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摘要：随着高参数、大容量机组的发展，电厂对电气自动化的要求也越来越高。为了实现电气自动化，自动化监控系统必不可少。本文主要介绍了电气监控系统的概念和特点，简要介绍了电气监控系统的范围，并对监控系统的功能进行了分析。最后，重点介绍了电气监控系统的配置及应注意的问题。
关键词：发电厂;自动化;监控
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-04-036
发电厂逐步向高电压、大规模、自动化方向发展，使得对电厂的实时监控、管理水平的要求也不断提高，传统的监控系统检测技术、维护和检修水平落后，不足以满足现代化发电厂的要求，电厂电气自动化监控系统应运而生。高效、可靠的自动化监控系统在电厂中发挥着举足轻重的作用。
一、电气监控系统概念及其特点
电气监控管理系统是应用计算机技术、现场总线技术、测控保护与控制、通信技术等来提高电气系统的管理及其自动化水平，即为实现电气运行、控制、保护、故障信息诊断及管理、电气性能优化等功能而提出的在线自动化监控管理系统。监控系统主要由电气工作站和一些通信管理设备组成，现场总线使得通信设备与保护装置相连，以达到收集并转发信息等功能，有些监控系统还可以支持以太网或者两种都支持，并具有多任务并行实时操作等功能。电厂用电系统中的用电设备常常分散安装于电机控制中心和各配电室，设备及元件数量大导致需要管理的数据量大，进而使得检修维护困难。正常情况下，对电气设备的操作频率通常很低，但是电气设备要求其自动化保护装置反应快、可靠性高。主监控设备通常需要接入DCS 系统，同时，在主设备与备用设备的控制权上要确保唯一性，否则有可能造成控制冲突的发生。因此，电厂电气自动监控系统除了具备最基本的正常运行和启动、停止操作外，还应具备对整个系统的实时监控，如异常运行时实时报警并显示和分别记录异常状态时各部分的数据，及能根据相应的错误和异常给出对应的操作和应急处理方案，以确保电厂电气系统的正常运行。
二、DCS电气控制集中模式运用分析
2.1 DCS电气控制集中模式
集中模式是指在接入时借助线缆在一定程度上对电信信号进行转变，也就是将强电信号转化为弱电信号，从而推动管理运行中监控的实现。为了通过DCS进行组态，可以利用电缆接线将DSC的I/O模柜与开关量信号和电气模拟量一一对接起来，从而推动监控电气设备的实现。这种模式有下面两点优点：（1）能够为设备运行的良好环境提供保障，让操作更为便捷;（2）技术运用成熟，被广泛地推广和使用。但这种模式也存在一些缺点：（1）安装工程量大，所用到的电缆数量众多，DCS的可靠性在一定程度上也会受到长距离电缆的干扰;（2）不能综合进行管理，在出现问题时，很难第一时间查找出来，对维修进度造成影响。
2.2 分层分布模式
采用分层分布模式，一方面可以提供机会，让每个层次的电气设备能够将自身的功能最大限度地发挥出来;另一方面还可以对可能出现的问题进行一一地排查，以消除安全隐患。可以从三个层次来划分ECS，分别是间隔层、通信层以及监控层。运用这些层级可以就地将保护单元和测控单元安装在每个开关柜上。再通过现场的总线技术实现数据转送、汇总数据、对命令进行传送以及转化规约的功能。最后，利用通信网络，管理和交换间隔层的信息。这种模式有下面三点优点：（1）自由组合，对成本进行节约。就地安装间隔层测控终端，可以对占地面积进行减少，能够独立地进行装置的组合，具有较高的可靠性;（2）在信息采集方面，具有广泛性和准确性。在一定程度上可以增强抗干扰能力，大大提高系统采集数据的精度;（3）方便进行维修管理。电气监控主站在结构上的独立，可以为投运和分布调试提供方便，对倒送电的要求进行满足的同时，也为发电厂用电系统的检修、维护和运行提供了便利。
三、系统的组态模式及构建
3.1 组态模式
3 . 1 . 1 集中式监控方式
集中式监控方式的优点是控制站的防护等级低、系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中起来由一个处理器进行处理，处理器的任务会相当繁重，处理速度会受到影响。由于电气设备全部进入监控，伴随着监控对象的大量增加而来的是主机冗余下降、电缆数量巨大、控制面积大。长距离电缆引进的干扰也可能影响系统的可靠性，且大量电缆进入控制室会增加控制室引发火灾的危险。同时，隔离刀闸的操作闭锁以及断路器的联锁采用硬接线方式时，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无法操作。二次接线复杂，查线不方便，增加了维护工作量，在查线或试验过程中，由于接线复杂容易造成误操作。
3. 1 . 2 远程监控方式
远程监控方式具有节省电缆、节省安装费用、节省控制面积、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线（ 如 C A N 总线、LonWorks 等）的通信速度不很高，而电厂电气部分的通讯量相对又比较大，所以近年来，这种监控方式在电厂的小单元系統中应用比较多，但不适合全厂的电气自动化系统构建。
3. 1. 3 现场总线监控方式
目前，由于以太网、现场总线等计算机网络技术已普遍应用于变电站综合自动化系统中，且已积累了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些均为网络控制应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统的设计更加有针对性，可以根据间隔情况进行设计，对于不同的间隔可以有不同的功能。这种方式除具有远程监控方式的全部优点外，还可减少大量的隔离器件、端子柜、I/0卡件、模拟量卡件等，且智能电气设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可节省大量的控制电缆及减少安装维护工程量，从而降低综合成本。另外各装置的功能独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性得到很大提高，任一装置故障仅影响到相对应的元件。因此现场总线监控方式是今后火力发电厂计算机监控系统发展的方向。
3.2 全厂电气监控系统的构建
发电厂电气综合自动化系统按分层（级）分布式多 CPU 的体系结构设计，每一层由不同的设备或不同的子系统组成，完成不同的功能。整个系统的二次设备可分为2层，即站控层、单元层（或称间隔层）。站控层设以太网，供各主机间、监控机与单元层之间交换信息，主要包括主机兼操作员工作站、运行工作站、远动工作站、工程师维护工作站、通信站。主机兼操作员工作站用于完成对下层测控单元的电气运行参数的处理和远程控制工作;运行工作站亦称操作员工作站，主要供运行人员实时监控电厂电气系统的运行工况，自动抄表、小电流接地选线、故障信息管理、设备管理等高级应用软件也可在运行工作站上运行;远动工作站实现监控管理系统和远动中心的远程连接，把电厂电气系统的部分运行信息传送到远动中心，同时接收远动中心传送来的数据，以及实现定值远程管理等功能;工程师维护工作站供维护技术人员进行数据库、界面、报表等的修改维护以及网络监视维护等，同时工程师维护工作站也可作为培训工作站，进行操作流程的预演以及对运行工作人员的培训仿真等;通信站实现与电厂DCS、MIS 或 SIS 等系统的连接，共享信息。
结语：
采用独立的分布式计算机系统对电厂电气部分进行监控是一种经济可行的方案。同时，随着网络技术的不断发展和网络可靠性的不断提高，必将实现电厂电气部分的综合自动化，并最终纳入电厂DCS系统，从而实现全厂信息资源的共享，使整个电力系统的自动化水平跃上一个新的台阶。
参考文献
[1]赵庆明.大型火力发电厂电气自动化监控系统的设计研究[J].中国新技术新产品，2018（07）：19-20.
作者单位：布列斯特国立工业大学
关键词：发电厂;自动化;监控
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-04-036
发电厂逐步向高电压、大规模、自动化方向发展，使得对电厂的实时监控、管理水平的要求也不断提高，传统的监控系统检测技术、维护和检修水平落后，不足以满足现代化发电厂的要求，电厂电气自动化监控系统应运而生。高效、可靠的自动化监控系统在电厂中发挥着举足轻重的作用。
一、电气监控系统概念及其特点
电气监控管理系统是应用计算机技术、现场总线技术、测控保护与控制、通信技术等来提高电气系统的管理及其自动化水平，即为实现电气运行、控制、保护、故障信息诊断及管理、电气性能优化等功能而提出的在线自动化监控管理系统。监控系统主要由电气工作站和一些通信管理设备组成，现场总线使得通信设备与保护装置相连，以达到收集并转发信息等功能，有些监控系统还可以支持以太网或者两种都支持，并具有多任务并行实时操作等功能。电厂用电系统中的用电设备常常分散安装于电机控制中心和各配电室，设备及元件数量大导致需要管理的数据量大，进而使得检修维护困难。正常情况下，对电气设备的操作频率通常很低，但是电气设备要求其自动化保护装置反应快、可靠性高。主监控设备通常需要接入DCS 系统，同时，在主设备与备用设备的控制权上要确保唯一性，否则有可能造成控制冲突的发生。因此，电厂电气自动监控系统除了具备最基本的正常运行和启动、停止操作外，还应具备对整个系统的实时监控，如异常运行时实时报警并显示和分别记录异常状态时各部分的数据，及能根据相应的错误和异常给出对应的操作和应急处理方案，以确保电厂电气系统的正常运行。
二、DCS电气控制集中模式运用分析
2.1 DCS电气控制集中模式
集中模式是指在接入时借助线缆在一定程度上对电信信号进行转变，也就是将强电信号转化为弱电信号，从而推动管理运行中监控的实现。为了通过DCS进行组态，可以利用电缆接线将DSC的I/O模柜与开关量信号和电气模拟量一一对接起来，从而推动监控电气设备的实现。这种模式有下面两点优点：（1）能够为设备运行的良好环境提供保障，让操作更为便捷;（2）技术运用成熟，被广泛地推广和使用。但这种模式也存在一些缺点：（1）安装工程量大，所用到的电缆数量众多，DCS的可靠性在一定程度上也会受到长距离电缆的干扰;（2）不能综合进行管理，在出现问题时，很难第一时间查找出来，对维修进度造成影响。
2.2 分层分布模式
采用分层分布模式，一方面可以提供机会，让每个层次的电气设备能够将自身的功能最大限度地发挥出来;另一方面还可以对可能出现的问题进行一一地排查，以消除安全隐患。可以从三个层次来划分ECS，分别是间隔层、通信层以及监控层。运用这些层级可以就地将保护单元和测控单元安装在每个开关柜上。再通过现场的总线技术实现数据转送、汇总数据、对命令进行传送以及转化规约的功能。最后，利用通信网络，管理和交换间隔层的信息。这种模式有下面三点优点：（1）自由组合，对成本进行节约。就地安装间隔层测控终端，可以对占地面积进行减少，能够独立地进行装置的组合，具有较高的可靠性;（2）在信息采集方面，具有广泛性和准确性。在一定程度上可以增强抗干扰能力，大大提高系统采集数据的精度;（3）方便进行维修管理。电气监控主站在结构上的独立，可以为投运和分布调试提供方便，对倒送电的要求进行满足的同时，也为发电厂用电系统的检修、维护和运行提供了便利。
三、系统的组态模式及构建
3.1 组态模式
3 . 1 . 1 集中式监控方式
集中式监控方式的优点是控制站的防护等级低、系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中起来由一个处理器进行处理，处理器的任务会相当繁重，处理速度会受到影响。由于电气设备全部进入监控，伴随着监控对象的大量增加而来的是主机冗余下降、电缆数量巨大、控制面积大。长距离电缆引进的干扰也可能影响系统的可靠性，且大量电缆进入控制室会增加控制室引发火灾的危险。同时，隔离刀闸的操作闭锁以及断路器的联锁采用硬接线方式时，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无法操作。二次接线复杂，查线不方便，增加了维护工作量，在查线或试验过程中，由于接线复杂容易造成误操作。
3. 1 . 2 远程监控方式
远程监控方式具有节省电缆、节省安装费用、节省控制面积、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线（ 如 C A N 总线、LonWorks 等）的通信速度不很高，而电厂电气部分的通讯量相对又比较大，所以近年来，这种监控方式在电厂的小单元系統中应用比较多，但不适合全厂的电气自动化系统构建。
3. 1. 3 现场总线监控方式
目前，由于以太网、现场总线等计算机网络技术已普遍应用于变电站综合自动化系统中，且已积累了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些均为网络控制应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统的设计更加有针对性，可以根据间隔情况进行设计，对于不同的间隔可以有不同的功能。这种方式除具有远程监控方式的全部优点外，还可减少大量的隔离器件、端子柜、I/0卡件、模拟量卡件等，且智能电气设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可节省大量的控制电缆及减少安装维护工程量，从而降低综合成本。另外各装置的功能独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性得到很大提高，任一装置故障仅影响到相对应的元件。因此现场总线监控方式是今后火力发电厂计算机监控系统发展的方向。
3.2 全厂电气监控系统的构建
发电厂电气综合自动化系统按分层（级）分布式多 CPU 的体系结构设计，每一层由不同的设备或不同的子系统组成，完成不同的功能。整个系统的二次设备可分为2层，即站控层、单元层（或称间隔层）。站控层设以太网，供各主机间、监控机与单元层之间交换信息，主要包括主机兼操作员工作站、运行工作站、远动工作站、工程师维护工作站、通信站。主机兼操作员工作站用于完成对下层测控单元的电气运行参数的处理和远程控制工作;运行工作站亦称操作员工作站，主要供运行人员实时监控电厂电气系统的运行工况，自动抄表、小电流接地选线、故障信息管理、设备管理等高级应用软件也可在运行工作站上运行;远动工作站实现监控管理系统和远动中心的远程连接，把电厂电气系统的部分运行信息传送到远动中心，同时接收远动中心传送来的数据，以及实现定值远程管理等功能;工程师维护工作站供维护技术人员进行数据库、界面、报表等的修改维护以及网络监视维护等，同时工程师维护工作站也可作为培训工作站，进行操作流程的预演以及对运行工作人员的培训仿真等;通信站实现与电厂DCS、MIS 或 SIS 等系统的连接，共享信息。
结语：
采用独立的分布式计算机系统对电厂电气部分进行监控是一种经济可行的方案。同时，随着网络技术的不断发展和网络可靠性的不断提高，必将实现电厂电气部分的综合自动化，并最终纳入电厂DCS系统，从而实现全厂信息资源的共享，使整个电力系统的自动化水平跃上一个新的台阶。
参考文献
[1]赵庆明.大型火力发电厂电气自动化监控系统的设计研究[J].中国新技术新产品，2018（07）：19-20.
作者单位：布列斯特国立工业大学