火力发电厂厂用电监控系统构建

林广庞

（广东粤电靖海发电有限公司，广东 惠来 515233）

0 引 言

厂用电监控管理系统（Electrical Control and Management System，ECMS）是一种应用计算机、测量保护与控制、现场总线技术以及通信技术，实现发电厂电气系统的运行、保护、控制、优化等功能的综合自动化在线监控管理系统[1]。它通过多种通信形式，与厂级监控信息系统（Supervisory Information System，SIS）、分散控制系统（Distributed Control System，DCS）等相连接，关联厂内整个厂用电系统，共同构造出新时代智慧电厂的网络架构，辅助完成电气设备的控制与监测功能，大大提升了发电厂的自动化水平。同时，借助ECMS对数据的采集与分析，提高了电厂在电力市场中的竞争能力[2]。

1 ECMS系统概述

ECMS系统采用了先进的分层分布式结构，共分为3层，即站控层、通信管理层以及间隔层，形成3层设备两层网络的架构[3]。使用iPACS5000自动化后台监控系统，是ECMS数据采集与处理的核心软件系统，主要包括数据库管理软件、图形系统软件、报表系统软件、网络管理软件、通信管理软件及其他维护工具软件等。

1.1 ECMS系统组网结构

系统结构如图1所示，采用一套站控层系统连接所有的通信管理层设备，实现数据的采集和控制。站控层设备包含了冗余的服务器、多台运行工作站、工程师站以及通信网关等。服务器和通信管理单元可以选择冗余方式，站控层网络和间隔层网络也可以选择双网冗余的方式，其优点是网络结构简单、通信的数据量大[4]。

图1 系统结构

站控层采用两台主备冗余服务器兼操作员站模式，双以太网通信。通信管理层采用ECM-5908通信管理机，双机运行。全厂电气测控装置种类繁多，合理的通信方式和规约形式是保障通信稳定可靠的前提。另外提供多种通信接口，在接口上运行相适应的通信规约，将各种不同的设备通过不同接口搭设在同一个网络。间隔层中的6 kV WDZ系列综合保护装置、380 V LPC系列综合保护装置以及380 V广州智光仪表等采用双网现场RS485总线通信方式，通信介质为屏蔽双绞线。380 V西门子马达控制器采用单网现场总线通信方式，通信介质为西门子profibus总线[5]。

1.2 分布式控制系统的接入方式

取消硬接线的接线方式，采用全通信方式，如图2所示。ECMS可以在通信管理层和站控层提供与DCS连接的接口。处理器分散处理单元（Data Processing Unit，DPU）的实时性好，可以实现逻辑闭锁等控制功能，但是I/O容量有限。一般把需要控制的控制量以及参与控制闭锁的开关量放在DPU中，其他数据直接上送到DCS主站中，这样可以有效地减少DPU的数据量。DPU一般与通信管理单元通信，逻辑闭锁可以在DPU中实现也可以在通信管理单元中实现，同时通信管理单元可以接收DPU发出的控制命令，执行控制操作。

图2 采用直接接入的对接方式

1.3 iPACS5000自动化后台监控系统

iPACS5000自动化后台监控系统是站控层的一个子系统，其中包括前置机组态、系统组态、SCADA管理工具、报表管理、人机界面、数据处理、网络管理以及数据库操作中间层等[6]。（1）网络组态的建立。通过设置网络节点名、冗余节点名、节点类型、网卡IP地址以及用户权限级别等建立监控系统的网络组态。（2）数据库组态建立。通过以下5个方面建立数据库组态：①添加通信管理机，输入IP地址、端口号；②ECM5908串口配置，配置规约、模式、波特率、校验方式等，其中串口[0]选电厂通用DCS串口规约，串口[2]选WDZ装置规约，右击串口COM[0]添加电气装置；③配置网络以太网口，选择规约，添加装置；④测点模型导入装置，关联测控装置的开入，开出及保护位置信号；⑤设置计数类及测量类测点参数，变比修改。三是图形组态建立。包括基本作图，如采用图形编辑，图形整理，图符元件等；画面的动态连接，把画面中的动态图元与数据库中的测点连接。四是报表组态建立。采用Excel平台创建报表，分为以下几个步骤：首先进行报表属性配置；其次输入有效报表名称；再次设置报表类型，如日报表、月报表、年报表；最后关联相对应的测点。

2 ECS系统功能实现

2.1 电量统计功能

该系统为公司电量统计工作和成本核算工作提供了稳定的厂用电负荷功率数据，帮助公司进一步降低供电燃煤成本和厂用电成本，推动和落实燃料掺烧和节电措施。

按照Excel的使用习惯和格式，自定义各类报表，如日报、班报、月报、年报及各类统计信息报表等，支持公式计算功能，可以在报表中输入公式，自动计算公式的值。同时支持图表功能，可以在报表中插入棒图、折线图、饼图等图形，直观地显示报表中的数据，以便于比较分析。

SIS电量报表如图3所示，它实现了所有机组厂用电负荷功率数据上送SIS系统，彻底告别了厂用电率人工抄表计算的历史，为SIS系统完成电量报表、运行部值际评比等提供了可靠且稳定的厂用电负荷功率数据。

图3 SIS电量报表

根据获取的电量数据合理分配电气设备运行模式，为降低厂用电率、燃煤掺烧以及节能减排提供保障[7]。

2.2 数据处理功能

2.2.1 高速的数据采集和处理

采用了DSP等高性能处理器，使得装置有很强的数据处理能力。与外界的通信选用高速现场总线或高速工业以太网方式，能够快速地把采集到的数据送出去，同时也能快速响应执行远方命令[8]。

2.2.2 数据的快速传递

ECMS的通信管理单元选用了嵌入式工业网络处理器，采用实时多任务操作系统以及高速工业以太网和现场总线等通信方式，保证了数据在通信管理单元上的快速存储处理与传递[9]。

2.2.3 数据处理机制

采用了事件触发方式的数据处理机制，实现数据的快速响应。这些事件包括了外部事件和内部事件，其中的外部事件包含了实际应用中遇到的事件顺序记录（Sequence Of Event，SOE）、如保护动作事件和自诊断事件等，内部事件包含了系统内部的告警、故障消息等。

2.3 故障录波分析功能

故障录波采集和分析系统能够实现以下功能：一是自动、手动召唤装置录波文件；二是列表显示装置录波文件；三是图形分析录波文件各个通道的图像信息；四是编辑、打印录波文件各个通道的图像信息等[10]。

3 结 论

ECMS系统已全面应用在全厂6 kV/380 V电气设备及智能设备，能准确提供电气设备的运行电流、电压以及功率，并实时上送电气设备的电量，提供报警信息，开关变位信息。

该系统采用直接对接方式接入DCS，电气系统可独立运行，实时响应速度高，既满足DCS信息需要功能，还减少了DCS硬件设备、电缆投资以及DCS负担。此外，它采用GPS对时，实现了全厂测控装置时间统一，为故障分析、保护动作事件提供了时间保障。

该项目的实施不仅实现了系统自动化，减少人工投入成本，而且在燃煤机组大力节能减排的大环境下协助分析厂内负荷消耗电量情况，精准计算厂用电率，通过控制调整电气设备运行模式节约电量，降低了机组煤耗，减少了二氧化碳、硫化物和NOx的排放。对于提高能源使用率、推进节约型社会、促进火电厂可持续发展以及建设国家蓝天白云工程有着重要意义。