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【摘 要】本文设计并讨论了2X600MW电厂电能量采集系统的几种方式，根据生产实际状况和需要，进一步地探讨了建设电厂电能量采集系统的几个关键环节。
【关键词】电厂；电能量采集；系统
电厂生产运行及管理需要对发电量、上网电量及厂用电量等电能量进行采集、汇总、分析及考核。传统方式下，对发电量、上网电量及厂用电量等电能量的统计都是生产运行人员进行人工抄表、统计而成。随着新建电厂机组容量的增大、工作人员数的减少、管理工作要求水平的提高，人工方式已经无法满足现代化大型电厂的要求。现在，专用的电能量采集系统能自动完成电能量的记录、汇总、统计及分析，这样不仅大大减少人力工作量，而且准确可靠，避免各种误差的引入。
一、电厂电能量采集系统的主要功能
1、发电及上网电能量采集部分：包括发电电能量和关口上网电能量。
2、厂用电电能量采集部分：包括厂用变压器电能量、励磁变压器电能量、各个电气负荷段及辅机用电能量、非生产用电电能量。
3、对采集到的电能量数据进行存储、分析、转发、报表生成，提供WEB服务，与SIS系统/MIS系统通过隔离装置单向连接。
二、电厂电能量采集系统的要求
系统要在不影响电网调度对发电厂的上网、发电电能量的招测、考核下进行电能量的采集，并能够对发电、上网及厂用电电能量进行分值别、分区域的统计和考核。系统的可靠性要求要高，精度要高，且不因设备起停、切换、故障而影响到值别的考核。
三、电厂电能量采集系统的结构
系统中厂用电部分的采集涉及到的物理范围很广，采集的数据很多，因此最好的方法是采取分层的方法进行设计，将系统垂直分为三层。
最底层为计量层，主要设备分类为计量单元，包括电能表或类似电能表的电测仪表，对具体设备的电能量数据进行测量、计算、记录。中层为采集层，主要设备分类为电能量采集单元，分布于各大区域，从底层的各个计量单元搜集电能量数据，分别进行存储，并与上层系统进行通信。上层为主站处理层，包括数据库服务器、WEB服务器、关口服务器等，从采集层招测数据，并对数据进行存储、分析、计算、发布及转发。
四、电厂电能量采集系统可行的实现方式
下面对电厂电能量采集系统几种可行的实现方式采取分层的方法讨论。
一）计量层；统一采用数字式或脉冲式电能表，以符合计量相关法规、标准的规定。
二）采集层；目前可采用的电能量采集的方式主要有以下三种：
1、使用数字电能量采集器（抄表器）进行电能量采集：电能量采集器可对数字电能表进行远程抄表，将电能量采集器与各电能表通过RS232/RS485/RS422串行线相联接，并将电能量采集器分区域布置，可以大范围进行抄表。特点：抄表误差小，抄表数据类型多，采集器与电能表距离短因此电缆投资和施工工作量小。缺点是电能量采集器的价格较高。
2、使用脉冲电能量采集器进行电能量采集：电能表的脉冲信号经过屏蔽电缆接至脉冲电能量采集器，电能量采集器将脉冲信号进行计数并分时段储存。特点是脉冲电能量采集器与电能表的距离近受到的干扰小，电缆部分的投资小，电能表和电能量采集器投资费用低。缺点是采集的数据种类较少。
3、用发电厂现有的DCS系统进行电能量采集：DCS系统是发电厂均有的监控系统，实时性好、功能强大、扩充能力强，可在DCS系统上加装脉冲量采集板用来采集各电能表的电能量。具体方法为：数字电能表发出的电能量脉冲信号经过电缆接入DCS的脉冲量采集板，经过光电耦合器送入，在DCS的逻辑组态中设有专用计数器来记录脉冲个数，存储在DCS的数据库中。其特点是只要在DCS上加装脉冲板即可，电能表只需采用普通的脉冲电能表，能对已有的DCS系统加以利用。缺点是每块脉冲量采集板采集量少，DCS与电能表距离远造成电缆运行中易受干扰且电缆投资较多，对DCS系统的运行有一定影响。
三）主站处理层；目前可采用的有以下三种方式：
1、增加专用的电能量数据主站系统：电能量采集器厂家配套的数据处理系统，包括专用數据库服务器、WEB服务器、通信关口服务器等。以上服务器通过交换机组成一个以太网，各处的电能量采集器通过以太网线与交换机相连，距离远的使用光纤传输。系统定时对每台电能量采集装置进行通讯读出各时段窗口值，计算出时段电能量并存储在数据库中。系统通过WEB服务器为用户提供WEB服务，或者通过通信关口服务器与SIS及MIS系统相连，向SIS及MIS系统转发电能量数据，通过SIS及MIS系统向用户提供数据服务。
2、利用已有的SCADA系统：利用已有的SCADA监控系统，使电能量采集器成为SCADA系统的一个子系统。具体实施如下：在现有的SCADA监控系统上再增加一台串口接口机，通过串行线与现场的电能量采集器相连，SCADA主服务器增加串口板与串口接口机相连，利用SCADA已有的数据库、分析和WEB发布软件，实现电能量的招测、处理、发布等功能。SCADA系统通过关口服务器与SIS及MIS系统相连，向SIS及MIS系统转发电能量数据，通过SIS及MIS系统向用户提供数据服务。
3、利用已有的SIS/MIS系统：适用于采集层为DCS系统的方式，DCS向SIS系统发送所有电能量脉冲数据，SIS系统接收后进行存储、计算、分析、发布，直接或通过MIS向用户提供数据服务。
四）各层间的通信
1、在计量层与采集层之间，通常使用RS232/RS422/RS485的串行通信，距离远或干扰大的可采用串行光纤转换器通过光纤进行通信。而脉冲式电能表和电量采集器之间采用脉冲信号通信。要根据电能表所支持的通信方式进行选择。电量采集器对表计的各种通信方式基本均支持，而且常用的规约采集器均有内置。
2、在采集层和主站层之间，通常使用RS422/RS485的串行通信，距离远或干扰大的可采用串行光纤转换器。如果是输煤、除灰、除渣、脱硫、化水等距离较远的区域，采用已有的电话线路利用Modem进行通信，可以减少铺设电缆或光缆的投资。
3、在主站层内使用成熟可靠的以太网方式进行通信,为了可靠性可以采取双网段的方式。
五、电厂电能量采集系统设备选用
一）表计选用的原则：1、发电机及上网关口电能表参与结算，按要求采用高精度，高可靠性的电能表；2、厂用电能表用于厂用电考核和数据分析，要求可靠性较高，并不要求高精度。
二）采集器选用的原则：1、电能量采集器存储容量要大，数据存储最好能保持一年以上，能方便地进行数据在线手动导出；2、与电能表的通信接口采取光隔离设计，抗干扰能力符合发电厂现场要求。于上层通信的通信接口要丰富多样，具备串口、以太网口、电话MODEM口等接口，方便与不同类型的系统联接；3、通信规约要适应国内实际需要，种类要丰富，具备各种常用电能表通信规约及与上层通信的通信规约；4、电源要能够主备用切换，数据保证掉电不丢失。具备自诊断、远方诊断、自恢复等功能；具有输入、输出电压、电流保护、防雷保护、直流反极性输入保护等。
六、结论
电厂电能量采集系统比较复杂，形式比较多样，实现方法比较灵活，既要考虑到系统的性能及可靠性，又要考虑到与其他已建成系统的融合，并且充分考虑电厂实际管理方式的需求以及在成本上考虑是否可以利用已有系统来实现部分功能。这需要各方密切合作，在实际应用中逐步解决系统建设中出现的问题，不断完善改进，从而实现电厂电能量管理的标准化和自动化。
【关键词】电厂；电能量采集；系统
电厂生产运行及管理需要对发电量、上网电量及厂用电量等电能量进行采集、汇总、分析及考核。传统方式下，对发电量、上网电量及厂用电量等电能量的统计都是生产运行人员进行人工抄表、统计而成。随着新建电厂机组容量的增大、工作人员数的减少、管理工作要求水平的提高，人工方式已经无法满足现代化大型电厂的要求。现在，专用的电能量采集系统能自动完成电能量的记录、汇总、统计及分析，这样不仅大大减少人力工作量，而且准确可靠，避免各种误差的引入。
一、电厂电能量采集系统的主要功能
1、发电及上网电能量采集部分：包括发电电能量和关口上网电能量。
2、厂用电电能量采集部分：包括厂用变压器电能量、励磁变压器电能量、各个电气负荷段及辅机用电能量、非生产用电电能量。
3、对采集到的电能量数据进行存储、分析、转发、报表生成，提供WEB服务，与SIS系统/MIS系统通过隔离装置单向连接。
二、电厂电能量采集系统的要求
系统要在不影响电网调度对发电厂的上网、发电电能量的招测、考核下进行电能量的采集，并能够对发电、上网及厂用电电能量进行分值别、分区域的统计和考核。系统的可靠性要求要高，精度要高，且不因设备起停、切换、故障而影响到值别的考核。
三、电厂电能量采集系统的结构
系统中厂用电部分的采集涉及到的物理范围很广，采集的数据很多，因此最好的方法是采取分层的方法进行设计，将系统垂直分为三层。
最底层为计量层，主要设备分类为计量单元，包括电能表或类似电能表的电测仪表，对具体设备的电能量数据进行测量、计算、记录。中层为采集层，主要设备分类为电能量采集单元，分布于各大区域，从底层的各个计量单元搜集电能量数据，分别进行存储，并与上层系统进行通信。上层为主站处理层，包括数据库服务器、WEB服务器、关口服务器等，从采集层招测数据，并对数据进行存储、分析、计算、发布及转发。
四、电厂电能量采集系统可行的实现方式
下面对电厂电能量采集系统几种可行的实现方式采取分层的方法讨论。
一）计量层；统一采用数字式或脉冲式电能表，以符合计量相关法规、标准的规定。
二）采集层；目前可采用的电能量采集的方式主要有以下三种：
1、使用数字电能量采集器（抄表器）进行电能量采集：电能量采集器可对数字电能表进行远程抄表，将电能量采集器与各电能表通过RS232/RS485/RS422串行线相联接，并将电能量采集器分区域布置，可以大范围进行抄表。特点：抄表误差小，抄表数据类型多，采集器与电能表距离短因此电缆投资和施工工作量小。缺点是电能量采集器的价格较高。
2、使用脉冲电能量采集器进行电能量采集：电能表的脉冲信号经过屏蔽电缆接至脉冲电能量采集器，电能量采集器将脉冲信号进行计数并分时段储存。特点是脉冲电能量采集器与电能表的距离近受到的干扰小，电缆部分的投资小，电能表和电能量采集器投资费用低。缺点是采集的数据种类较少。
3、用发电厂现有的DCS系统进行电能量采集：DCS系统是发电厂均有的监控系统，实时性好、功能强大、扩充能力强，可在DCS系统上加装脉冲量采集板用来采集各电能表的电能量。具体方法为：数字电能表发出的电能量脉冲信号经过电缆接入DCS的脉冲量采集板，经过光电耦合器送入，在DCS的逻辑组态中设有专用计数器来记录脉冲个数，存储在DCS的数据库中。其特点是只要在DCS上加装脉冲板即可，电能表只需采用普通的脉冲电能表，能对已有的DCS系统加以利用。缺点是每块脉冲量采集板采集量少，DCS与电能表距离远造成电缆运行中易受干扰且电缆投资较多，对DCS系统的运行有一定影响。
三）主站处理层；目前可采用的有以下三种方式：
1、增加专用的电能量数据主站系统：电能量采集器厂家配套的数据处理系统，包括专用數据库服务器、WEB服务器、通信关口服务器等。以上服务器通过交换机组成一个以太网，各处的电能量采集器通过以太网线与交换机相连，距离远的使用光纤传输。系统定时对每台电能量采集装置进行通讯读出各时段窗口值，计算出时段电能量并存储在数据库中。系统通过WEB服务器为用户提供WEB服务，或者通过通信关口服务器与SIS及MIS系统相连，向SIS及MIS系统转发电能量数据，通过SIS及MIS系统向用户提供数据服务。
2、利用已有的SCADA系统：利用已有的SCADA监控系统，使电能量采集器成为SCADA系统的一个子系统。具体实施如下：在现有的SCADA监控系统上再增加一台串口接口机，通过串行线与现场的电能量采集器相连，SCADA主服务器增加串口板与串口接口机相连，利用SCADA已有的数据库、分析和WEB发布软件，实现电能量的招测、处理、发布等功能。SCADA系统通过关口服务器与SIS及MIS系统相连，向SIS及MIS系统转发电能量数据，通过SIS及MIS系统向用户提供数据服务。
3、利用已有的SIS/MIS系统：适用于采集层为DCS系统的方式，DCS向SIS系统发送所有电能量脉冲数据，SIS系统接收后进行存储、计算、分析、发布，直接或通过MIS向用户提供数据服务。
四）各层间的通信
1、在计量层与采集层之间，通常使用RS232/RS422/RS485的串行通信，距离远或干扰大的可采用串行光纤转换器通过光纤进行通信。而脉冲式电能表和电量采集器之间采用脉冲信号通信。要根据电能表所支持的通信方式进行选择。电量采集器对表计的各种通信方式基本均支持，而且常用的规约采集器均有内置。
2、在采集层和主站层之间，通常使用RS422/RS485的串行通信，距离远或干扰大的可采用串行光纤转换器。如果是输煤、除灰、除渣、脱硫、化水等距离较远的区域，采用已有的电话线路利用Modem进行通信，可以减少铺设电缆或光缆的投资。
3、在主站层内使用成熟可靠的以太网方式进行通信,为了可靠性可以采取双网段的方式。
五、电厂电能量采集系统设备选用
一）表计选用的原则：1、发电机及上网关口电能表参与结算，按要求采用高精度，高可靠性的电能表；2、厂用电能表用于厂用电考核和数据分析，要求可靠性较高，并不要求高精度。
二）采集器选用的原则：1、电能量采集器存储容量要大，数据存储最好能保持一年以上，能方便地进行数据在线手动导出；2、与电能表的通信接口采取光隔离设计，抗干扰能力符合发电厂现场要求。于上层通信的通信接口要丰富多样，具备串口、以太网口、电话MODEM口等接口，方便与不同类型的系统联接；3、通信规约要适应国内实际需要，种类要丰富，具备各种常用电能表通信规约及与上层通信的通信规约；4、电源要能够主备用切换，数据保证掉电不丢失。具备自诊断、远方诊断、自恢复等功能；具有输入、输出电压、电流保护、防雷保护、直流反极性输入保护等。
六、结论
电厂电能量采集系统比较复杂，形式比较多样，实现方法比较灵活，既要考虑到系统的性能及可靠性，又要考虑到与其他已建成系统的融合，并且充分考虑电厂实际管理方式的需求以及在成本上考虑是否可以利用已有系统来实现部分功能。这需要各方密切合作，在实际应用中逐步解决系统建设中出现的问题，不断完善改进，从而实现电厂电能量管理的标准化和自动化。