国电哈尔滨平南热电厂2×330MW新建工程现场总线在厂用电电气监控系统的应用
2009-01-29唐士明
唐士明
摘要针对330MW大型火力发电厂厂用电部分采用电气监控自动化系统(ECMS)的设计优化问题,与传统的电气监控硬接线纳入DCS方案相比较,详细介绍了本系统的设计方案,通过综合技术比较,指出优化后的电气监控系统的功能、系统构成及可行性方案。
关键词热电厂;新建工程;现场总线;ECMS;应用
中图分类号TM621文献标识码A文章编号1673-9671-(2009)112-0017-01
1概述
目前国内外的大型火力发电厂炉、机及辅助设备的检测、控制、调节及联锁保护已全部采用分散控制系统(DCS)来完成,在发电厂DCS系统是电厂自动化的主体,经过多年的推广应用,获得了普遍应用,达到发电厂实用化水平,但DCS系统在发电厂电气部分的监控中,由于牵涉到很多电气系统的自动装置和厂用电的特殊性,往往在实现控制和联锁功能上不够理想。
电气自动化监控系统(ECMS)应运而生,它是为提高发电厂电气系统的自动化、数字化、信息化、可靠性和运行管理水平,应用计算机、测量保护与控制、现场总线及通信技术,实现发电厂电气系统的电气运行、保护、控制、故障信息管理及故障诊断、电气性能优化等功能的分层分布式综合自动化在线监控管理系统。
2常规厂用电气系统进入DCS的方式及特点
按照常规方式,厂用电气设备与分散控制系统系统(DCS)的联系一般采用硬接线方式,该方案具有如下的特点:
1)数据一对一传输,安全可靠,但传输线多,易受干扰影响。DCS系统I/O卡件多,现场开关柜变送器多,设备投资增加。
2)所有I/O量均是通过电缆由开关柜(盘)处连到计算机系统的I/O 柜上,随着DCS采集的数据量的不断增大,电缆的数量不断增多,使电缆通道拥挤不堪。增加了大量的电缆工程量和调试工作量,增大了计算机系统的调试周期及调试难度。
3)由于上述量均是通过电缆由开关柜(盘)处连到计算机系统的I/O柜上,为降低电缆及DCS卡件费用,仅重要的量才能进入计算机系统,计算机系统监测信息不完整,无法及时判断何种保护动作。
4)整个系统由分离装置通过控制电缆构成,系统维护工作量大、易受干扰、系统可靠性差、投资成本高。
5)延长运行人员处理时间,不能实现在工程师站上对电器元件进行管理维护,给电厂运行维护造成不便。
6)由于上述量均是通过硬接线由开关柜(盘)处连到DCS的I/O柜上,调试均集中到最后DCS系统的调试上。而DCS设备一般是电厂最后订货的设备,其调试一般是最后进行,且调试工作量也是电厂控制系统最大的,调试时间要求也很紧。由开关柜(盘)处连到DCS的这些量的调试必然增加最后DCS的调试周期,增加调试难度。
7)由于倒送厂用电,要求发电厂厂用电源系统通常在DCS未调试之前投入运行,即要求厂用电系统及其控制能提前进行调试并投运,此种接入方式通常无法满足此要求。
8)DCS通常都是由电厂的热工人员进行日常的维护,如果采用这种接入方式,使厂用电控制系统不利于电气检修人员的管理。
3厂用电监控管理系统的应用可行性
80年代中期以来,为适应现场总线技术的发展趋势,世界上各电气制造商纷纷推出智能化电气前端产品。这些智能化的前端产品为利用通讯技术构成现场总线网络创造了条件,同时计算机控制和网络通讯技术在变电站综合自动化系统上的成熟应用,也使现场总线技术应用到电厂厂用电监控系统变得可行。
厂用电系统采用全计算机控制、CRT监视,全面按功能分散和物理分散的原则进行设计,有利于电厂的安全高效运行及管理,提高全厂综合自动化水平,与“数字化”电厂的要求相适应,实现全厂监控和信息系统网络化。
4厂用电监控管理系统的结构和功能
厂用电监测管理系统采用分散式就地安装的集保护、测量、控制、通信于一体的智能前端设备,采用冗余的现场总线网络将前端电气智能设备、自动装置的通信接口连接起来构成电气实时控制层网络;数据库服务器、电气操作员兼工程师站组成以太网,构成电气监控层网络;处于中间的通讯管理机与下层的控制网络和上层的监控网络连接,构成通讯管理层。同时厂用电监测管理系统还可以通过通讯接口接入DCS系统。
该系统的优点是:与DCS系统间通过100M工业以太网络连接,可省却与DCS控制器的多个联络通讯接口的设计,根据工艺系统的具体控制要求上传DCS监视必要的电气信息量。
电气工作站除实现画面显示、报表生成、打印、人机接口、事件记录、报警、事故追忆、分析、系统维护等功能外,还可以充分利用电气系统联网后信息全面的优势避免了电气信息孤岛的出现,加强电气信息的有效应用,完成较为复杂的电气运行管理工作,如实现自动抄表、故障信息管理、设备管理、定值整定等高级应用功能。
5国电哈尔滨平南热电厂厂用电监控管理系统的初步配置
本期工程新建2×330MW供热机组,每台机组设一套电气综合监控系统(ECMS),具体介绍如下:
本方案的系统采用可靠的分布式结构设计,为保证系统的可靠性,系统结构分为三层,即间隔层,通信层和站控层。
间隔层负责各间隔的就地控制,间隔层的设备主要由6kV综合保护测控装置、400V智能型电动机控保装置、400V馈线综合保护测控装置、微机自动准同期装置ASS、微机自动励磁调节装置AVR、微机厂用电源快速切换装置、微机直流电源系统监控装置、微机发变组保护装置、故障录波器、微机起动/备用变压器保护装置等。间隔层的设备6kV和400V综合保护测控装置安装于开关柜内,采用高速现场总线(CAN、LANWORKS、PROFIBUS可选)与通信层的通讯管理机通信。
通信层(通信管理机,通信网络等)主要由工业级嵌入式控制器-通讯管理机组成。硬件上采用通信模块化设计,可同时支持多种类型的通信口,包括以太网、串行通信口、CAN、LANWORKS、PROFIBUS等现场总线接口等。软件上采用规约库,支持各种国际通用的网络通讯协议。用以实现间隔层设备和站控层设备的“上传下发”,并监视和管理各测控单元等设备。通信管理机根据监控对象设置,布置于各机组电气继电器室。
站控层是ECMS系统管理的核心,对间隔层装置采集并通过通信层上传的信息进行处理,具有显示、对时、打印、控制操作、报表生成、系统自诊断/自恢复、数据库管理等功能。
系统的特点是采用“硬接线+通讯”的方式接入DCS,是目前国内大多数工程采用的ECMS模式。主厂房6kV开关柜、400/230V PC、MCC各段中各个回路的I/O控制信息,保护定值,测量量等,由各个回路的保护测控装置通过总线方式进入电气ECMS系统的通讯管理机 ,但对于参加工艺系统控制的、有严格逻辑联锁和高适时性要求的厂用电源及高、低压电动机,为了机组安全运行及停机考虑,保留了与DCS的硬接线启停控制和几个关键信号的硬接线。对于电气其余的自动装置如:微机自动准同期装置ASS、微机自动励磁调节装置AVR、微机厂用电源快速切换装置、微机直流电源系统监控装置、微机发变组保护装置、故障录波器、微机起动/备用变压器保护装置等,则专门设置机组通讯管理机,将这些自动装置的大量信息通过较为通用的RS485通讯方式进入ECMS控制系统。
为机组安全考虑,所有厂用电源部分及电动机控制仍沿用DCS I/O单通道硬接线方式及ECMS的高速现场总线方式(双通道) 两种方式,两种控制方式要有明显的操作闭锁。
6技术与经济比较
6.1厂用电系统纳入DCS的二种模式技术比较
6.2技术分析
国电哈尔滨平南热电厂采用保留关键硬接线型方案比常规接入DCS(电气信息全部采用硬接线)控制方案时,全厂的DCS中电气I/O点数节省大约1200点(包括电动机)。虽然全通讯方案较保留关键硬接线的方案更加彻底,减少的DCS I/O点数也更多,但是由于运行经验极少,还有待进一步完善。同时总线可采集的信息量为:模拟量AI:1400点;DI/DO约8700点,总共约10100点。
7结论
国电哈尔滨平南热电厂采用厂用电监测管理系统,不仅能节约投资,更主要的是使全厂的电气控制的自动化程度和管理水平提高到一个更高的层次。采用保留关键点硬接线且与通讯相结合的厂用电监测管理系统进行控制和监测的方式,不仅在运行时与以往硬接线方式差别小,符合传统运行习惯,容易掌握,而且可以减少大量的检修及维护量,精简了电气维护人员的数量,节省大量计算机电缆及电缆桥架等直接投资。