论电气系统的综合自动化

陈安利

摘 要：电力系统的综合自动化技术一直是电力各个部门着力研究的问题，符合电力系统发展的迫切需要。发电厂作为电力系统的枢纽部门，自动化技术更是在里面扮演了重要的角色。文章概述了自动控制系统的发展过程及相关研究状况，比较了各种自动控制模式的优劣；讨论了建立在微机保护系统和电

1 自动控制系统简介

自动控制系统主要有集中监控方式、远程监控方式和现场总线监控方式以对系统进行控制。此三种方式各有其优点，在系统设计时可根据实际情况灵活选用。

1.1 集中监控

集中式，顾名思义，其突出特征是用一个处理器集中处理系统的各项功能。这种监控方式方便运行维护，对于控制站的防护要求少，容易做系统设计。然而在集中式的模式下，处理器往往负担着相当繁重的任务，其处理的速度受到很大的影响。当开始监控全部电气设备后，由于监控对象的大量增加，将导致电缆数量增加、主机冗余下降和投资加大；而长距离电缆将会引入干扰，也会导致系统的可靠性受到影响。

1.2 远程监控

远程控制装置在最早研发的一批自动化系统中占有重要地位。远程控制装置的主体部分是模拟电路，组成部件有电话继电器和电子管等分立元件。在这一阶段中，自动控制系统还不依靠软件，主要是依靠硬件来实现。而由硬件来完成数据收集和判断是无法很好地完成自动控制和远程调解的作用的。

1.3 现场总线监控

这是后期发展起来的一种监控方式，使得系统设计能够更有针对性，间隔不同功能不同。这使得我们根据间隔的情况，把握实际需求来进行设计。这种特性使得现场总线监控方式具有远程监控的全部优点而且所需隔离设备、I/O卡件、端子柜和模拟量变送器等的数目大大减少。

不仅如此，可以做到智能设备的就地安装，而且可以用通信线将智能设备与监控系统连接，这样做无疑节省了大量的控制电缆，从而节约了很多投资和安装维护工作量，也就是降低了成本。

2 综合自动化监控系统的应用

2.1 现有模式的介绍

2.1.1 集中模式

即为传统的硬接线方式：

①转变强电信号为弱电信号；

②采用标准直流信号（4mA～20mA）和空接点方式；

③通过电缆硬接线将电气模拟量和开关量信号一对一接至DCS的I/O模件柜；

④在DSC中进行组态以实现对电气设备的监控。

2.1.2 分布式设计

按功能模块分布实施，结构：采用主从CPU协同工作通过串行方式或网络技术来实现各功能模块间的数据通信。

2.1.3 分层分布式模式

分层指的是将ECS从逻辑上划分为三层：间隔层（终端保护测控单元）、通信层（由电缆108网络或光纤和通信管理机构成）和站级监控层。分布指的是设计间隔层时利用面向电气一次回路或电气间隔的方法以到达将保护单元和测控单元就地分布安装。

在监控过程中，通信网络使得站级监控层能够管理间隔层和进行信息交换。

2.2 三种模式评估

集中方式有着便于管理、设备运行环境好、响应速度快的优点，所以在小型电力系统中仍旧有着重要的作用。而在大型电力系统中采用集中模式管理将造成电缆铺设的难题，引进长距离电缆也往往会引进干扰，故不常使用。

分布式具有便于系统扩展和维修的特点，但占地较大，常用于中低压变电站。分层分布式模式是“面向对象”设计的，是前面两种模式的改进和提升，在降低成本和增强抗干扰方面有很大的优势。其工作原理方便系统进行扩展，各个部分相对独立而便于维修、分布调试和投运。特点是功能分散，管理集中。得到了广泛应用。

2.3 综合自动化技术的发展展望

我国电力系统的综合自动技术与国外相比具有起步晚、技术含量低、自主研发少等劣势，而且国外的电力系统标准与我国有很大的出入。

这就需要我们根据我国的实际情况，钻研和借鉴国外先进技术，以开发出符合我国国情、有利于社会主义建设、高技术低消耗的综合自动化系统。随着科学技术的发展和社会对电力系统运行要求的提高，以后自动化控制技术将会沿着以下的方向发展：

①保护、测量和控制做到一体化，进一步提高其工程实用性，方便用户；

②国家标准的进一步规范；

③现场总线技术将会结合工业过程应用，掀起以以太网为核心的技术革新。

同时，可以预见到新技术和新理论的应用必然导致一些概念重新定义和引入，那么或许到那时那些传统的技术界线将不再明确，原本被看做不相关联的技术将渗透、融合来解决旧的问题、应付新的局面，到时又会出现什么方法来改进综合自动化技术呢？我们拭目以待。

3 如何搭建分层分布式监控系统

以下以发电厂综合自动化系统的搭建为例，其他的电气系统可借鉴和搬用这种方法来研制综合自动化系统。

一般的发电厂综合自动化系统的层次结构模型分为六个层面，依次是管理决策层、监控分析层、机组控制层、功能群控层和现场控制层。按照功能分，此六层又构成了四个系统，分别为管理信息系统——管理和决策，动态监控系统——监控管理、实时生产调度，自动化系统——自动控制、保护报警，网络与数据库系统——存储各项数据、生成报表、为个系统间进行通讯和协调，是综合自动化系统的骨架和枢纽。

一般综合自动化系统需实现以下功能：

①微机保护，包括电动机保护、电压切换装置、变压器保护、线路保护、母联保护等，使系统安全运行的关键；

②数据采集，保证了系统的可靠性；

③数据处理和挖掘；

④统计报表；

⑤一次图显示；

⑥系统自诊断，计算机监控系统和分布式控制箱要能够在线自诊断和报警；

⑦遥控操作；

⑧数据集成；

⑨通讯平台，建设一个稳定高效而又安全可靠的系统通讯平台才能完成信息的集成。

3.1 设计准备

上面的层次化结构模型是以监控分析管理和过程控制为主，发电厂应根据现有的综合自动化系统架构进行参阅、分析和比较，结合本厂的实际需求，在已有的电气设备分布结构的基础上来设计和研制用分层分布式结构实现的综合自动化控制系统。

可根据实际需求分层，按照通讯顺序和信号发送，可分为站控层（管理数据库，发出指令）、间隔层（数据通信）和现场层（数据通信）。

3.2 系统设计

采用面向对象的程序设计方法，层次化的结构来设计应用支撑平台。平台建立的质量对于防止误判断和误操作，提高现场管理水平、实现数据资源共享和减少设备停电和检修时间等具有重要的意义。

通过此平台的建立，我们可以减少企业人力物力的投入，能够深入分析和研究重要模块如操作票、数据展现、数据采集与发布等的实现技术。

3.3 研究数据库体系

建立面向对象的、以数据一致性、可靠性、事实性和共享性为原则的高性能多层分布式数据库体系。改体系应涵盖数据管理、数据安全性和数据查询等方面的实现。以保证企业信息交换的安全和速度。在实际操作中可利用已有的自动系统的信息，将其集成起来，以降低成本。

3.4 搭建网络平台和和硬件平台

硬件平台由微机保护系统和电力参数测控系统组成，确保系统的稳定性、快速性和准确性；网络平台选用相关总线技术和通讯规约，保证数据的快速、准确地安全传输。

在整个搭建过程中一定要符合相关规范，尽可能地优化设计，建设自动化程度高且快速响应的可靠系统，才能方便以后的运行和维护，发挥其操作简单和可扩展性强的特点。

4 结 语

电力系统的综合自动化技术一直是电力各个部门着力研究的问题，符合电力系统发展的迫切需要。发电厂作为电力系统的枢纽部门，自动化技术更是在里面扮演了重要的角色。只有当一个系统能够集事务管理、经营决策管理和实时信息管理于一体，它才能真正担负起高水平自动化的管理和高效率运营电厂的任务。发电厂综合自动化系统是利用现代电子技术、通信技术、信息处理技术、依靠计算机技术实现的整合二次设备的功能、优化设计控制全部设备的综合性自动化系统。搭建这样一个系统对于提高效率、降低成本有着极其重要的意义。

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