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摘要:本文首先分析了现行发电厂厂用电气监控系统相关的技术与硬件发展状况,然后,对系统功能的解决方案做了简要的介绍。最后,分析该系统的优点并展望未来的系统发展。
关键词: 发电厂 厂用电气 监控系统
自上世纪90年代以来,伴随着半导体芯片技术、计算机技术和通信技术的高速发展,我国电力系统厂站自动化水平得以迅速提高,具体表现在火电机组的热工控制全面采用分散控制系统(DCS),水电机组的全盘自动化技术日趋成熟,变电站自动化发展更快,以分层分布为主要特征的综合自动化技术得到广泛应用。与此不相协调的是发电厂电气系统的自动化水平发展缓慢,除部分继电保护和自动装置实现微机化并具备通讯功能外,大部分电气监控仍然停留在控制屏台上一对一的硬手操和常规仪表、光字牌的水平,控制逻辑一般由控制开关、继电器和开关的辅助接点通过硬接线实现。随着电力工业的快速发展,发电机组向大容量、高参数发展,随之而来的监测任务增多,控制任务愈加复杂。常规的监控方式给日常的运行和维护带来不便,安全性和可靠性也不高。近年来,以现场总线、工业以太网为代表的网络通信技术在变电站综合自动化系统的成功应用,使得发电厂厂用电气监控系统(Electric Control System,ECS)应运而生,ECS的现行解决方案可归结如下三类:硬接线方式 (原有DCS系统的扩展)、硬接线+通信方式、全通信方式。
1、硬接线方式 (原有DCS系统的扩展)
硬接线方式电气信息通过硬接线接入DCS(见下图)。接入信息主要包括开关量输入(DI)、开关量输出(DO)和模拟量输入(AI),接入方式为空接点和4mA-20mA直流信号。
硬接线方式结构
采用硬接线方式后,通过DCS的CRT实现了电气相关信息的显示报警与电气设备的控制调节,有效提高了整个电气控制的安全性和可靠性,同时扩大了DCS的控制范围,实现了机炉电系统的一体化运行和监控。
硬接线方式的优点是:电气量的I0模件柜集中布置,便于管理,设备运行环境好;信号传输中转环节少,对现场信号的反应快速、可靠,连接电缆一次敷设正确后,发生故障的概率较低,维护工作量小。
2、硬接线+通信方式
硬接线+通信方式的ECS克服硬接线方式的不足,特别是对于接入DCS用于监测功能的信息,考虑采用通信方式部分取代硬接线,以现场总线、工业以太网为代表的网络通信技术为基础。一般采用分层分布体系结构,系统分为站控层、通信层和间隔层 。
站控层一般采用客户服务器的分布式结构,由服务器、操作员工作站、维护工作站和通信网关等组成,构成电气系统监控、管理和与DCS、管理信息系统(MIS)、监控信息系统(SIS)等自动化系统互联的中心。
通信层一般以通信管理机为核心,对信息起到分组和上传下达的作用,通过1OOMbit/S以太网接入站控层的实时主干网,厂用电综保装置通过RS-485或现场总线接入通信管理机,对于除厂用电综保装置外的第三方智能电气设备,例如发变组保护、启备变保护等,一般通过通信管理机实现通信接口和协议格式的转换,从而实现完整的电气系统联网。
间隔层包括分散安装的厂用电综保装置(例如电动机保护测控装置、低压变压器保护测控装置等)、380V电动机控制器、发变组保护、厂用电快切装置等智能电气设备,完成对电气系统现场信息的采集、保护、控制和数据通信等功能。
3、全通信方式
在这种方式中,通信管理机按电厂工艺过程配置,参与工艺联锁控制的通信管理机与相应的DPU一对一进行通信,由于每个工艺过程的电动机综保装置数量较少,因而通信实时性较高,完全可以满足电厂工艺联锁控制的要求。对于不参与工艺联锁的电气信息,通过ECS站控层的通信网关接入DCS。
在发电厂厂用电气监控系统(ECS)实施综合自动化,其最终目标是运行人员凭借综合自动化系统,通过操作员工作站的显示器、鼠标和键盘对全厂电气设备进行监控和管理。实现综合自动化以后,不仅是电气系统的控制模式将发生根本改变,发电厂的自动化水平和经济效益也将得到很大程度的提高。其优越性体现在以下诸多方面:
1、电气设备进入厂用电气监控系统(ECS)后,取消了常规的强电控制屏台,取消了大量的常规表计和光字牌,所有断路器的控制操作均可在操作员工作站上实现软手操,降低了劳动强度且节省投资。
2、发电机系统可实现由零起升速、升压到并网带初始负荷的程序控制和软手操控制。
3、厂用电系统按启动/停机阶段和正常运行阶段的要求实现程序控制和软手操控制。
4、易于实现发电厂电气系统防误闭锁功能,减少误操作。
5、系统软件为电气各子系统提供结构清晰的系统图,如发变组系统图、厂用电系统图、厂用电公用部分系统图和升压站系统图等。
6、实现对所有电气设备的测量、保护、控制、监视和信息管理。
随着ECS系统的日趋稳定和通信技术的不断发展,相信在不久的将来,通信速度和系统可靠性将完全得到保证,实质性地实现控制逻辑、提高电气控制水平及系统运行管理水平,厂用电气系统的控制完全由全通信方式实现,彻底取代硬接线形式,这样也将真正得到用户的广泛接受和应用。
参考文献:
1.钱亢木 大型火力发电厂厂用电系统 中国电力出版社.2001 北京 第一版 P1-P155;P209-P243
2.CSPA-2000发电厂电气自动化系统说明书 北京四方继保自动化股份有限公司 2004.7
3.PS6900电厂电气自动化系统技术说明书 国电南京自动化规范有限公司 2005
4.钱可弭 新型发电厂电气监控系统的架构与实现 广东省电力设计研究院 2006.9
5.发电厂电气保护及监控系统解决方案 深圳万力达电气股份有限公司 2006
6.DL/T 5136-2001 火力发电厂 变电所二次接线设计技术规程.2002-05-01 实施 中华人民共和国国家经济贸易委员会发布
7.颜渝坪 现场总线控制系统--火电厂现代化控制、管理和决策的基石 中国电力 2003.20(2):P54-58
作者简介:
王喆:1975年12月17日出生所在单位:中电投电力工程有限公司烟台分公司 所在部门:安全质保部 职务:电气工程师
关键词: 发电厂 厂用电气 监控系统
自上世纪90年代以来,伴随着半导体芯片技术、计算机技术和通信技术的高速发展,我国电力系统厂站自动化水平得以迅速提高,具体表现在火电机组的热工控制全面采用分散控制系统(DCS),水电机组的全盘自动化技术日趋成熟,变电站自动化发展更快,以分层分布为主要特征的综合自动化技术得到广泛应用。与此不相协调的是发电厂电气系统的自动化水平发展缓慢,除部分继电保护和自动装置实现微机化并具备通讯功能外,大部分电气监控仍然停留在控制屏台上一对一的硬手操和常规仪表、光字牌的水平,控制逻辑一般由控制开关、继电器和开关的辅助接点通过硬接线实现。随着电力工业的快速发展,发电机组向大容量、高参数发展,随之而来的监测任务增多,控制任务愈加复杂。常规的监控方式给日常的运行和维护带来不便,安全性和可靠性也不高。近年来,以现场总线、工业以太网为代表的网络通信技术在变电站综合自动化系统的成功应用,使得发电厂厂用电气监控系统(Electric Control System,ECS)应运而生,ECS的现行解决方案可归结如下三类:硬接线方式 (原有DCS系统的扩展)、硬接线+通信方式、全通信方式。
1、硬接线方式 (原有DCS系统的扩展)
硬接线方式电气信息通过硬接线接入DCS(见下图)。接入信息主要包括开关量输入(DI)、开关量输出(DO)和模拟量输入(AI),接入方式为空接点和4mA-20mA直流信号。
硬接线方式结构
采用硬接线方式后,通过DCS的CRT实现了电气相关信息的显示报警与电气设备的控制调节,有效提高了整个电气控制的安全性和可靠性,同时扩大了DCS的控制范围,实现了机炉电系统的一体化运行和监控。
硬接线方式的优点是:电气量的I0模件柜集中布置,便于管理,设备运行环境好;信号传输中转环节少,对现场信号的反应快速、可靠,连接电缆一次敷设正确后,发生故障的概率较低,维护工作量小。
2、硬接线+通信方式
硬接线+通信方式的ECS克服硬接线方式的不足,特别是对于接入DCS用于监测功能的信息,考虑采用通信方式部分取代硬接线,以现场总线、工业以太网为代表的网络通信技术为基础。一般采用分层分布体系结构,系统分为站控层、通信层和间隔层 。
站控层一般采用客户服务器的分布式结构,由服务器、操作员工作站、维护工作站和通信网关等组成,构成电气系统监控、管理和与DCS、管理信息系统(MIS)、监控信息系统(SIS)等自动化系统互联的中心。
通信层一般以通信管理机为核心,对信息起到分组和上传下达的作用,通过1OOMbit/S以太网接入站控层的实时主干网,厂用电综保装置通过RS-485或现场总线接入通信管理机,对于除厂用电综保装置外的第三方智能电气设备,例如发变组保护、启备变保护等,一般通过通信管理机实现通信接口和协议格式的转换,从而实现完整的电气系统联网。
间隔层包括分散安装的厂用电综保装置(例如电动机保护测控装置、低压变压器保护测控装置等)、380V电动机控制器、发变组保护、厂用电快切装置等智能电气设备,完成对电气系统现场信息的采集、保护、控制和数据通信等功能。
3、全通信方式
在这种方式中,通信管理机按电厂工艺过程配置,参与工艺联锁控制的通信管理机与相应的DPU一对一进行通信,由于每个工艺过程的电动机综保装置数量较少,因而通信实时性较高,完全可以满足电厂工艺联锁控制的要求。对于不参与工艺联锁的电气信息,通过ECS站控层的通信网关接入DCS。
在发电厂厂用电气监控系统(ECS)实施综合自动化,其最终目标是运行人员凭借综合自动化系统,通过操作员工作站的显示器、鼠标和键盘对全厂电气设备进行监控和管理。实现综合自动化以后,不仅是电气系统的控制模式将发生根本改变,发电厂的自动化水平和经济效益也将得到很大程度的提高。其优越性体现在以下诸多方面:
1、电气设备进入厂用电气监控系统(ECS)后,取消了常规的强电控制屏台,取消了大量的常规表计和光字牌,所有断路器的控制操作均可在操作员工作站上实现软手操,降低了劳动强度且节省投资。
2、发电机系统可实现由零起升速、升压到并网带初始负荷的程序控制和软手操控制。
3、厂用电系统按启动/停机阶段和正常运行阶段的要求实现程序控制和软手操控制。
4、易于实现发电厂电气系统防误闭锁功能,减少误操作。
5、系统软件为电气各子系统提供结构清晰的系统图,如发变组系统图、厂用电系统图、厂用电公用部分系统图和升压站系统图等。
6、实现对所有电气设备的测量、保护、控制、监视和信息管理。
随着ECS系统的日趋稳定和通信技术的不断发展,相信在不久的将来,通信速度和系统可靠性将完全得到保证,实质性地实现控制逻辑、提高电气控制水平及系统运行管理水平,厂用电气系统的控制完全由全通信方式实现,彻底取代硬接线形式,这样也将真正得到用户的广泛接受和应用。
参考文献:
1.钱亢木 大型火力发电厂厂用电系统 中国电力出版社.2001 北京 第一版 P1-P155;P209-P243
2.CSPA-2000发电厂电气自动化系统说明书 北京四方继保自动化股份有限公司 2004.7
3.PS6900电厂电气自动化系统技术说明书 国电南京自动化规范有限公司 2005
4.钱可弭 新型发电厂电气监控系统的架构与实现 广东省电力设计研究院 2006.9
5.发电厂电气保护及监控系统解决方案 深圳万力达电气股份有限公司 2006
6.DL/T 5136-2001 火力发电厂 变电所二次接线设计技术规程.2002-05-01 实施 中华人民共和国国家经济贸易委员会发布
7.颜渝坪 现场总线控制系统--火电厂现代化控制、管理和决策的基石 中国电力 2003.20(2):P54-58
作者简介:
王喆:1975年12月17日出生所在单位:中电投电力工程有限公司烟台分公司 所在部门:安全质保部 职务:电气工程师