華能銅川電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)分析

張學峰，王小輝

(華能銅川電廠，陜西 銅川 727100)

0 引言

隨著電力市場發(fā)展改革和發(fā)電企業(yè)間競爭的日益激烈，火電廠指標考核及日常電能量統(tǒng)計、平衡率計算、節(jié)能監(jiān)督等對設備運行參數(shù)電量信息需求大增，而通過硬接點與分散控制系統(tǒng)(DCS)進行有限的控制和信號交換，不能完整反映廠用電氣系統(tǒng)的定值整定、電量和潮流等電氣運行參數(shù)，更不可能通過深層次的數(shù)據(jù)挖掘提高廠用電氣系統(tǒng)的運行維護管理水平。在火電廠建立一套穩(wěn)定、可靠的廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)(ECS)已成為一種趨勢。

1 廠用ECS的結構及組網(wǎng)配置

華能銅川電廠采用ECStar－6000廠用ECS，該系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線結構，將廠用電氣系統(tǒng)各綜合保護、測控設備連接成電氣監(jiān)控網(wǎng)絡，應用計算機、測量保護與控制及通信技術，實現(xiàn)了廠用電氣系統(tǒng)的電氣運行、保護、控制、故障信息管理及故障診斷。一方面可以通過接口機接入DCS，完成必要的控制功能及相關數(shù)據(jù)的交換;另一方面，通過網(wǎng)關接口機接入電氣主站系統(tǒng)，充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后信息全面的優(yōu)勢，加強電氣信息的應用，完成復雜的電氣運行維護管理工作，實現(xiàn)廠用電系統(tǒng)綜合自動化，并實現(xiàn)與發(fā)電廠管理信息系統(tǒng)(MIS)和廠級監(jiān)控系統(tǒng)(SIS)的無縫連接。

1.1 系統(tǒng)結構

為使廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)結構和功能清晰，達到最優(yōu)的性價比，2臺機組配置1套 ECStar－6000系統(tǒng)，公用段及輔助廠房設備通過網(wǎng)絡交換機分別接入機組的ECStar－6000系統(tǒng);該系統(tǒng)采用了先進的分層分布式結構，分為上位機系統(tǒng)監(jiān)控層、通信管理層及現(xiàn)場保護測控單元層3層。

1.1.1 現(xiàn)場保護測控層

保護測控層由眾多的保護和自動裝置構成，具有測量、控制、保護、信號、通信等功能。該層主要包括400V系統(tǒng)的 LPC1(2)－580進/出線、LPC2－530電動機保護綜合保護裝置、空冷MM440變頻器及6 kV系統(tǒng)的TOP系列保護裝置、備自投裝置等，各保護測控裝置通過屏蔽雙絞線接入通訊管理機，當開關柜室距離監(jiān)控層超過1000 m時，通信介質(zhì)需要更換為光纜。

1.1.2 通信管理層

通信管理層由DCAP－400M(C)系列通信管理機組成，每個通信管理機按電氣主接線方式接帶一個PC段，可支持多種類型的通信口，包括以太網(wǎng)、串行通信口等，軟件上采用規(guī)約庫，支持MODBUS、標準網(wǎng)絡協(xié)議(TCP/IP)等。400 V PC段LPC系列綜合保護裝置等現(xiàn)場層測控單元組網(wǎng)采用單(雙)網(wǎng)RS485總線結構，通信協(xié)議采用MODBUS規(guī)約，空冷段西門子MM440變頻器通信規(guī)約采用USS協(xié)議，6 kV綜保裝置的通信采用雙CAN網(wǎng)通訊。

1.1.3 系統(tǒng)監(jiān)控層

2臺機組配置2臺電氣維護工作站和2臺系統(tǒng)服務器，對2臺機組的全部電氣設備信息量進行監(jiān)測和控制。后臺監(jiān)控層供運行維護人員日常維護及監(jiān)視，可安裝于集控室或工程師室;配置1臺網(wǎng)關機用于與SIS和MIS進通信，暫時預留RS485接口接入DCS的DPU(需要DCS支持)。

1.2 廠用電系統(tǒng)組網(wǎng)方案

鑒于ECStar－6000系統(tǒng)現(xiàn)場保護測控層裝置數(shù)量眾多，為保證系統(tǒng)的實時性和可靠性，根據(jù)廠用電系統(tǒng)主接線分段對各種測控、保護設備進行分組，通過現(xiàn)場總線分別組網(wǎng)至對應的通信主控單元DCAP－400M(C)。通信主控單元通過RS485接口接至各段母線的保護測控層裝置，通過100 M以太網(wǎng)接入后臺監(jiān)控層，采用雙網(wǎng)連接、雙網(wǎng)無縫切換。400 V系統(tǒng)LPC系列采用485通信，單雙網(wǎng)結合，當輔助廠房離監(jiān)控層超過1000 m時，需要采用光纖轉換。6 kV系統(tǒng)TOP系列綜合保換裝置采用雙CAN網(wǎng)，充分利用光纖通道，一臺機組6 kV工作A，B段和公用段接入的3個通信管理共享網(wǎng)絡交換機和光纖通道，另外一路光纖備用，達到省網(wǎng)、冗余、可靠的目的。

此方案具有簡單實用、現(xiàn)場總線布線容易、間隔分明，便于維護的優(yōu)點，缺點是與DCS工藝流程控制關聯(lián)不大，無法與DCS的DPU進行一對一通信，與DCS交換數(shù)據(jù)的速度受到制約。

2 ECS的應用和管理效益

ECS將正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量和電廠的生產(chǎn)技術管理有機地融合在一起，通過準確、實時的數(shù)據(jù)和信息，運行人員可以直觀地監(jiān)視全廠任何電氣設備的運行情況，方便地控制計劃停電、送電，實現(xiàn)總體控制。通過系統(tǒng)內(nèi)各類常規(guī)和特制報表、分析曲線，專工可制訂保養(yǎng)、檢修、整改計劃，管理者可根據(jù)詳細的電量統(tǒng)計報表核算、控制生產(chǎn)成本，檢修人員可根據(jù)畫面的預警提示有針對性地對設備進行保養(yǎng)、檢修，在不增加人員成本的基礎上，大大提升管理水平。在華能銅川電廠的實際應用中，ECS的功能得到了良好發(fā)揮，取得了理想的效果。

(1)火電廠對繼電保護定值管理要求嚴格，絕不允許出現(xiàn)現(xiàn)場保護裝置定值設置與定值單不符而造成保護誤動、拒動的事故發(fā)生，但對于成百上千臺的裝置，在每次調(diào)試、檢修結束后，都有可能因遺漏、出錯而造成不可想象的事故。ECS的定值管理功能可遠方直接查看、修改定值，每次檢修前后對定值進行召喚在線核對，節(jié)省了大量的時間和精力，可將人為輸錯的幾率降為0并保存為定值檔案文件，下次定值變動后可直接下傳至裝置，這種功能對繼電保護人員來說非常實用。

(2)事故分析的實用性。該系統(tǒng)報警信息相當詳盡全面，一般故障處理根據(jù)后臺管理機的報警信息均可很快確定故障點。華能銅川電廠新加的D儀用空氣壓縮機投運后，頻繁出現(xiàn)合閘不可靠的現(xiàn)象，幾次都未能徹底查明原因，在ECS后臺調(diào)取的控制報告中發(fā)現(xiàn)，熱控合閘指令和空氣壓縮機分閘指令在同一時間出現(xiàn)，最終找到了回路設計缺陷。在事故跳閘中，根據(jù)電氣接線分段、時間調(diào)取動作報警等報告，可迅速判斷首出原因，為事故處理爭取了寶貴時間、提供了準確信息，在事故分析中充當了有力的工具。

(3)數(shù)據(jù)采集和報表管理功能強大。該電廠6 kV電壓等級系統(tǒng)利用珠海某公司生產(chǎn)的TOP系列綜合保護測控裝置本身的測量計量功能或轉接電度表的脈沖信號，在監(jiān)控主站進行電量的在線統(tǒng)計生成日報表、月報表、不平衡率報表及特殊要求的報表(如非生產(chǎn)用電量)等，可實現(xiàn)專用的廠用電抄表系統(tǒng)的所有功能。遺憾的是，其記錄電量時間的最小間隔為5 min，不能作為故障分析的依據(jù)。但是特殊時段的報表功能完全可以反映所需電量信息，比如電除塵斷電振打、電動給水泵變頻器等進行技術改造后，通過后臺報表和實時電量顯示可明顯發(fā)現(xiàn)電流、功率因數(shù)、電度等電量指標下降，運行人員通過改變運行方式，可實時觀察電量信息并可根據(jù)需要調(diào)取歷史數(shù)據(jù)進行特殊要求的報表編制，通過對數(shù)據(jù)的深度發(fā)掘提高生產(chǎn)管理水平。

(4)在電廠大、小修中，需要對各種開關設備進行調(diào)試傳動，而實際中很多負荷的分、合閘邏輯條件由于檢修狀態(tài)并不滿足，大量條件需要熱工人員進行強制，極易造成誤強制或遺漏恢復，而利用ECS強大的通信控制功能，可遠方直接通過通信指令讓開關分、合，節(jié)省了大量的時間和工作，這點對于時間緊、任務重的檢修工作非常重要。

(5)GPS對時功能很實用。為方便運行方式調(diào)整、動作故障情況分析，電廠內(nèi)電氣系統(tǒng)與DCS時間以及現(xiàn)場各運行設備的時間需要保持一致?，F(xiàn)場成百上千裝置的時間設置不僅繁多，而且不能達到完全同步的狀態(tài)，分析事故時不能按時間先后順序分析各現(xiàn)象，給事故處理帶來不便。GPS發(fā)出的對時命令及同步脈沖信號接入DCAP－4000M主控單元的時鐘管理模塊，再由主控單元通過以太網(wǎng)同步ECS上位機時鐘并通過現(xiàn)場總線向保護測控層廣播時間，同時向各保護測控裝置驅(qū)動轉發(fā)同步脈沖信號，現(xiàn)場裝置只要設置好通信地址、協(xié)議等參數(shù)，裝置時間會自動與系統(tǒng)同步，簡單實用。

(6)設備管理臺賬?；痣姀S的大/小修、臨檢等設備維護后的臺賬必須及時、準確歸檔，而每次檢修任務重、時間緊，對廠用電系統(tǒng)繁多的設備根本無力做得很精細，而采用ECS后可利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢上傳給MIS臺賬，設備動作報警檢修信息可通過保存在歷史庫的方式定期調(diào)取、存檔，省去了大量的人力并可實現(xiàn)無紙化辦公，節(jié)省了材料費用，而且清晰、準確，不會遺漏。

3 廠用ECS運行中存在的一些問題

(1)由于485屏蔽雙絞線傳輸距離較近，對于輔助廠房和主廠房6 kV段的通信需要鋪設光纖，造價較高。系統(tǒng)屏內(nèi)的光電轉換器過于集中，散熱差，光電轉換器容易燒壞。

(2)廠用綜合保換設備繁多，同一主控單元帶太多負載時容易死機，造成通信中斷，穩(wěn)定性較差。

(3)與其他廠家綜合保測控裝置通信組網(wǎng)，需要溝通通信協(xié)議組態(tài)等，通用性不強。

(4)硬件平臺較低，穩(wěn)定性較差，出現(xiàn)過主機風扇不轉而導致系統(tǒng)死機的現(xiàn)象。

4 結束語

ECStar－6000廠用 ECS功能全面、實用，使電廠生產(chǎn)管理中的很多難題得到輕松解決，節(jié)省了控制系統(tǒng)、信號電纜等方面的投資，經(jīng)濟效益良好。

［1］陽憲惠.現(xiàn)場總線技術及其應用［M］.北京:清華大學出版社，1999.

［2］陳麗琳，趙燕茹.廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的技術比較［J］.電力自動化設備，2006，26(12):59 －63.

［3］馮偉江，黃健.國內(nèi)火電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的應用和發(fā)展方向［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2006，34(15):48 －52.