電廠電氣管理監(jiān)控系統(tǒng)的構建研究

張小偉 段 偉

（山東電力建設第三工程有限公司，山東 青島 266100）

1 構建ECMS系統(tǒng)

近年來，許多電廠采用了基于現(xiàn)場總線技術的ECMS系統(tǒng)，但由于種種原因，ECS系統(tǒng)未能充分發(fā)揮預期的作用。因此，應當在ECMS系統(tǒng)的基礎上，構建新的ECMS系統(tǒng)（電廠電氣管理監(jiān)控系統(tǒng)）。它不與DCS（機組分散控制系統(tǒng)）通信，保持電氣系統(tǒng)的獨立功能，以便能夠加強電氣系統(tǒng)的應用，另一方面能夠提高電廠自動化運行水平。

1.1 ECMS方案

在機組集控室，為ECS操作員建立操作員站；運用ECMS系統(tǒng)完成對發(fā)電機-變壓器組等電氣設備的監(jiān)督和控制，以確保電氣設備能夠正常、順利地運行，觀測其運行參數(shù)、狀態(tài)信號、保護動作信號和異常運行信號等，對它們的斷路器、隔離開關進行控制；通過DSC對電動機進行控制；通過ECS收集電動機的監(jiān)測管理信息。DCS不與ECS通信，但ECS上要保留DCS的通信接口。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

為完成ECMS方案，可選擇CSPA-2000系統(tǒng)。CSPA-2000系統(tǒng)具有開放式結構，屬于基于現(xiàn)場總線的分布式電氣控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的兼容性高，可以與電廠內(nèi)的生產(chǎn)、管理系統(tǒng)開放連接，提供全面、準確的電氣信息，并對電氣信息進行精細化分析、處理，實現(xiàn)電廠的全面信息化管理。

CSPA-2000系統(tǒng)采用分層分布式結構，包括站控層、分布控制層、間隔層。站控層由系統(tǒng)服務器、操作員站、工程師站、轉發(fā)工作站組成；分布控制層由現(xiàn)場總線與主控單元組成；間隔層連接電源部分與電動機部分，對斷路器、隔離開關進行監(jiān)控，間隔層與站控層是較為獨立的存在。分布控制層與間隔層設備主要是通過分散式配置，能夠更加方便完成設備維護與系統(tǒng)擴展工作。通過該系統(tǒng)，對電廠全部電氣設備進行監(jiān)視，并對電源部分進行控制，但對電動機部分只進行監(jiān)視，不進行控制。

1.2.1 站控層

ECMS系統(tǒng)最重要的管理中心就是站控層，其主要負責收集、處理、顯示、監(jiān)視整個電廠內(nèi)一切電氣設備的數(shù)據(jù)。在完成模擬數(shù)據(jù)收集時，應該對有功、無功、頻率、功率因數(shù)、電流、電壓進行交流采集，對變壓器溫度等非電量數(shù)據(jù)進行直流采集。另外，應該根據(jù)掃描周期定時采集數(shù)據(jù)，并進行轉換、濾波、精度校準、數(shù)據(jù)庫更新；進行數(shù)字量數(shù)據(jù)采集時，要采集斷路器、隔離開心的位置信號、保護動作信號、運行監(jiān)視信號，同樣要根據(jù)掃描周期進行定時采集，若狀態(tài)發(fā)生突變，要進行異常報警。

站控層對DCS與ECS兩個系統(tǒng)完全開放，運行人員通過操作員站監(jiān)控發(fā)電機-變壓器組等一系列電氣設備的運行狀態(tài)，并對電氣設備進行管理、操作；系統(tǒng)服務器是ECMS系統(tǒng)的核心，負責進行高速數(shù)據(jù)采集、掃描、分析、處理，并通過分散控制單元交換數(shù)據(jù)。轉發(fā)工作站則向DCS、MIS、SIS等第三方系統(tǒng)轉發(fā)電量、遙測、遙信，計算量，并實時交換各種信息。

1.2.2 分布控制層

分布控制層具有通信與控制兩種功能，負責站控層與間隔層之間的實時信息交換，并完成與調(diào)度中心的數(shù)據(jù)交換。間隔層與站控層之間采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，以保障信息交換的可靠性、實時性與可維護性。

1.2.3 間隔層

間隔層由智能設備（智能開關保護單元、智能脫扣器等）與各種保護測控裝置（電機保護、饋線保護、變壓器保護、電壓互感測控、分段保護等）組成，負責對電氣設備進行保護、測量、控制，通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡與分布控制層通信。

1.3 現(xiàn)場總線方式

電廠電氣設備數(shù)量多、實時性要求高、范圍廣，為提高數(shù)據(jù)采集、處理效率和ECMS系統(tǒng)的響應速度，采用現(xiàn)場總線方式進行連接。

現(xiàn)場總線方式具有高度的開放性、可互操作性、互用性、適應性與抗干擾能力；現(xiàn)場總線構成的系統(tǒng)結構簡單，同時具有高度的分散性，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 電氣信息化管理

ECMS系統(tǒng)構建完成后，可以搜集大量的電氣信息。據(jù)測算，ECMS采集的數(shù)據(jù)（包括計算信息量、通信信息量等）超過傳統(tǒng)DCS硬接線信息量的10倍（僅一個600MW機組的信息量就可超過26 000點）。因此，可選擇CSPA-2000系統(tǒng)作為電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)處理與電氣信息挖掘。

2.1 數(shù)據(jù)處理

CSPA-2000系統(tǒng)不僅可以采集海量的電氣數(shù)據(jù)，還可在線進行數(shù)據(jù)庫組態(tài)、畫面組態(tài)、邏輯組態(tài)、并進行畫面編輯、顯示（包括電氣設備運行狀態(tài)、頻率、電壓、電流、有功、無功、潮流方向，CSPA-2000系統(tǒng)運行實時工況等），還可根據(jù)工作人員的需要提供年報表、月報表、日報表，計算有功、無功、功率因素、功率總和，統(tǒng)計累積電度量（或進行分時統(tǒng)計）、計算線損管理、統(tǒng)計并計算機組發(fā)電量（包括日、月、年最大值、最小值）。當監(jiān)測到電氣設備運行出現(xiàn)異常時，CSPA-2000系統(tǒng)報警模塊會自動發(fā)出報警；工作人員通過安全管理功能對事故進行處理，處理事故后，CSPA-2000系統(tǒng)還可進行事故追憶，分析事故前后的數(shù)據(jù)記錄。

2.2 保護定值管理與故障信息管理

工作人員可以通過設置保護定值，實現(xiàn)對電氣設備的定值管理。由CSPA-2000系統(tǒng)自動進行定值召喚、定值單元保存、定值區(qū)切換、定值固化、定值下裝。

當電廠電氣設備發(fā)生故障，引起自動保護動作、跳閘時，CSPA-2000系統(tǒng)可以以毫秒為單位把故障點的事件過程記錄、保存下來，向工作人員提供故障發(fā)生的時間、故障發(fā)生時電氣設備的動作狀態(tài)，并對故障錄波進行召喚、存儲、分析。

CSPA-2000系統(tǒng)的事故追憶軟件對電氣系統(tǒng)的重要運行參數(shù)進行著全程監(jiān)視，一旦發(fā)生電氣事故，便會自動保存事故發(fā)生前后的數(shù)據(jù)。工作人員可通過事故追憶軟件對事故的來龍去脈進行詳細分析，尋找事故原因。

2.3 系統(tǒng)在線自診斷

CSPA-2000系統(tǒng)可以對現(xiàn)場總線網(wǎng)絡（通信網(wǎng)絡）、主控單元、機組測控單元、現(xiàn)場保護測控單元、軟件運行狀態(tài)、通信狀態(tài)、配置信息運行狀態(tài)進行在線自診斷；還可以在線診斷系統(tǒng)服務器及各個節(jié)點的進程、配置、通信狀態(tài)，實時監(jiān)控各個主控單元與各個節(jié)點的運行狀態(tài)、雙網(wǎng)狀態(tài)、進程狀態(tài)、CPU使用情況。

2.4 智能報警功能

工作人員可根據(jù)需要，靈活設置CSPA-2000系統(tǒng)的報警等級（可分為預告報警與事故報警），并將每個報警等級具體關聯(lián)到不同的報警類型（預告報警包括一般性設備變位、狀態(tài)異常信號、模擬量越限；事故報警包括斷路器自動跳閘、保護裝置動作信號），最高報警等級（事故報警）要在畫面上進行單獨組態(tài)。CSPA-2000系統(tǒng)還可通過專家知識庫迅速進行篩選、分析，對報警信息進行實時處理，采集其中的關鍵信息，并迅速報告報警信息概要，向工作人員提供故障的準確位置。顯而易見，通過CSPA-2000系統(tǒng)處理報警信息，比人工分析、處理要更為快速、精確。

3 結語

當前，電廠生存面臨很大的壓力。在這種情況下，構建電氣管理監(jiān)控系統(tǒng)，對電廠電氣設備進行信息化管理，可以逐步替代傳統(tǒng)的人工值守，提升電廠的電氣管理水平，保證電廠更加高效的運行。