电厂电气管理监控系统的构建研究

2019-01-22张小伟

智能城市 2019年3期

张小伟段伟

（山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛 266100）

1 构建ECMS系统

近年来，许多电厂采用了基于现场总线技术的ECMS系统，但由于种种原因，ECS系统未能充分发挥预期的作用。因此，应当在ECMS系统的基础上，构建新的ECMS系统（电厂电气管理监控系统）。它不与DCS（机组分散控制系统）通信，保持电气系统的独立功能，以便能够加强电气系统的应用，另一方面能够提高电厂自动化运行水平。

1.1 ECMS方案

在机组集控室，为ECS操作员建立操作员站；运用ECMS系统完成对发电机-变压器组等电气设备的监督和控制，以确保电气设备能够正常、顺利地运行，观测其运行参数、状态信号、保护动作信号和异常运行信号等，对它们的断路器、隔离开关进行控制；通过DSC对电动机进行控制；通过ECS收集电动机的监测管理信息。DCS不与ECS通信，但ECS上要保留DCS的通信接口。

1.2 系统网络结构

为完成ECMS方案，可选择CSPA-2000系统。CSPA-2000系统具有开放式结构，属于基于现场总线的分布式电气控制系统。该系统的兼容性高，可以与电厂内的生产、管理系统开放连接，提供全面、准确的电气信息，并对电气信息进行精细化分析、处理，实现电厂的全面信息化管理。

CSPA-2000系统采用分层分布式结构，包括站控层、分布控制层、间隔层。站控层由系统服务器、操作员站、工程师站、转发工作站组成；分布控制层由现场总线与主控单元组成；间隔层连接电源部分与电动机部分，对断路器、隔离开关进行监控，间隔层与站控层是较为独立的存在。分布控制层与间隔层设备主要是通过分散式配置，能够更加方便完成设备维护与系统扩展工作。通过该系统，对电厂全部电气设备进行监视，并对电源部分进行控制，但对电动机部分只进行监视，不进行控制。

1.2.1 站控层

ECMS系统最重要的管理中心就是站控层，其主要负责收集、处理、显示、监视整个电厂内一切电气设备的数据。在完成模拟数据收集时，应该对有功、无功、频率、功率因数、电流、电压进行交流采集，对变压器温度等非电量数据进行直流采集。另外，应该根据扫描周期定时采集数据，并进行转换、滤波、精度校准、数据库更新；进行数字量数据采集时，要采集断路器、隔离开心的位置信号、保护动作信号、运行监视信号，同样要根据扫描周期进行定时采集，若状态发生突变，要进行异常报警。

站控层对DCS与ECS两个系统完全开放，运行人员通过操作员站监控发电机-变压器组等一系列电气设备的运行状态，并对电气设备进行管理、操作；系统服务器是ECMS系统的核心，负责进行高速数据采集、扫描、分析、处理，并通过分散控制单元交换数据。转发工作站则向DCS、MIS、SIS等第三方系统转发电量、遥测、遥信，计算量，并实时交换各种信息。

1.2.2 分布控制层

分布控制层具有通信与控制两种功能，负责站控层与间隔层之间的实时信息交换，并完成与调度中心的数据交换。间隔层与站控层之间采用现场总线网络，以保障信息交换的可靠性、实时性与可维护性。

1.2.3 间隔层

间隔层由智能设备（智能开关保护单元、智能脱扣器等）与各种保护测控装置（电机保护、馈线保护、变压器保护、电压互感测控、分段保护等）组成，负责对电气设备进行保护、测量、控制，通过现场总线网络与分布控制层通信。

1.3 现场总线方式

电厂电气设备数量多、实时性要求高、范围广，为提高数据采集、处理效率和ECMS系统的响应速度，采用现场总线方式进行连接。

现场总线方式具有高度的开放性、可互操作性、互用性、适应性与抗干扰能力；现场总线构成的系统结构简单，同时具有高度的分散性，从而提高了系统的稳定性。

2 电气信息化管理

ECMS系统构建完成后，可以搜集大量的电气信息。据测算，ECMS采集的数据（包括计算信息量、通信信息量等）超过传统DCS硬接线信息量的10倍（仅一个600MW机组的信息量就可超过26 000点）。因此，可选择CSPA-2000系统作为电气自动化监控系统，进行数据处理与电气信息挖掘。

2.1 数据处理

CSPA-2000系统不仅可以采集海量的电气数据，还可在线进行数据库组态、画面组态、逻辑组态、并进行画面编辑、显示（包括电气设备运行状态、频率、电压、电流、有功、无功、潮流方向，CSPA-2000系统运行实时工况等），还可根据工作人员的需要提供年报表、月报表、日报表，计算有功、无功、功率因素、功率总和，统计累积电度量（或进行分时统计）、计算线损管理、统计并计算机组发电量（包括日、月、年最大值、最小值）。当监测到电气设备运行出现异常时，CSPA-2000系统报警模块会自动发出报警；工作人员通过安全管理功能对事故进行处理，处理事故后，CSPA-2000系统还可进行事故追忆，分析事故前后的数据记录。

2.2 保护定值管理与故障信息管理

工作人员可以通过设置保护定值，实现对电气设备的定值管理。由CSPA-2000系统自动进行定值召唤、定值单元保存、定值区切换、定值固化、定值下装。

当电厂电气设备发生故障，引起自动保护动作、跳闸时，CSPA-2000系统可以以毫秒为单位把故障点的事件过程记录、保存下来，向工作人员提供故障发生的时间、故障发生时电气设备的动作状态，并对故障录波进行召唤、存储、分析。

CSPA-2000系统的事故追忆软件对电气系统的重要运行参数进行着全程监视，一旦发生电气事故，便会自动保存事故发生前后的数据。工作人员可通过事故追忆软件对事故的来龙去脉进行详细分析，寻找事故原因。

2.3 系统在线自诊断

CSPA-2000系统可以对现场总线网络（通信网络）、主控单元、机组测控单元、现场保护测控单元、软件运行状态、通信状态、配置信息运行状态进行在线自诊断；还可以在线诊断系统服务器及各个节点的进程、配置、通信状态，实时监控各个主控单元与各个节点的运行状态、双网状态、进程状态、CPU使用情况。

2.4 智能报警功能

工作人员可根据需要，灵活设置CSPA-2000系统的报警等级（可分为预告报警与事故报警），并将每个报警等级具体关联到不同的报警类型（预告报警包括一般性设备变位、状态异常信号、模拟量越限；事故报警包括断路器自动跳闸、保护装置动作信号），最高报警等级（事故报警）要在画面上进行单独组态。CSPA-2000系统还可通过专家知识库迅速进行筛选、分析，对报警信息进行实时处理，采集其中的关键信息，并迅速报告报警信息概要，向工作人员提供故障的准确位置。显而易见，通过CSPA-2000系统处理报警信息，比人工分析、处理要更为快速、精确。