電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)應用問題探討

摘要目前，隨著電廠生產自動化程度的提高，對能源供應的可靠性要求越來越高。電廠本身也在朝著擴大生產規(guī)模、提高電壓水平、提高自動化程度的方向發(fā)展。因此，也應不斷提高電廠的實時監(jiān)測和管理水平。目前，以熱工自動化為主導的電廠配電控制系統(tǒng)(DCS)得到了廣泛的應用，但大多關注蒸汽機和鍋爐，考慮到電氣系統(tǒng)較少，鍋爐、汽機和電氣之間的自動化水平不協(xié)調。主要表現(xiàn)為：在電氣系統(tǒng)中，主要保護和安全自動裝置基本獨立運行，與DCS系統(tǒng)進行有限控制和信號交換；電氣系統(tǒng)控制基本采用常規(guī)控制手段，測量、保護動作、定值設定、事故召回、電量、潮流報告等電氣運行參數(shù)在DCS系統(tǒng)中不能充分響應。因此，雖然電氣系統(tǒng)各個設備的自動化程度已達到一定水平，但電氣系統(tǒng)的整體自動化水平有待進一步提高。關鍵詞：自動化；發(fā)電廠；電氣系統(tǒng)；

1緒論1.1研究的背景及意義從摘要中得知，現(xiàn)在發(fā)電廠主流的DCS系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)如今電氣系統(tǒng)監(jiān)視、監(jiān)控、管理系統(tǒng)的發(fā)展已有了相對較大的差距，為了彌補其中的差距，我對下面所要論述的發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)進行了研究。1.2電氣監(jiān)控系統(tǒng)的概述DCAP-4000電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)(以下簡稱ECMS)是在總結工程經(jīng)驗的基礎上，充分考慮用戶需求和國內電廠現(xiàn)狀，開發(fā)的新一代電氣綜合自動監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是利用計算機、測量保護和控制、現(xiàn)場總線技術和通信技術，實現(xiàn)電氣運行、保護、控制、故障信息管理、故障診斷、電氣性能優(yōu)化等功能的綜合性自動在線監(jiān)控系統(tǒng)。1.3電氣監(jiān)控系統(tǒng)任務及作用通過應用現(xiàn)場總線技術，將電氣系統(tǒng)引入電氣監(jiān)控網(wǎng)絡，一方面連接DCS，完成必要的控制功能和相關數(shù)據(jù)交換，另一方面通過電氣主站系統(tǒng)，充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)綜合信息，加強電氣信息的應用，完成更復雜的電氣運行管理，實現(xiàn)電氣“綜合自動化”，與電廠MIS、SIS、FIS實現(xiàn)無縫連接，從而提高了電廠電氣系統(tǒng)的自動化和運行管理水平，進而提高了電廠在發(fā)電市場上的競爭力1.4本文主要研究內容發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)是發(fā)電廠的一個重要組成部分，它直接影響發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)，進而對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有重要的影響。本文主要是通過對經(jīng)典電氣監(jiān)控系統(tǒng)案例的列舉，系統(tǒng)介紹了發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的基本理論，詳細介紹了發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系的功能、結構、特點，其中包括了發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的站控層、通訊管理層、間隔層設備、系統(tǒng)網(wǎng)模式，還對電器監(jiān)控系統(tǒng)的原理進行了概述。2系統(tǒng)的結構及功能2.1系統(tǒng)的結構ECMS采用了先進的分層分布式結構，如圖1.1。分為站控層、通信管理層、間隔層，形成三層設備兩層網(wǎng)絡架構，組網(wǎng)方式靈活多樣，滿足用戶的不同需求。2.1.1站控層站控層是整個ECMS系統(tǒng)的控制管理中心，完成對整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、監(jiān)視等功能，可以實現(xiàn)站控層的邏輯閉鎖以及與DCS系統(tǒng)的通信，同時實現(xiàn)對各個電氣設備的控制功能。2.1.2通信管理層通信管理層是整個ECMS系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)了站控層和間隔層數(shù)據(jù)信息的上傳下遞，并可通過相應接口連入DCS系統(tǒng)，在通信管理層實現(xiàn)邏輯閉鎖并可以與DCS系統(tǒng)通信，實現(xiàn)電氣設備部分的控制功能。2.1.3間隔層間隔層由眾多的保護測控裝置和自動裝置構成，這些裝置具有保護、測量、控制、計量、通信等基本功能，并完成各自的特殊功能。2.2系統(tǒng)的功能ECMS系統(tǒng)具有以下主要功能：監(jiān)視功能：數(shù)據(jù)的采集、處理，畫面顯示，報警，歷史數(shù)據(jù)的查詢，報表，事故追憶等功能；保護功能：提供完備的線路、電動機、變壓器、PT等保護功能；內嵌電能功能：系統(tǒng)提供內嵌的高精度電能計量功能；控制功能：提供遠方(DCS)控制和ECMS經(jīng)授權的控制功能；系統(tǒng)自診斷功能：提供全面的對各工作站、保護測控裝置、通信管理單元等設備的硬件故障、通信故障、電源故障、軟件故障、通道故障等自診斷功能；邏輯控制功能：可以根據(jù)DCS運行工況進行邏輯組態(tài)，實現(xiàn)閉鎖、順序控制等功能；通信功能：可方便地接入其它廠家的多種智能設備(如：發(fā)變組、勵磁、直流、電度表等)；可方便地與DCS、SIS、MIS、FIS等系統(tǒng)通信；遠程維護：可通過Internet網(wǎng)絡進行遠程在線診斷、修改設置，在線解決現(xiàn)場運行問題；控制權限管理功能：可方便地實現(xiàn)DCS、ECS等多個系統(tǒng)的控制權限的管理功能，并具有詳細的操作記錄功能。其它高級應用功能：包括自動抄表、定值管理、故障分析、小電流接地選線等功能。3站控層3.1站控層設備部署DCAP-4000站控層主要設備可以包括：打印機、數(shù)據(jù)服務器。操作員站、工程師站、通訊網(wǎng)關等。數(shù)據(jù)服務器采用Windows2003Server操作系。實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)的分析和處理，同時實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、報表數(shù)據(jù)、告警信息、事故追憶信息、故障錄波數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等存儲功能?？扇哂嗯渲?。WEB服務器WEB服務器實現(xiàn)了與本地監(jiān)控系統(tǒng)相同的圖片和報表格式，提供實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的遠程瀏覽和查詢，但不提供遠程控制功能。可冗余配置。操作員站以圖形和數(shù)據(jù)的形式顯示站內設備的運行情況與監(jiān)控狀態(tài)，并可進行手動交互，可選擇雙屏。工程師站采用Windows2003Server操作系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)庫組態(tài)、圖形組態(tài)、報表組態(tài)工具軟件,可以進行系統(tǒng)組態(tài)和配置。通信網(wǎng)關當需要與廠內其它系統(tǒng)如：DCS、SIS、MIS、FIS等系統(tǒng)進行接口時，可配置專用通信網(wǎng)關進行信息交換?？扇哂嗯渲谩?.2站控層功能發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)站控層后臺軟件主要包含以下功能：組態(tài)人機界面SCADA事件告警報表操作票歷史事件查詢光字牌圖形順控小電流接地選線實時曲線和歷史曲線WEB服務故障錄波分析OnCall歷史數(shù)據(jù)管理定值管理邏輯閉鎖3.2.1組態(tài)組態(tài)是系統(tǒng)友好性、組態(tài)靈活性和數(shù)據(jù)庫管理功能的重要組成部分。組態(tài)包括系統(tǒng)信息組態(tài)、用戶組態(tài)、對象組態(tài)、后臺單元狀態(tài)、前置單元狀態(tài)、圖形組態(tài)和報表組態(tài)。3.2.2人機界面可以根據(jù)用戶的要求進行構建。在構建人機界面時常用的元素工具具有動畫屬性，包括“顏色、大小、位置、文本、角度、閃爍、隱藏”等，它們可以簡單地連接到監(jiān)視器或內存變量，以確保圖形元素的屬性隨變量值而變化。采用復合文檔的設計理念，即ActiveX控制可以嵌入到屏幕上，提供獨立的控制功能，可以顯示報警信息、曲線、柱狀圖等。向系統(tǒng)進行的查詢，以及與歷史數(shù)據(jù)庫相關的查詢和顯示功能。3.2.3SCADASCADA在整個系統(tǒng)中扮演著重要的角色。系統(tǒng)包含報文解析、命令處理、數(shù)據(jù)同步及顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、雙機管理、事件管理及追憶、驅動管理、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳送、運行權限管理等功能。3.2.4事件告警告警系統(tǒng)是DCAP-4000發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要組成部分，它能及時地把信息通知給用戶。同時，也為用戶提供了方便的個性化設置手段，以便用戶能夠及時的看到所關心的內容?？梢詢惹对诋嬅嬷?。3.2.5報表用戶按照EXCEL的使用習慣和格式，自定義各類報表(日報、班報、月報、年報及各類統(tǒng)計信息報表)，支持公式計算功能，可以在報表中輸入公式，自動計算公式的值。支持圖表功能，可以在報表中插入棒圖、折線圖、餅圖等圖表，直觀地顯示報表中的數(shù)據(jù)以便于比較分析?？梢允謩哟蛴』蜃詣哟蛴?，并可以內嵌在畫面中。3.2.6操作票該功能可以編輯生成操作票，編輯生成模板票，操作票的格式完全按照用戶的要求定制，用戶可以方便地進行修改，并可以保存成模板，盡可能地方便用戶。相當于用戶手開操作票?？梢灶A覽再打印。3.2.7歷史事件查詢事件查詢?yōu)橛脩籼峁┝瞬樵儦v史事件的手段。通過設置查詢的廠站、設備、測點和查詢時間，查詢出相關的越復限、事故、事件、故障、狀態(tài)、保護事件、保護自檢、裝置自檢、操作記錄、設備檢修和系統(tǒng)信息等歷史數(shù)據(jù)。可以內嵌在畫面中。3.2.8光字牌當有事故發(fā)生時，事故發(fā)生點所對應的光字牌即顯示為紅色。當故障發(fā)生時，與故障發(fā)生點對應的燈卡顯示為黃色。通過回燈返回，故障可以確認事故，如果故障或事故未排除，燈卡顯示為橙色。如果故障或事故得到解決，燈板顯示為灰色。它可以被嵌入到圖片中。3.2.9順控順控管理提供了直觀的、交互的方法來生成發(fā)電廠電氣操作的順序控制程序，可以在服務器或工作站上操作并監(jiān)視控制的順序執(zhí)行過程。3.2.10小電流接地選線當電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，幫助用戶及時找到故障線路。對線路進行排序進行選線并提供接地探索功能，發(fā)生接地故障和故障恢復時在告警窗顯示。3.2.11實時曲線和歷史曲線曲線系統(tǒng)分為實時曲線和歷史曲線兩部分?？梢栽谕粋€坐標中顯示多條曲線數(shù)據(jù)，最多可以顯示6條曲線，每條曲線的坐標允許單獨定義。實時曲線時間軸的長度和數(shù)據(jù)采集點的分辨率可以選擇12分鐘(分辨率1秒)、1小時(分辨率5秒)、12小時(分辨率60秒)和24小時(分辨率120秒)。歷史曲線數(shù)據(jù)采集點的分辨率可以選擇5分鐘或2分鐘，時間軸的長度可以選擇小時曲線、日曲線、月曲線和年曲線。歷史曲線數(shù)據(jù)可以保留3年?？梢詢惹对诋嬅嬷小?.2.12WEB服務系統(tǒng)提供的WEB服務，遠程畫面和報表的格式與當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)上看到的一致。當?shù)乇O(jiān)控上的畫面和報表做完以后，Web可以用做好的畫面和報名，不需要工程人員專門為Web發(fā)布再做額外的工作。由于互聯(lián)網(wǎng)速度的不一致性，在異地的IE瀏覽器中看到的數(shù)據(jù)其實時性不能與當?shù)乇O(jiān)控相同。一般為5-10秒鐘刷新一次。3.2.13故障錄波分析故障錄波采集和分析系統(tǒng)能夠自動/手動召喚裝置錄波文件；列表顯示裝置錄波文件；圖形分析錄波文件各個通道的圖像信息；編輯、打印錄波文件各個通道的圖像信息等。3.2.14OnCall采用3種方法：短信、電子郵件、語音電話傳遞數(shù)據(jù)，可自定義接收數(shù)據(jù)的用戶及用戶群，自定義接收數(shù)據(jù)用戶的免打擾時間、不同時段的通訊工具及通訊工具的優(yōu)先級，支持通過短信或電話查詢歷史事件和實時數(shù)據(jù)，支持定時發(fā)送數(shù)據(jù)到指定的用戶群。3.2.15歷史數(shù)據(jù)管理歷史數(shù)據(jù)庫主要完成了歷史數(shù)據(jù)的管理功能。它可以被配置為單個服務器或雙個服務器。系統(tǒng)將自動同步主機和從屬歷史數(shù)據(jù)，以確保兩臺服務器上的歷史數(shù)據(jù)保持一致。對于較小的系統(tǒng)歷史服務器，數(shù)據(jù)庫服務器通常在數(shù)據(jù)庫服務器上配置，而對于較大的系統(tǒng)，可以配置特殊的歷史數(shù)據(jù)服務器。3.2.16定值管理系統(tǒng)具有對系統(tǒng)裝置定值的監(jiān)控和操作管理功能，能滿足用戶對裝置定值修改、監(jiān)督和合法性檢驗的需求。3.2.17邏輯閉鎖在系統(tǒng)的站控層和通信管理層支持腳本語言和邏輯圖2種邏輯閉鎖方法，從而實現(xiàn)控制操作的邏輯閉鎖功能。4通訊管理層4.1概述電氣監(jiān)控系統(tǒng)通信管理層設備為ECM-5908系列通信管理裝置。ECM-5908系列通信設備主要用于電廠ECS系統(tǒng)、電廠升壓站等系統(tǒng)，適用于石油化工和鋼鐵自動化系統(tǒng)。作為系統(tǒng)中的通信調節(jié)轉換設備，其主要功能是收集電廠各保護裝置、測控裝置和智能設備的數(shù)據(jù)，并根據(jù)一定要求將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺系統(tǒng)和DCS，并接受后臺系統(tǒng)和DCS的遙控命令。ECM-5908提供多種通信接口：以太網(wǎng)(10/100Base-TX、100Base-FX)接口、串行接口(RS-232/485)、現(xiàn)場總線接口現(xiàn)場總線、CAN接口，可在這些接口上運行，與各種設備互連。ECM-5908可以相互配置為一個完全獨立的冗余系統(tǒng)。4.2特點4.2.1多樣的接口功能1)標配4個高速以太網(wǎng)(10/100Base-TX或100Base-FX)；2)標配4個串行口，電氣特性可以是RS-232、RS-485；3)標配現(xiàn)場總線CAN網(wǎng)，可以選擇PROFIBUS等現(xiàn)場總線接口。豐富的規(guī)約庫ECM-5908軟件可以支持大多規(guī)約：IEC101、IEC104、DNP3.0、Sc1801規(guī)約、u4F、ModBus、CDT、各種智能設備規(guī)約；規(guī)約設計為模塊化，規(guī)約庫的擴展靈活方便。4.2.2完備的雙機冗余設計1)在由ECM-5908組成的雙機冗余系統(tǒng)中，兩臺冗余單機完全電氣獨立，有效隔離了雙機之間的電氣干擾，提高了系統(tǒng)的冗余度；2)同時采用網(wǎng)絡作為雙機交換數(shù)據(jù)通道，采用硬件信號作為單機的心跳，減少單機故障判斷時間，實現(xiàn)主從機的無縫切換。。5系統(tǒng)組網(wǎng)模式DCAP-4000電廠電氣監(jiān)控和管理系統(tǒng)是一個可以與DCS互聯(lián)的獨立子系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)三層設備，二層網(wǎng)絡結構，采用分層分布式結構和組網(wǎng)。二層網(wǎng)絡包括站控制層網(wǎng)絡和間隔層網(wǎng)絡。站控層網(wǎng)絡負責站控層之間的通信，以及站控層設備與通信管理設備之間的通信。采用高速以太網(wǎng)，當距離較遠時可使用光纖。間隔層網(wǎng)絡負責通信管理層設備與間隔層設備之間的通信，以現(xiàn)場總線為主，包括Profibus、CAN、RS-485等，也可以采用工業(yè)以太網(wǎng)通信。系統(tǒng)有著靈活的組網(wǎng)模式，根據(jù)發(fā)電廠的運行特點，可以把組網(wǎng)模式分為單系統(tǒng)和雙系統(tǒng)兩種模式，以滿足不同用戶的需求。5.1單系統(tǒng)模式該模式采用一套站控層系統(tǒng)，連接所有通信管理設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制。站控層設備包括冗余服務器、多臺操作工作站、工程師站、SIS/MIS通信網(wǎng)關等設備。服務器、通信管理單元可以選擇冗余方式，站控層網(wǎng)絡和間隔層網(wǎng)絡也可以選擇雙網(wǎng)冗余的方式該模式適用于系統(tǒng)規(guī)模較小的情況，特點是網(wǎng)絡結構簡單、通信的數(shù)據(jù)量大。5.2雙系統(tǒng)模式在該模式中1號機和公用采用一套系統(tǒng)，2號機和公用采用另一套系統(tǒng)，分別組網(wǎng)。由公用段的通信管理單元連接1號機、2號機、公用，兼作網(wǎng)橋的功能。每套系統(tǒng)只負責本機組和公用的數(shù)據(jù)采用及控制，數(shù)據(jù)量可以得到合理的分配。同樣，服務器、通信管理單元可以選擇冗余方式，站控層網(wǎng)絡和間隔層網(wǎng)絡也可以選擇雙網(wǎng)冗余的方式。5.3與DCS接口DCS一般可以提供DPU接口和主站接口兩種，采用R