电厂电气监控系统的探讨

2014-12-25梁宇

城市建设理论研究 2014年37期

梁宇

摘要：电厂电气监控系统是确保电厂稳定工作的一项重要措施，其可以使工作人员时刻注意到电厂的异常情况并及时处理。分析了电厂电气监控系统的工作原理、存在的问题、系统的调试情况，总结了电气监控系统的优缺点。

Electrical control system of power plant is to ensure that an important measure ofpower plant steady work, which may be abnormal circumstances make staff timeto notice and timely treatment of power plant. Analysis of power plant electrical control system principle of work, the existing problems, system debugging,summarizes the advantages and disadvantages of electrical control system.

关键词：电厂电气；监控系统；解决方案；ECS；DCS

中图分类号：F407文献标识码： A

一．电厂电气监控系统存在的必要性

随着社会的不断进步与发展，为了适应时代发展的需要，电力行业要不断的进行改革与完善，就当前而言，分散控制系统主要侧重于对机炉的控制，但这种控制存在很大的弊端，已经难以适应时代发展的需要，这种监控系统由于操作起来也比较简单，所反映信息不够全面清晰，严重影响了电气监控的质量，进而影响工作效率。在整个电气监控系统下，电气保护与安全自动装置应该是一个统一的整体，不能独立的被使用进行监控，这样就很容易导致信息传递的不准确性。传统的分散控制系统就是独立的一种装置，只能简单的完成自动励磁节装置及变组保护，却不能提供测量机事故追忆等参数。所以，为了提高电厂电气自动化的管理水平，实现信息的全面自动化，通信技术的管理化，就要不断的引进新的设备，新的知识，技术手段等，只有这样才能推动电厂电气监控系统的发展。

二．电气监控管理系统的构成分析

电气监控管理系统的结构整体上可分以下三层：保护间隔、通信管理和中心监控，从而极大地提高了系统的安全性与可靠性。现将这三层的结构组成及功能分述如下：

2.1 保护间隔层

由于考虑到目前ECMS系统一般为全数字遥控方式，同时考虑到要与DCS的快速信息交换以及需要配备智能保护系统装置这三点因素，因而ECMS的保护间隔层在配置方案上，一般从配置类别、接入方式和构成单元三个方面进行考虑。间隔层设备主要包括微机型保护测控装置和遥控闭锁装置，保护测控装置集保护、测量、开关量采集、断路器控制、故障录波、通讯等功能为一体，采用通讯方式接入DCS系统，在DCS中无需重复设置采集和控制点。

2.2 通信管理层

从ECMS的结构来看，通信管理层是系统的中间层，其主要功能是适配和作接口的用途。功能各异的通信管理机是通信管理层的核心构成内容，完成通信控制和协议转换的功能。因此，对通讯主控单元的硬件方面要求较高，必须具备很高的可靠性和通用性；而在软件方面，则应该具备实时、扩展、通讯功能。厂用段按地理位置划分为多个区域，每个区域就地配置通信管理机和以太网交换机，用于间隔层各种智能设备通信接口和规约转换，保护测控装置优先选用以太网接口。

2.3 中心监控层

在电气监控管理系统结构中，中心监控层发挥着指挥作用，是该系统的核心构成部分。它负责系统的监测、控制、管理功能。该层集中了总服务器、数据库、工作站、通信服务器、相关终端设备等。因而系统结构往往较为复杂，各种设备的配置也由于企业不同的需要而有所差异。监控管理系统采用Client/Server体系结构，支持ODBC和QSL，具有很好的开放性，综合实现对电厂电气系统各信息的分析、处理以及做出反馈、指令完成对电气设备的控制、调节。在中心监控层中，网络采用多并行接口及动态访问技术，极大地提高了设备运行的稳定性和可靠性。

三、电气系统监控范围与职能

1.监测范围

电气设备监控系统由两个主要监测单元组组成：变压器—发电机监测单位监测组和辅助动力装置组。这两个单元组的检测范围还包括功率单元直流系统、UPS和安全的电力系统。

2.单元组功能

变压器—发电机监控单元组根据实际操作水平和设备的可靠性，应设置序列网格间断点，一步一步进行。第一步，由DEH零到额定起升速度。第二步，启动电网，主要完成电网前铸背板保护的相关准备工作，投入灭磁开关等。第三步，DCS将投入AVR，AVR通过整套的发电机升压完成从零到预期电压。第四步，主要工作是完成定子及转子接地的检查，投入ASS自动准同步装置，在同步过程中自动准同期装置DCS控制AVR、DEH，当同步条件都满足时，发电机断路器合闸命令一起同步，发电机的电力负荷达到一定水平之后，DCS将迅速改变高压厂用电系统启动/备用变压器厂，切换到高压力的变化。分离单元操作顺序大致相反：单位正常停运，DCS控制降低机组负荷，当机组负荷下降到一定值时，DCS高压厂用电系统就会快速切换到启动/备用变压器系统供电，当机组负荷继续下降至零，跳主控开关汽轮机主汽阀关闭，发电机励磁跳闸。

四．发电厂电气监控系统发展中存在的问题

4.1 通信问题严重影响信息的传递

从目前的电厂电气系统通信工程施工情况来看，普遍存在着接口不规范，可靠性与实时性差的问题，通信设备的扩展性较差，这都将限制电力监控系统的发展。

首先，电力监控系统对通信联网提出了新的要求。电力监控系统需要通信联网的不同设备厂前端设备多，但是不同的设备生产企业提供的产品差异大，没有统一的规范，导致组网工作量增加，通信接口方式需要在工程现场决定施工方案与通信协议。对一些重要设备或者是进口设备必须采取有偿开放的形式，部分协议需要现场工程师破译，这都对电力监控系统系统的效率发挥造成了一定的影响，为工程的实施带来了阻力。所以，要尽量统一电气设备制造商的通信接口，促进电厂电气监控系统的发展。

其次，提高通信稳定性。与传统的硬接线方式相比，通信方式需要经过很多环节，降低了实时性与可靠性，从实际状况来看，电力监控系统系统的通信情况十分不稳定，中断时有发生，所以，要向实现长远的发展，必须要增强通信的稳定性。

4.2 操作权限存在的问题

通常情况下，由于电力行业的发展还有待于进步与完善，所有大部分的电厂电气设备都是由分散控制系统集中管理进行控制的，电力控制系统只是作为辅助的监控系统，其功能在某种程度上难以发挥出来。此外，在操作的过程中，必须保证在一段时间内按规定完成操作，此时，就要考虑采用闭锁措施来完成。

五.调试过程存在的问题与解决方案

进行电气监控系统性能的测试时我们发现很多问题：在电厂电气监控系统的架构和运行过程中，时常有分散控制系统监控失灵、电磁信号干扰、数据传送丢失等问题产生。对某市电厂发生的各类问题所属类型进行统计，此市一共6家电厂，其中有3家发生过分散控制系统监控失灵情况，有2家发生过信息数据存放丢失情况，有1家发生过电磁干扰情况。对分散控制系统控制而言，在运用分散控制系统技术从事过程控制时，设备的实时情况、整个系统的实时性及可靠性是必须要保障的。为确保设备安全性，系统调试过程中需对设备变压器、进线开关及电动机控制开关等控制设备预先进行调试，防止因设备的意外问题而造成财物、人员伤亡等损失。信息数据的存放问题：电厂电气监控系统设备在与各设备通信过程中会有大量信息数据产生，这些数据要通过ECS技术来完成信息交换，从而进一步由分散控制系统技术对这些数据处理

和分配。电厂电气监控系统的调试当中，这些步骤均具有十分重要的作用，监控系统将信息数据的命令传达给分散控制系统，ECS系统会对多余的数据进行存放。电磁干扰问题：在调试电厂电气监控系统的阶段中所有与总线连接的设备都需要大量具有屏蔽作用的双绞线，所以电磁干扰问题往往会在电气监控系统当中出现。系统调试的过程中，传输数据或者对数据进行互访很可能会对周围其他器件造成大量电磁信号的干扰，全部设备在通电启动后就会成为电磁干扰源，这样会形成相互影响的恶性循环，会最终导致分散控制系统技术出现显示坏点以及在数据传送途中造成数据乱码甚至数据丢失的情况。为确保信号传输的可靠、稳定，需要对传输线缆进行布线线缆的屏蔽层的接地工作，并且线缆过长时还要分段进行接地。

六．电厂电气监控系统的发展趋势

目前，电力监控系统除了采用现有的厂用电监功能向更深层次发展之外，还需要采用发电机、主变压器、SF6断路器等主要设备进行在线诊断，并与之在同一监控平台上工作，条件允许的情况下，可以将NCS系统也纳入电力监控系统这个平台，甚至可以将厂用电的纯电气功能从分散控制系统系统独立出来，也纳入电力监控系统系统监控。

七、电厂电气监控的优缺点

1.优点

（1）系统采用分层分布式结构，结构清晰、灵活，可分阶段实施，易于扩展。现场主要设备简单地通过增加相应智能终端的通信和管理底层系统扩展连接就可以实现。

（2）兼容性。管理或前端机通信管理单元通信提供了各种接口。

2.缺点

（1）采取了很多DCS的I/O点数，投资大、卡件多。

（2）电气保护、测量、开关位置以及其他所需信息检测不完整。

（3）不能达到远程保护信号复位。

（4）模拟直流采样，设备投资高。

（5）电气二次接线复杂，花费了大量的电缆施工和维护的工作量。

（6）所有信息都集中在DCS、DAS系统，系统风险比较大。

（7）无法完成以上操作和管理复杂的电气工作，诸如电力系统运行维护人员的医疗管理、保护设置、事故追忆和其他信息。