、通信技術(shù)等來提高電氣系統(tǒng)管理和自動化水平的系統(tǒng)。從而可以對系統(tǒng)的運行、控制、故障的診斷等進行監(jiān)控。這個系統(tǒng)可以實時監(jiān)測、記錄和分析各種電氣設備的運行數(shù)據(jù)，從而可以對電氣管理人員對該系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)，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(wěn)定的保障。

（二）監(jiān)控模式分析

電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的模式種類較多，常用到的有硬接線和現(xiàn)場總線相結(jié)合、每臺機組設置現(xiàn)場總線電氣監(jiān)控系統(tǒng)，以及傳統(tǒng)硬接線方式。在硬接線和現(xiàn)場總線相結(jié)合的模式中，DCS控制發(fā)變組、廠用電源系統(tǒng)、機爐等電動機，而ECMS只監(jiān)測不控制，重要信號通過硬接線與DCS相連。在現(xiàn)場總線模式中，除了發(fā)變組、保安電源等這些重要區(qū)域由DCS通過硬接線連接實現(xiàn)外，其他的系統(tǒng)也都在ECMS系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)。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(jiān)視信息和管理信息兩種，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電氣設備自動管理、培訓等高級管理功能。

（三）監(jiān)控系統(tǒng)在電廠應用的特點

監(jiān)控系統(tǒng)在電廠具有以下特點：

首先是高可靠性。隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展和信息技術(shù)水平的提高，能源資源是我國重要的戰(zhàn)略資源之一，對促進中國經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)水平具有重要意義。但電廠的供電系統(tǒng)在運行過程中經(jīng)常面臨諸多問題，因此電廠自動監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性是確保其功能的關鍵。電廠自動化系統(tǒng)采用隔離層設計，采用統(tǒng)一硬件平臺和軟件平臺，確保整個系統(tǒng)的可靠性和安全性。此外，電廠自動化系統(tǒng)在應用中是一個獨立的運動系統(tǒng)，保證了自動化系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)的運行方式，確保操作系統(tǒng)的簡便性和操作方便性。因此，電廠的自動監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的安全，同時保證整個系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)必須采用開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，并采用分層分布式系統(tǒng)配置，以確保該系統(tǒng)的開發(fā)和兼容性，同時符合國際標準。

三、發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)功能研究

（一）處理實時數(shù)據(jù)

可以通過現(xiàn)場節(jié)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(tài)、故障以及模擬量和越限信息等。信號類型主要是狀態(tài)量、脈沖量和模擬量。模擬量包括無功功率、頻率、功率因數(shù)、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(tǒng)進行里襯監(jiān)測，從而使系統(tǒng)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(shù)據(jù)支持。狀態(tài)量則包括監(jiān)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(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障和異常情況，確保電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。為確保數(shù)據(jù)的實時性，我們需要對這些信息進行實時監(jiān)控并采集，通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)的分析和處理，為電力系統(tǒng)的運行和管理提供準確的數(shù)據(jù)支持。

（二）數(shù)據(jù)庫的維護與建立

數(shù)據(jù)庫的維護與建立是數(shù)據(jù)管理的重要組成部分，根據(jù)不同需求建立不同類型的數(shù)據(jù)庫，以滿足各種應用功能的需求。歷史數(shù)據(jù)庫保存長期重要數(shù)據(jù)，提供系統(tǒng)維修與維護的可靠歷史記錄。實時數(shù)據(jù)庫可以對數(shù)據(jù)進行即時的更新，從而能夠?qū)υO備的運行狀態(tài)進行及時地記錄，對于數(shù)據(jù)的記錄要求可以根據(jù)需要進行設定，例如數(shù)據(jù)的精度要求以及數(shù)據(jù)的刷新周期等。用戶數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)用戶的需求進行進行數(shù)據(jù)組建，例如從歷史數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)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?？傊?，數(shù)據(jù)庫的維護與建立是重要的數(shù)據(jù)管理工作，根據(jù)不同需求建立不同類型的數(shù)據(jù)庫，以滿足各種應用功能的需求[2]。

（三）監(jiān)視和報警

在屏幕上能夠?qū)崟r展示各開關站的相關信息，例如設備運行參數(shù)的變化、系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及相應的操作指南等。假如該系統(tǒng)的組成是多個CRT終端，那么還能夠?qū)ο鄳漠嬅骘@示和相關的數(shù)據(jù)報告進行同時提供。當模擬量超過限制時，系統(tǒng)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(shù)值、編號、時間等，同時還可以對次數(shù)進行記錄，從而可以對后期的故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計提供依據(jù)。這些功能將有助于用戶及時了解系統(tǒng)狀態(tài)，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(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)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(zhì)以及信號狀態(tài)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(xiàn)給用戶，并且該表格會在CRT上顯示。此外，系統(tǒng)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(jù)。

（五）系統(tǒng)自診斷與恢復

該項功能可以使監(jiān)測人員通過監(jiān)測系統(tǒng)對設備的運行狀態(tài)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(tǒng)還具備專家診斷子系統(tǒng)，能夠利用經(jīng)驗和分析結(jié)果進行在線自診斷和恢復。當發(fā)現(xiàn)設備故障時，系統(tǒng)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(qū)分，以便工作人員快速處理問題。此外，系統(tǒng)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(tài)[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(zhuǎn)化為弱電信號來實現(xiàn)監(jiān)控的模式?？梢允褂秒娎|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(xiàn)監(jiān)控電氣設備（見圖1）。集中模式的優(yōu)點包括向設備提供運行的良好環(huán)境，方便操作，技術(shù)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(xiàn)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(tǒng)分為間隔層、通信層和監(jiān)控層三個層次，可以充分發(fā)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(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、匯總數(shù)據(jù)、傳遞命令、轉(zhuǎn)化規(guī)約等功能，并通過通信網(wǎng)絡管理和交換信息。這種模式的優(yōu)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(shù)據(jù)采集的精度，方便進行維修管理。此外，該模式下的電氣監(jiān)控主站是獨立的，所以有利于運行和分布調(diào)試，同時也為發(fā)電廠用電系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運行提供了有力保障。

五、系統(tǒng)的組態(tài)模式及構(gòu)建

（一）組態(tài)模式

1.集中式監(jiān)控方式

集中式監(jiān)控方式的優(yōu)勢在于防護等級低、系統(tǒng)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(jiān)控對象在不斷增加的情況下，主機的冗余會出現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)誤操作的情況。

2. 遠程監(jiān)控方式

遠程監(jiān)控方式在電廠小單元系統(tǒng)中應用較為廣泛，但由于各種現(xiàn)場總線的通信速度有限，不適合全廠的電氣自動化系統(tǒng)構(gòu)建。此外，該方式可以節(jié)省電纜、安裝費用，同時能夠?qū)γ娣e進行很好地控制，并且具有較強的可靠性和靈活性等優(yōu)點[4]。

3.現(xiàn)場總線監(jiān)控方式

該方式目前在發(fā)電廠的應用非常多，主要用于遠程監(jiān)控，并且其具有較強的智能化。這種方式可以根據(jù)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(jié)省大量的電纜以及工程量大大減少。另外，這種監(jiān)控方式中的裝置的功能是相對獨立的，所以只要有網(wǎng)絡就可以對設備進行監(jiān)控。除了使用以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線的遠程監(jiān)控技術(shù)外，現(xiàn)代火力發(fā)電廠還采用了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)來實現(xiàn)更加智能化的監(jiān)控和管理。通過這些技術(shù)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、分析和處理，從而提高生產(chǎn)效率、減少能源消耗和故障率，并提高整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。此外，這些技術(shù)還可以實現(xiàn)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(xiàn)場總線監(jiān)控方式可以提高整個系統(tǒng)的可靠性。

（二）全廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建

發(fā)電廠電氣綜合自動化系統(tǒng)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(tǒng)完成不同的功能。站控層是整個系統(tǒng)的高層，通過以太網(wǎng)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(tǒng)的核心設備，其主要是用來處理運行參數(shù)，同時也能夠進行遠程控制；操作員工作站則是監(jiān)控中心，主要用于實時監(jiān)控電廠電氣系統(tǒng)的運行工況；而工程師維護工作站則是維護技術(shù)人員的工具，也可用作培訓工作站?？傊@種系統(tǒng)設計實現(xiàn)了各種功能的靈活組合和高效運行，為電廠的穩(wěn)定運行提供了有力的保障[5]。

六、結(jié)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(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢可以得到充分發(fā)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(zhì)量的供電效率要求可以得到落實，實現(xiàn)預期的工作部件。將自動化監(jiān)測控制系統(tǒng)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(jiān)測控制系統(tǒng)的范圍，全面提高電廠的競爭力，滿足新時期電廠發(fā)展的要求，也滿足中國經(jīng)濟社會和諧穩(wěn)定發(fā)展的基本要求。通過自動化監(jiān)測控制系統(tǒng)的應用，可以實現(xiàn)對電廠機電設備的實時監(jiān)控和預警，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高設備的運行效率和穩(wěn)定性，降低運行成本和風險，提高電廠的供電質(zhì)量和經(jīng)濟性，使整個電力系統(tǒng)的自動化水平得到大幅提升，從而為電力行業(yè)的快速發(fā)展提供有力支持。

參考文獻

[1]崔曉靜，石婕，許麗麗.發(fā)電廠電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設計研究[J].科技創(chuàng)新與應用，2018（16）：126.

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

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

[4]尹雪梅.大型火力發(fā)電廠電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)在火力發(fā)電廠中的應用與創(chuàng)新[J].大科技，2017（13）：43.

作者單位：國家電投北票發(fā)電有限公司

責任編輯：尚丹