廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS）在應(yīng)用中的典型問題及處理對(duì)策

高婷婷，高利平

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，單臺(tái)機(jī)組容量越來越大，智能化、自動(dòng)化、一體化運(yùn)行已成為火電廠系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。其中廠用電監(jiān)控系統(tǒng)是火電廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。目前多數(shù)電廠都設(shè)計(jì)有鍋爐、汽機(jī)及輔助廠房自動(dòng)化控制的分布式集散控制系統(tǒng)（簡稱DCS），但DCS無法實(shí)現(xiàn)事故記錄查詢、歷史曲線查看、保護(hù)定值的調(diào)閱與修改、錄波文件的簡單分析、五防閉鎖等比較復(fù)雜的綜合管理工作[1]。神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司2×1000 MW工程采用新型廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（簡稱ECMS），部分或全部取消了傳統(tǒng)的變送器、儀表等設(shè)備，減少了傳統(tǒng)DCS的I/O卡件、信號(hào)電纜與敷設(shè)電纜用的橋架，同時(shí)也減少了設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)的工作量，節(jié)省了投資，提高了整個(gè)發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和可靠性。本文介紹了神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司ECMS的建設(shè)概況及特點(diǎn)，重點(diǎn)針對(duì)系統(tǒng)調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，提出防范措施和解決方案。

1 廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（Electrical Control and Management System，簡稱 ECMS）建設(shè)

神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司2×1 000 MW機(jī)組工程設(shè)置廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS）對(duì)全廠電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控范圍主要包括：高壓廠用工作及備用電源、主廠房內(nèi)低壓廠用電源、輔助車間低壓廠用電源、PC至MCC饋線、保安電源、直流系統(tǒng)（僅監(jiān)測）、交流不停電電源（僅監(jiān)測）等。對(duì)于發(fā)變組，正常由ECMS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，其余DCS的少量聯(lián)鎖信號(hào)采用硬接線，其它所有電氣監(jiān)控信號(hào)經(jīng)測控裝置以通信方式送入ECMS系統(tǒng)；對(duì)于高低廠用電源系統(tǒng)，所有電氣量全部采用通信方式接入ECMS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，取消所有硬接線。對(duì)機(jī)爐電動(dòng)機(jī)，與機(jī)、爐邏輯有關(guān)的信息采用硬接線接入DCS監(jiān)控，其它電氣管理信息則通過現(xiàn)場總線接入ECMS.

神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司ECMS模式圖如圖1所示。

圖1 神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司ECMS模式圖

ECMS與DCS相互獨(dú)立，電源負(fù)荷由ECMS監(jiān)視及控制，電機(jī)類負(fù)荷由DCS控制。發(fā)電機(jī)-變壓器組、高低壓廠用電源等電氣設(shè)備的控制、監(jiān)視和管理由ECMS實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)的監(jiān)測管理信息進(jìn)入ECMS，但電動(dòng)機(jī)的控制仍由DCS實(shí)現(xiàn)，DCS對(duì)電源負(fù)荷只監(jiān)視不控制。在集控室中獨(dú)立配置DCS、ECMS的操作員站，兩個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立。通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、電氣操作員、通信管理單元和分散在就地的電氣智能裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)設(shè)備的電氣量的測量、監(jiān)視告警、遠(yuǎn)方控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、定值整定等功能。

ECMS采用北京四方CSPA-2000型系統(tǒng)，在系統(tǒng)組網(wǎng)上采用典型的三層結(jié)構(gòu)：站控層、分布控制層、間隔層。基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的ECMS組網(wǎng)圖如圖2所示。

圖2 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的ECMS組網(wǎng)圖

在ECMS中，站控層屬于系統(tǒng)控制管理的核心，完成了系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的分析與處理工作。同時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要，將一些關(guān)鍵數(shù)字、控制模塊顯示到各監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。站控層配置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、電氣操作員站、電氣工程師站等，采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)行可靠性。

分布控制層作為間隔層與站控層的紐帶，主要進(jìn)行規(guī)約及通訊方式的轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)進(jìn)行信息交換。為了減輕站控層中的服務(wù)器的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)將電源部分控制邏輯納入分布控制層。IEC61850通信規(guī)約在變電站中應(yīng)用較為廣泛，目前隨著發(fā)電廠自動(dòng)化發(fā)展的需要，已逐步在發(fā)電廠中大力推廣使用。

間隔層由各種智能電子裝置（IED）組成，利用電流互感器、電壓互感器、變送器、繼電器等設(shè)備獲取各一次設(shè)備的運(yùn)行信息，如電流、電壓、功率、壓力、溫度等模擬量信息以及斷路器、隔離開關(guān)等的位置狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制和保護(hù)，最后通過總線通訊、以太網(wǎng)通訊等形式將數(shù)據(jù)上傳給站控層。

2 廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS）的特點(diǎn)

ECMS投資建設(shè)成本低。首先，較傳統(tǒng)的硬接線方式，節(jié)約了大量的電纜，電纜通道等投入。其次，較傳統(tǒng)的DCS控制，省去了大量的控制柜、端子柜、減少了DCS電子間的占地面積[2]。最后，調(diào)試工作較為方便，可實(shí)現(xiàn)模塊化調(diào)試，調(diào)試好一臺(tái)設(shè)備后，可通過簡單修改通訊地址完成對(duì)剩余同型設(shè)備的調(diào)試工作。

ECMS運(yùn)行更為穩(wěn)定。首先，因采用雙網(wǎng)冗余運(yùn)行，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。如果發(fā)生單網(wǎng)中斷等異常，另一網(wǎng)絡(luò)可以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，有充足的時(shí)間處理異常。其次，因采用了IEC61850通訊方式，大幅降低了傳統(tǒng)硬接線通訊方式中出現(xiàn)的干擾異常狀況，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

ECMS功能更完善。首先，間隔層智能電子設(shè)備采集數(shù)據(jù)量十分龐大，每臺(tái)設(shè)備約能采集各類數(shù)據(jù)四百多項(xiàng)。通過采用IEC61850通訊標(biāo)準(zhǔn)，可以準(zhǔn)確傳送數(shù)據(jù)，并通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備劣化趨勢、發(fā)生事故后準(zhǔn)確定性，同型設(shè)備能耗對(duì)標(biāo)等。其次，可實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，按要求形成各類報(bào)表，使得設(shè)備管理更加規(guī)范。并且，系統(tǒng)更加人性化、便于維護(hù)和升級(jí)，可以在現(xiàn)有模塊的基礎(chǔ)上方便地接入新設(shè)備。

3 ECMS系統(tǒng)調(diào)試期的典型問題

ECMS采用現(xiàn)場組態(tài)的方式，整套系統(tǒng)的組態(tài)與調(diào)試同步進(jìn)行，在調(diào)試過程中難免出現(xiàn)問題。

典型問題一：通訊異常類問題。ECMS在系統(tǒng)調(diào)試期，出現(xiàn)過每間隔一段時(shí)間發(fā)生通訊異常，失去監(jiān)控的問題。

通訊故障畫面如圖3所示。

圖3 IEC61850通信測試窗口

經(jīng)分析診斷，主要原因如下：

1）服務(wù)器通訊參數(shù)配置不合理，造成與現(xiàn)場設(shè)備無法通訊或者頻繁報(bào)通訊中斷；

2）因?yàn)橥ㄓ嵕€接線不良，造成不能正常通訊；

3）因?yàn)榫偷卦O(shè)備通訊參數(shù)配置不合理，造成與服務(wù)器無法通訊；

4）因?yàn)椴捎貌煌瑥S家設(shè)備，通訊協(xié)議匹配不良，造成不能正常通訊。

針對(duì)該類問題，調(diào)整了兩臺(tái)服務(wù)器的通訊進(jìn)程許可配置，確保了一臺(tái)服務(wù)器工作時(shí)，另一臺(tái)服務(wù)器處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生通訊異常時(shí)，備用服務(wù)器可以發(fā)揮通訊作用。修改400V綜合保護(hù)測控裝置CSC-831的數(shù)據(jù)上傳方式，重新啟動(dòng)主/備服務(wù)器的IEC61850通訊模塊，然后將400V綜合保護(hù)測控裝置CSC-831及主控單元CSC861F斷電重啟。

經(jīng)過上述處理后，ECMS通訊中斷現(xiàn)象未再發(fā)生，數(shù)據(jù)庫遙信數(shù)據(jù)及遙信光字牌刷新正常。

典型問題二：畫面顯示異常類問題。產(chǎn)生原因如下：

1）畫面中各開關(guān)元件無雙重編碼顯示；

2）操作執(zhí)行時(shí)，如果發(fā)生執(zhí)行異常，不能報(bào)出異常原因窗口；

3）畫面顯示關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫錯(cuò)誤，造成畫面顯示異常。

針對(duì)該類問題，對(duì)畫面中各開關(guān)元件增設(shè)雙重編碼，并能實(shí)現(xiàn)飄窗顯示。在操作界面增加操作異常彈出窗口，并在窗口顯示簡要的異常原因，提示操作人員故障點(diǎn)，便于故障的排除。認(rèn)真匹配數(shù)據(jù)庫與畫面鏈接并逐一測試，確保關(guān)聯(lián)的正確性。

經(jīng)過上述處理后，ECMS畫面顯示異常類問題未再發(fā)生。

4 結(jié)論

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的ECMS，除少部分電動(dòng)機(jī)外，各電氣設(shè)備及系統(tǒng)最大限度地實(shí)現(xiàn)了ECMS控制。該模式節(jié)省大量I/O卡件和電纜，降低了設(shè)備投資成本，節(jié)省了廠房占地空間，顯著提高了火電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化水平及信息管理水平[3]。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，ECMS的軟硬件功能不斷完善，廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的功能必將更加可靠、完善，保障火電廠的自動(dòng)化運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)的可靠性。

[1]陳麗琳，趙燕茹．廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的技術(shù)比較[J]．電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，12（26）：45-48．

[2]李曉波.關(guān)于火力發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS）的幾點(diǎn)說明[J].電氣設(shè)計(jì)技術(shù)，2009，8（2）：33-36.

[3]孫 敏．基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的ECMS技術(shù)在海門電廠的應(yīng)用研究與實(shí)現(xiàn)[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（16）：148-151.