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摘要：本文讨论了火电厂自动化系统的内容，介绍了火电厂ECS的现状，结合近年来网络通信技术在自动化系统的应用，分析DCS系统的接线方式，阐明了采用基于现场总线的通信方案并具有与DCS经通信充分交换信息ECS技术正在成为火电厂自动化技术的发展趋势。
关键词：自动化；技术；控制
中图分类号：TN830文献标识码： A
引言
在电厂自动化成都亟待提高的今天，探讨火电厂自动化系统具有很好的实际意义。火电厂电气自动化系统的应用，提高了火电厂电气系统的自动化水平及运行管理水平。系统综合应用计算机、保护、测量、分层分布控制及通信技术的最新成果，实现火电厂电气系统的运行、保护、控制、故障信息管理、故障诊断、电气性能优化等功能的综合自动化。而且换来了良好的设备性能，提高了机组整体自动化水平，确保了机组安全、稳定、经济运行，为今后参与电力市场的竞争打下了良好的基础。
一、电气系统自动化监控系统组成及功能
发电机－变压器组监控,包括发变组高压侧断路器、励磁系统的灭磁开关、励磁调节器开关、整流柜开关、AVR增、减磁控制，发电机并网、解列程序控制和软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能、温度、开关状态等监测。
励磁系统的监控是发电机的一个重要组成部分，它的主要任务是向发电机励磁绕组提供一个可调节的直流电流，励磁系统的安全可靠性是非常重要的，直接关系到电网和机组的安全稳定运行，它通过硬接线方式与DCS接口，实现发电机并网、解列程序控制、失磁快减和软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能等参数监测的功能。
厂用电系统的监控，包括高压厂用电源系统的高压厂用电源变压器（断路器）、高压启/备变压器（断路器）、低压厂用电源系统的单元低压、公用低压变压器（断路器）、交流380V/220V保安电源系统的进出线断路器等开关的联锁、闭锁程序控制和软手操控制，公用系统的联锁、闭锁控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能、温度、开关状态、直流电源和UPS电源等监测。实现开关的联锁、闭锁控制和厂用电源备自投（BZT）功能。
继电保护系统的监控，其原理复杂、专业性强，在火力发电厂中占据非常重要的地位，将电气系统纳入DCS分散控制系统的首要原则是满足火力发电厂设计技术规程、继电保护等有关规程的要求，保证电气系统纳入DCS后的安全可靠性。
自动准同期装置（ASS）的监控,发电机和电网的同期并列操作是电气运行中最复杂、最重要的操作，发电机在并网过程中，必须满足发电机和电网的相序必须相同；发电机和电网的电压接近相等；发电机和电网的频率接近相等；发电机电压和电网电压的相位接近相等。否则将发生非同期并列事故，严重时损坏发电机的定子绕组或造成大轴损坏事故。在电气控制系统中采用专用的自动准同期装置（ASS），通过硬接线方式与DCS接口，实现发电机并网、解列程序控制、软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功等参数监测的功能。
直流系统和UPS系统的监控，只是监视，不参与控制；对直流系统的母线电压、充電器工作状态；UPS充电电流、工作状态等进行监视、报警。
柴油发电机和保安电源的监控,实现柴油发电机母线电压，柴油发电机出口电流、功率，柴油发电机主开关状态和故障报警的监视；完成柴油发电机的启停控制。
二、火电厂电气自动化系统功能
发电厂电气自动化应实现对发变组及高低压电气设备电气参数实时监测和安全监控，有效提高电厂运行安全性和可靠性，保证供电电能质量，减少值班人员，改善运行人员的工作条件。根据调度指令实现机组功率的经济分配，提高电厂经济效益，满足电厂综合运行管理功能。
实时数据采集：通过间隔层装置对各元件的模拟量、开关量、脉冲量等实时数据进行采集并存入数据库;数据处理与记录。记录日报、月报、年报并可自由设置报表。画面显示：监控画面应包括电气主接线图、发电机接线图、励磁系统接线图、启备变接线图、6kV厂用电系统图、380kV厂用电系统图、直流电源系统图、UPS电源系统图等，并有电压棒图、负荷曲线显示。控制闭锁功能：跳合开关、投退软压板，具有断路器、隔离开关、接地刀闸之间的操作闭锁，设置操作员密码，以适应各级管理。打印功能：打印运行参数、画面、报表、棒图、曲线、实时数据库等。故障录波功能：对故障进行录波，并对故障数据进行在线分析，如谐波分析、不对称运行分析等。定值管理：可查询与修改保护定值。电气试验特性：具备对发电机、变压器特性试验，励磁系统特性试验等的自动记录及曲线打印;发电机的AVR、自动准同期、厂用电快速切换有专用的装置实现，并应配置测控装置来实现监控功能。应有相应的软件，实现发电机顺控并网、顺控解列、厂用电源切换的控制。可通过网络与DCS系统相连，实现数据资源的共享。
三、电气自动化技术在火力发电中的重要性
在火力发电厂中，长期以来都是利用集散控制系统来对机、炉系统进行控制，火电厂的管理信息系统和主控系统的一体化无缝连接必将成为未来火电厂管控系统的发展趋势，传统火电厂的DCS系统也必将向这一趋势靠拢。火电厂主控系统以控制方式分类可分为：DAS、MCS、SCS、BMS及DEH等系统和其他辅助系统，而且控制的较为简单，而将电气系统整合来进行控制，则可以使保护和安全装置都能实现集控运行，例如传统的电气系统电源切换装置（ATS）、故障录波装置和自动励磁调节装置（AVR）等都与集散控制系统（DCS）之间的信息互访和交换量有限，这样就导致电气自动化系统在信息量反映上会有所减少，从而导致测量、参数等信息都无法得到有效的体现，使操作人员在操作上具有较高的难度，这样当火电厂发生事故时则无法及时有效的进行分析和解决，对火电厂运行的可靠性非常不利。所以针对火电厂而言，则应改变其传统控制中的一些方式，如在电气系统中进行的变送器和控制电缆的安装，硬接线一对一采集电气信号的形式等都需要进行转变，变为以现场总线技术和智能设备相结合的形式，同时，随着信息化技术的不断发展，火电厂应建立电气系统的通信网络，同时通过联网等形式，使信息呈多样化和全面化的方向发展。所以在火力发电厂中应用电气自动化技术，可以有效的提高火电厂电气自动化技术水平的提高，对系统的运行和管理能力有所加强，使电厂可以持续发展下去。
四、自动化技术在火力发电厂的发展现状
科学技术的不断提高，使电力自动化技术的水平得以不断的发展，同时随着火力发电厂自动化技术水平的不断提高和发展，其监控装置不仅可以对采样进行有效的测量、保护和监控，同时实现了计算机的监控和保护技术，使现场总线技术与工业以太网的网络得以形成。目前在电气自动化系统中，主要由控制层、间隔层和通信层三部分组成，从而使整个系统实现有效的监视和控制。下层之间可以不依赖于上层设备而独立实现各功能，整个系统的核心则是以电气自动化的控制层为主，有效的实现了对数据信息的监视、控制、采集和整理。通信层的主要任务则是要完成系统间隔层与各站点之间的数据交流、互访与转换，逻辑监视与控制电气设备。至于电气自动化系统的间隔层，则是由保护监控装置和智能设备两大部分组成，通过网络和接口等方法灵活实现与系统上层功能的数据互访与沟通。
五、发电厂厂用电电气自动化系统（EFCS或ECS）的构成
第一层：间隔层。这一层主要为完成各种专业化功能的智能装置，包括厂用电高压6KV、10KV系统系列保护测控装置、厂用电低压400V系统系列智能控制器及测控装置、厂用电源快速切换装置、低压备用自投装置、自动准同期控制装置、小电流接地选线装置、直流接地选线装置等。这些智能装置通常都以嵌入式软硬件技术开发，有CPU、AD、RAM、EPROM、现场总线或以太网对外通信接口等。
第二层：通信管理层。这一层主要包括通信网络及通信管理装置，主要完成与上述各种智能装置、DCS系统、电气后台监控系统、发电厂其它智能设备（如发电机保护、励磁調节装置等）、发电厂其它系统（如厂级监控系统SIS）的通信。通信方式采用工业以太网和现场总线，如PROFIBUS、CAN等，通信管理装置实现不同现场总线接口标准的互联以及不同通信规约的转换。
第三层：站控层。这一层主要包括后台监控系统计算机、硬件和各种专业应用软件、硬件有服务器、工作站等，应用软件包括SCADA（数据采集和监控）、厂用电抄表、录波分析、电动机故障诊断等各种基础应用及高级应用功能软件，以及后台系统与发电厂其他管理系统（如MIS系统）间的通信接口软件。发变组、励磁系统、直流系统的保护测控可集中组屏放在主控室，厂用电系统的保护测控单元采用一体化设计，可运用分层分布技术直接安装在开关柜上，以简化设计、方便施工。各单元独立完成本间隔的保护、测量和控制功能。间隔层单元直接通过Ethernet网接入主站系统。系统设计遵循IEC 60870-5-103、IEC60870-5-104传输规约，安全可靠性和开放性都得到了极大提高。微机自动准同期、厂用电快速切换装置等智能装置可通过RS232、RS485、Lonworks等接口接入，通过网关实现规约和接口的转换，从而实现和主站系统的通信。
六、自动化技术在火力发电厂中的应用创新
1、创新统一单元炉机组
电气自动化技术在火力发电中的应用，实现由机、电控制一体化向火力发电厂机、炉、电一体化的单元制运行监控方式转化。这样，火力发电厂中集散控制系统（DCS）可以通过机、炉、电单元制的运行方式对整个火电机组的所有运行参数和状态信息进行汇总和分析，最大限度地挖掘火电机组潜力，并发挥其自身特有的控制功能，最大限度地缩小控制室，实现对监控系统的简化，也就能够最大可能地降低成本造价；同时，统一单元炉机组也便于火力发电厂信息管理系统（MIS）的信息采集，从而加强电网的统一运行和管理，完成中调AGC的相关指令和要求，提高电网的工作效率，使其保持在最经济和最佳的运行状态。因此，统一单元炉机组有利于提高火电机组的监控水平和自动化水平。
2、创新控制保护手段
在传统的控制保护系统中，采用的都是报警和连锁的手段，但是仅仅能够对超限和波动性起到保护的作用。随着计算机技术的发展，电气设备的保护控制手段更趋于完善，具有全方位监控、在线记录和状态发展趋势判断功能，对于运营状态进行监测，当检测到故障时，可以提前预警，并且采取相应的控制措施，保护设备和系统的正常运行。这种创新的控制手段，能够提前将隐患控制住，为火电厂的正常运行创造良好的条件。
3、实现电气全通信控制
火力发电厂的电气自动化系统（ECS）还无法满足集散控制系统（DCS）通过电气自动化系统实现电气全通信控制的方式，其通信速度和系统可靠性还存在着一定的距离，电气自动化系统（ECS）和集散控制系统（DCS）之间还存存留了一部分的硬接线。要实现电气全通信控制模式，就必须处理好热工工艺连锁的问题，提高电气后台系统的实际应用水平，丰富当前初级阶段的基本运行监视功能，实质性地提高电气自动化系统的控制逻辑、控制水平、自动化水平和运行管理水平。
结束语
自动化技术在电力系统中的应用越来越广泛而深入，这也使电网管理方式产生翻天覆地的变化。新技术、新理论的应用使一些概念不断被更新和修正，传统的技术界线逐渐模糊，各种原来看似不相关联的技术会彼此融合和渗透，这些推动着电力自动化系统的不断发展和变化。
参考文献
[1]沈鉴.论电气自动化发展现状及趋势[J].中国新技术新产品，2012，15（12）：156-157
[2]贾刚，张萌.浅谈电气自动化控制中的人工智能技术[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011，19（09）：136-137
[3]董娜，李函霖.电气系统中电气自动化技术的探索[J].科技与企业，2011，11（07）：103-104
[4]黄凯.建筑自动化机电设备安装的研究[J].科技创新与应用.2013（14）
[5]贾春利.超高层建筑电气设计总结[J].中华民居.2012（03）
关键词：自动化；技术；控制
中图分类号：TN830文献标识码： A
引言
在电厂自动化成都亟待提高的今天，探讨火电厂自动化系统具有很好的实际意义。火电厂电气自动化系统的应用，提高了火电厂电气系统的自动化水平及运行管理水平。系统综合应用计算机、保护、测量、分层分布控制及通信技术的最新成果，实现火电厂电气系统的运行、保护、控制、故障信息管理、故障诊断、电气性能优化等功能的综合自动化。而且换来了良好的设备性能，提高了机组整体自动化水平，确保了机组安全、稳定、经济运行，为今后参与电力市场的竞争打下了良好的基础。
一、电气系统自动化监控系统组成及功能
发电机－变压器组监控,包括发变组高压侧断路器、励磁系统的灭磁开关、励磁调节器开关、整流柜开关、AVR增、减磁控制，发电机并网、解列程序控制和软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能、温度、开关状态等监测。
励磁系统的监控是发电机的一个重要组成部分，它的主要任务是向发电机励磁绕组提供一个可调节的直流电流，励磁系统的安全可靠性是非常重要的，直接关系到电网和机组的安全稳定运行，它通过硬接线方式与DCS接口，实现发电机并网、解列程序控制、失磁快减和软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能等参数监测的功能。
厂用电系统的监控，包括高压厂用电源系统的高压厂用电源变压器（断路器）、高压启/备变压器（断路器）、低压厂用电源系统的单元低压、公用低压变压器（断路器）、交流380V/220V保安电源系统的进出线断路器等开关的联锁、闭锁程序控制和软手操控制，公用系统的联锁、闭锁控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能、温度、开关状态、直流电源和UPS电源等监测。实现开关的联锁、闭锁控制和厂用电源备自投（BZT）功能。
继电保护系统的监控，其原理复杂、专业性强，在火力发电厂中占据非常重要的地位，将电气系统纳入DCS分散控制系统的首要原则是满足火力发电厂设计技术规程、继电保护等有关规程的要求，保证电气系统纳入DCS后的安全可靠性。
自动准同期装置（ASS）的监控,发电机和电网的同期并列操作是电气运行中最复杂、最重要的操作，发电机在并网过程中，必须满足发电机和电网的相序必须相同；发电机和电网的电压接近相等；发电机和电网的频率接近相等；发电机电压和电网电压的相位接近相等。否则将发生非同期并列事故，严重时损坏发电机的定子绕组或造成大轴损坏事故。在电气控制系统中采用专用的自动准同期装置（ASS），通过硬接线方式与DCS接口，实现发电机并网、解列程序控制、软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功等参数监测的功能。
直流系统和UPS系统的监控，只是监视，不参与控制；对直流系统的母线电压、充電器工作状态；UPS充电电流、工作状态等进行监视、报警。
柴油发电机和保安电源的监控,实现柴油发电机母线电压，柴油发电机出口电流、功率，柴油发电机主开关状态和故障报警的监视；完成柴油发电机的启停控制。
二、火电厂电气自动化系统功能
发电厂电气自动化应实现对发变组及高低压电气设备电气参数实时监测和安全监控，有效提高电厂运行安全性和可靠性，保证供电电能质量，减少值班人员，改善运行人员的工作条件。根据调度指令实现机组功率的经济分配，提高电厂经济效益，满足电厂综合运行管理功能。
实时数据采集：通过间隔层装置对各元件的模拟量、开关量、脉冲量等实时数据进行采集并存入数据库;数据处理与记录。记录日报、月报、年报并可自由设置报表。画面显示：监控画面应包括电气主接线图、发电机接线图、励磁系统接线图、启备变接线图、6kV厂用电系统图、380kV厂用电系统图、直流电源系统图、UPS电源系统图等，并有电压棒图、负荷曲线显示。控制闭锁功能：跳合开关、投退软压板，具有断路器、隔离开关、接地刀闸之间的操作闭锁，设置操作员密码，以适应各级管理。打印功能：打印运行参数、画面、报表、棒图、曲线、实时数据库等。故障录波功能：对故障进行录波，并对故障数据进行在线分析，如谐波分析、不对称运行分析等。定值管理：可查询与修改保护定值。电气试验特性：具备对发电机、变压器特性试验，励磁系统特性试验等的自动记录及曲线打印;发电机的AVR、自动准同期、厂用电快速切换有专用的装置实现，并应配置测控装置来实现监控功能。应有相应的软件，实现发电机顺控并网、顺控解列、厂用电源切换的控制。可通过网络与DCS系统相连，实现数据资源的共享。
三、电气自动化技术在火力发电中的重要性
在火力发电厂中，长期以来都是利用集散控制系统来对机、炉系统进行控制，火电厂的管理信息系统和主控系统的一体化无缝连接必将成为未来火电厂管控系统的发展趋势，传统火电厂的DCS系统也必将向这一趋势靠拢。火电厂主控系统以控制方式分类可分为：DAS、MCS、SCS、BMS及DEH等系统和其他辅助系统，而且控制的较为简单，而将电气系统整合来进行控制，则可以使保护和安全装置都能实现集控运行，例如传统的电气系统电源切换装置（ATS）、故障录波装置和自动励磁调节装置（AVR）等都与集散控制系统（DCS）之间的信息互访和交换量有限，这样就导致电气自动化系统在信息量反映上会有所减少，从而导致测量、参数等信息都无法得到有效的体现，使操作人员在操作上具有较高的难度，这样当火电厂发生事故时则无法及时有效的进行分析和解决，对火电厂运行的可靠性非常不利。所以针对火电厂而言，则应改变其传统控制中的一些方式，如在电气系统中进行的变送器和控制电缆的安装，硬接线一对一采集电气信号的形式等都需要进行转变，变为以现场总线技术和智能设备相结合的形式，同时，随着信息化技术的不断发展，火电厂应建立电气系统的通信网络，同时通过联网等形式，使信息呈多样化和全面化的方向发展。所以在火力发电厂中应用电气自动化技术，可以有效的提高火电厂电气自动化技术水平的提高，对系统的运行和管理能力有所加强，使电厂可以持续发展下去。
四、自动化技术在火力发电厂的发展现状
科学技术的不断提高，使电力自动化技术的水平得以不断的发展，同时随着火力发电厂自动化技术水平的不断提高和发展，其监控装置不仅可以对采样进行有效的测量、保护和监控，同时实现了计算机的监控和保护技术，使现场总线技术与工业以太网的网络得以形成。目前在电气自动化系统中，主要由控制层、间隔层和通信层三部分组成，从而使整个系统实现有效的监视和控制。下层之间可以不依赖于上层设备而独立实现各功能，整个系统的核心则是以电气自动化的控制层为主，有效的实现了对数据信息的监视、控制、采集和整理。通信层的主要任务则是要完成系统间隔层与各站点之间的数据交流、互访与转换，逻辑监视与控制电气设备。至于电气自动化系统的间隔层，则是由保护监控装置和智能设备两大部分组成，通过网络和接口等方法灵活实现与系统上层功能的数据互访与沟通。
五、发电厂厂用电电气自动化系统（EFCS或ECS）的构成
第一层：间隔层。这一层主要为完成各种专业化功能的智能装置，包括厂用电高压6KV、10KV系统系列保护测控装置、厂用电低压400V系统系列智能控制器及测控装置、厂用电源快速切换装置、低压备用自投装置、自动准同期控制装置、小电流接地选线装置、直流接地选线装置等。这些智能装置通常都以嵌入式软硬件技术开发，有CPU、AD、RAM、EPROM、现场总线或以太网对外通信接口等。
第二层：通信管理层。这一层主要包括通信网络及通信管理装置，主要完成与上述各种智能装置、DCS系统、电气后台监控系统、发电厂其它智能设备（如发电机保护、励磁調节装置等）、发电厂其它系统（如厂级监控系统SIS）的通信。通信方式采用工业以太网和现场总线，如PROFIBUS、CAN等，通信管理装置实现不同现场总线接口标准的互联以及不同通信规约的转换。
第三层：站控层。这一层主要包括后台监控系统计算机、硬件和各种专业应用软件、硬件有服务器、工作站等，应用软件包括SCADA（数据采集和监控）、厂用电抄表、录波分析、电动机故障诊断等各种基础应用及高级应用功能软件，以及后台系统与发电厂其他管理系统（如MIS系统）间的通信接口软件。发变组、励磁系统、直流系统的保护测控可集中组屏放在主控室，厂用电系统的保护测控单元采用一体化设计，可运用分层分布技术直接安装在开关柜上，以简化设计、方便施工。各单元独立完成本间隔的保护、测量和控制功能。间隔层单元直接通过Ethernet网接入主站系统。系统设计遵循IEC 60870-5-103、IEC60870-5-104传输规约，安全可靠性和开放性都得到了极大提高。微机自动准同期、厂用电快速切换装置等智能装置可通过RS232、RS485、Lonworks等接口接入，通过网关实现规约和接口的转换，从而实现和主站系统的通信。
六、自动化技术在火力发电厂中的应用创新
1、创新统一单元炉机组
电气自动化技术在火力发电中的应用，实现由机、电控制一体化向火力发电厂机、炉、电一体化的单元制运行监控方式转化。这样，火力发电厂中集散控制系统（DCS）可以通过机、炉、电单元制的运行方式对整个火电机组的所有运行参数和状态信息进行汇总和分析，最大限度地挖掘火电机组潜力，并发挥其自身特有的控制功能，最大限度地缩小控制室，实现对监控系统的简化，也就能够最大可能地降低成本造价；同时，统一单元炉机组也便于火力发电厂信息管理系统（MIS）的信息采集，从而加强电网的统一运行和管理，完成中调AGC的相关指令和要求，提高电网的工作效率，使其保持在最经济和最佳的运行状态。因此，统一单元炉机组有利于提高火电机组的监控水平和自动化水平。
2、创新控制保护手段
在传统的控制保护系统中，采用的都是报警和连锁的手段，但是仅仅能够对超限和波动性起到保护的作用。随着计算机技术的发展，电气设备的保护控制手段更趋于完善，具有全方位监控、在线记录和状态发展趋势判断功能，对于运营状态进行监测，当检测到故障时，可以提前预警，并且采取相应的控制措施，保护设备和系统的正常运行。这种创新的控制手段，能够提前将隐患控制住，为火电厂的正常运行创造良好的条件。
3、实现电气全通信控制
火力发电厂的电气自动化系统（ECS）还无法满足集散控制系统（DCS）通过电气自动化系统实现电气全通信控制的方式，其通信速度和系统可靠性还存在着一定的距离，电气自动化系统（ECS）和集散控制系统（DCS）之间还存存留了一部分的硬接线。要实现电气全通信控制模式，就必须处理好热工工艺连锁的问题，提高电气后台系统的实际应用水平，丰富当前初级阶段的基本运行监视功能，实质性地提高电气自动化系统的控制逻辑、控制水平、自动化水平和运行管理水平。
结束语
自动化技术在电力系统中的应用越来越广泛而深入，这也使电网管理方式产生翻天覆地的变化。新技术、新理论的应用使一些概念不断被更新和修正，传统的技术界线逐渐模糊，各种原来看似不相关联的技术会彼此融合和渗透，这些推动着电力自动化系统的不断发展和变化。
参考文献
[1]沈鉴.论电气自动化发展现状及趋势[J].中国新技术新产品，2012，15（12）：156-157
[2]贾刚，张萌.浅谈电气自动化控制中的人工智能技术[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011，19（09）：136-137
[3]董娜，李函霖.电气系统中电气自动化技术的探索[J].科技与企业，2011，11（07）：103-104
[4]黄凯.建筑自动化机电设备安装的研究[J].科技创新与应用.2013（14）
[5]贾春利.超高层建筑电气设计总结[J].中华民居.2012（03）