电厂电子自动化监控系统研究

焦阳

摘要：当前，中国工业的现代化水平日益提高，自动化技术已在各个工业领域得到广泛应用，包括发电厂。然而，由于技术等方面的限制，我国发电厂的自动化技术还有待提高，部分地区的发电厂仍以手动检查为主，辅以自动监测。在电厂电气系统中，综合自动化监控系统可帮助我们消除潜在的安全隐患，实现设备的实时监控，并存储和分析数据信息。这样做可以确保国家能源资源的稳定供应，提高电厂的经济效益，从而有效促进企业的发展。

关键词：发电厂；自动化监控；系统

一、前言

当前社会对于发电厂的要求越来越高，其不仅需要满足高压，同时还需要规模大和自动化程度的要求。所以自动化监控的要求是当前电厂的基本要求，同时还需要提升电厂的管理水平，只有这样才能够使电厂的工作更加高效，降低故障。在这样的背景下，电厂电气自动化监控系统得以诞生，其在电厂电气自动化监控系统中发挥着至关重要的作用，其能够实现实时数据采集、实时数据监控、设备状态评估、自动报警、事件记录等功能，提高电厂的运营效率和管理水平，保障电厂的安全稳定运行。同时，自动化监控系统还可以及时发现故障并报警，缩短故障处理时间，减少维修成本和损失。因此，电厂电气自动化监控系统已经成为现代化发电厂不可或缺的重要设备之一。

二、电气监控系统概念及其理论

（一）电气监控系统的概念

电气监控管理系统指的就是使用电脑技术、测控保护与控制、通信技术等来提高电气系统管理和自动化水平的系统。从而可以对系统的运行、控制、故障的诊断等进行监控。这个系统可以实时监测、记录和分析各种电气设备的运行数据，从而可以对电气管理人员对该系统的运行情况进行及时地了解，从而可以对潜在的问题能够得到及时发现，进而可以找出相应的措施来进行及时的控制，最终可以使电厂的运行能够得到安全稳定的保障。

（二）监控模式分析

电气自动化监控系统的模式种类较多，常用到的有硬接线和现场总线相结合、每台机组设置现场总线电气监控系统，以及传统硬接线方式。在硬接线和现场总线相结合的模式中，DCS控制发变组、厂用电源系统、机炉等电动机，而ECMS只监测不控制，重要信号通过硬接线与DCS相连。在现场总线模式中，除了发变组、保安电源等这些重要区域由DCS通过硬接线连接实现外，其他的系统也都在ECMS系统的监控范围内。全硬接线模式中，所有的信号和控制都是通过硬接线接至DCS的。该接线方式使用的均是分层分布的設计思路，该设计思路把电气信息分为监视信息和管理信息两种，从而能够实现电气设备自动管理、培训等高级管理功能。

（三）监控系统在电厂应用的特点

监控系统在电厂具有以下特点：

首先是高可靠性。随着中国经济的发展和信息技术水平的提高，能源资源是我国重要的战略资源之一，对促进中国经济发展和技术水平具有重要意义。但电厂的供电系统在运行过程中经常面临诸多问题，因此电厂自动监控系统的可靠性是确保其功能的关键。电厂自动化系统采用隔离层设计，采用统一硬件平台和软件平台，确保整个系统的可靠性和安全性。此外，电厂自动化系统在应用中是一个独立的运动系统，保证了自动化系统的稳定运行。

其次是可操作性。为了提高电厂工作的实际效率，有必要尽可能简化系统的运行方式，确保操作系统的简便性和操作方便性。因此，电厂的自动监控系统必须建立一个相对简单易用的人机界面，具有完善的自动运行功能和完善的运行支持工具，使设备维护更加简单方便。此外，系统中还有许多处理密码需要设置和分类。因此，可以最大限度地保证整个系统的安全，同时保证整个系统的顺利运行，为电厂设备的安全运行奠定了基础[1]。

最后是可扩展性。电厂本身很复杂，因此必须具有一定的应用可扩展性，以确保系统功能能够随着电厂自动化程度提高同步扩展，并添加新功能。因此，该系统必须采用开放式系统体系结构，并采用分层分布式系统配置，以确保该系统的开发和兼容性，同时符合国际标准。

三、发电厂电气监控管理系统功能研究

（一）处理实时数据

可以通过现场节点的测控单元实时采集各种信号，包括事件、变位信号、设备状态、故障以及模拟量和越限信息等。信号类型主要是状态量、脉冲量和模拟量。模拟量包括无功功率、频率、功率因数、电压、电流和温度等，通过测控单元的传感器进行采集，从而可以对电力系统进行里衬监测，从而使系统能够很好地运行。脉冲量包括无功电能和有电功能，通过电能计量装置进行采集，可以准确地计量用户的用电量，为电力公司提供准确的数据支持。状态量则包括监视信号、继电保护装置、安全自动装置、报警信号，以及隔离开关和接地开关的位置信号等，通过测控单元的传感器和逻辑控制器进行采集，可以实时监测电力系统的运行状态，及时发现故障和异常情况，确保电力系统的安全和稳定运行。为确保数据的实时性，我们需要对这些信息进行实时监控并采集，通过数据传输网络将采集的数据传输到后台数据处理系统，进行数据的分析和处理，为电力系统的运行和管理提供准确的数据支持。

（二）数据库的维护与建立

数据库的维护与建立是数据管理的重要组成部分，根据不同需求建立不同类型的数据库，以满足各种应用功能的需求。历史数据库保存长期重要数据，提供系统维修与维护的可靠历史记录。实时数据库可以对数据进行即时的更新，从而能够对设备的运行状态进行及时地记录，对于数据的记录要求可以根据需要进行设定，例如数据的精度要求以及数据的刷新周期等。用户数据库可以根据用户的需求进行进行数据组建，例如从历史数据库和实时数据库中进行获得，帮助用户完成各种应用功能，保证使用的快捷性和方便性。总之，数据库的维护与建立是重要的数据管理工作，根据不同需求建立不同类型的数据库，以满足各种应用功能的需求[2]。

（三）监视和报警

在屏幕上能够实时展示各开关站的相关信息，例如设备运行参数的变化、系统的运行状态以及相应的操作指南等。假如该系统的组成是多个CRT终端，那么还能够对相应的画面显示和相关的数据报告进行同时提供。当模拟量超过限制时，系统将对各种报警信息进行打印，这些对象主要包含了名称、越限参数值、编号、时间等，同时还可以对次数进行记录，从而可以对后期的故障数据统计提供依据。这些功能将有助于用户及时了解系统状态，并进行相应的操作和处理。

（四）事件顺序记录

如果设备一旦出现故障的情况下，系统会对故障的相关信息进行记录，这些信息包含了故障的编号、时间、性质以及信号状态等，同时还会按照事件的时间顺序来进行记录，同时以表格的形式呈现给用户，并且该表格会在CRT上显示。此外，系统还可以将记录打印出来，并保存到磁盘等存储装置中，以便后期设备维修时进行原因分析和判断断路器跳闸的顺序等指标。这样的记录方式可以为设备维修提供可靠的依据。

（五）系统自诊断与恢复

该项功能可以使监测人员通过监测系统对设备的运行状态进行全面及时地了解，并且对于潜在的问题可以进行预测，同时还会对这些问题进行诊断分析，并给出解决的办法。此外，系统还具备专家诊断子系统，能够利用经验和分析结果进行在线自诊断和恢复。当发现设备故障时，系统会实时报警并提供故障指示，同时打印相关信息并以不同颜色区分，以便工作人员快速处理问题。此外，系统还具有恢复功能，可以通过简单的操作恢复设备的正常状态[3]。

四、DCS电气控制集中模式运用分析

（一） DCS电气控制集中模式

集中模式就是一种通过电缆将强电信号转化为弱电信号来实现监控的模式。可以使用电缆将DSC的I/O模柜与开关量信号和电气模拟量逐一进行对接，从而实现监控电气设备（见图1）。集中模式的优点包括向设备提供运行的良好环境，方便操作，技术成熟并被广泛使用。但是，也是存在缺点的，该模式在安装时会有很大的工作量，并且所使用的电缆也非常多，长距离电缆会影响DCS的可靠性，且不能进行综合管理，出现问题时难以及时查找，最终使维修的时间也会加长。

（二） 分层分布模式

在安装电气设备时，采用分层分布模式是一种有效的策略。这种模式通过将系统分为间隔层、通信层和监控层三个层次，可以充分发挥每个层次设备的功能，同时方便进行逐一排查问题，消除安全隐患。这种模式利用现场总线技术实现数据传送、汇总数据、传递命令、转化规约等功能，并通过通信网络管理和交换信息。这种模式的优点在于可以自由组合，一方面使成本得到降低，另外还能够使抗扰能力得到加强，进而可以提升数据采集的精度，方便进行维修管理。此外，该模式下的电气监控主站是独立的，所以有利于运行和分布调试，同时也为发电厂用电系统的检修、维护和运行提供了便利。这种模式的应用将有助于提高电气系统的稳定性和可靠性，为发电厂的安全稳定运行提供了有力保障。

五、系统的组态模式及构建

（一）组态模式

1.集中式監控方式

集中式监控方式的优势在于防护等级低、系统设计简单，但也有很多问题。首先，处理器任务太多，处理速度会变慢。其次，当监控对象在不断增加的情况下，主机的冗余会出现下降的情况，此外电缆长度的增加在一定程度上增加了干扰的存在，可靠性也会下降。此外电缆线过多使二次接线比较复杂，一旦出现问题或者是日常维护在查线时也会导致不方便，从而使维护和维修的工作量大大增加，同时在试运行或者检查时也可能出现误操作的情况。

2. 远程监控方式

远程监控方式在电厂小单元系统中应用较为广泛，但由于各种现场总线的通信速度有限，不适合全厂的电气自动化系统构建。此外，该方式可以节省电缆、安装费用，同时能够对面积进行很好地控制，并且具有较强的可靠性和灵活性等优点[4]。

3.现场总线监控方式

该方式目前在发电厂的应用非常多，主要用于远程监控，并且其具有较强的智能化。这种方式可以根据不同的间隔情况进行设计，减少了很多隔离器件、端子柜、I/0卡件、模拟量卡件等，同时能够节省大量的电缆以及工程量大大减少。另外，这种监控方式中的装置的功能是相对独立的，所以只要有网络就可以对设备进行监控。除了使用以太网和现场总线的远程监控技术外，现代火力发电厂还采用了工业物联网技术和云计算技术来实现更加智能化的监控和管理。通过这些技术，可以实现数据的实时采集、分析和处理，从而提高生产效率、减少能源消耗和故障率，并提高整个系统的安全性和可靠性。此外，这些技术还可以实现智能诊断和预测维护，从而减少维护成本和停机时间，这种现场总线监控方式可以提高整个系统的可靠性。

（二）全厂电气监控系统的构建

发电厂电气综合自动化系统设计采用了分层分布式多CPU的设计，每层都有不同的设备或子系统完成不同的功能。站控层是整个系统的高层，通过以太网与其他设备进行信息交换。这一层主要包括主机兼操作员工作站、操作员工作站、远动工作站、工程师维护工作站和通信站。这些设备各自有不同的功能，比如主机兼操作员工作站是系统的核心设备，其主要是用来处理运行参数，同时也能够进行远程控制；操作员工作站则是监控中心，主要用于实时监控电厂电气系统的运行工况；而工程师维护工作站则是维护技术人员的工具，也可用作培训工作站。总之，这种系统设计实现了各种功能的灵活组合和高效运行，为电厂的稳定运行提供了有力的保障[5]。

六、结论

通过以上分析从电厂机电设备的实际运行情况和存在的问题来看，自动化监控系统的优势可以得到充分发挥，运行实践中存在的运行风险隐患可以得到有效解决，高质量的供电效率要求可以得到落实，实现预期的工作部件。将自动化监测控制系统充分融入电力设备管理实践，可以更好地扩大电厂自动化监测控制系统的范围，全面提高电厂的竞争力，满足新时期电厂发展的要求，也满足中国经济社会和谐稳定发展的基本要求。通过自动化监测控制系统的应用，可以实现对电厂机电设备的实时监控和预警，及时发现和解决问题，提高设备的运行效率和稳定性，降低运行成本和风险，提高电厂的供电质量和经济性，使整个电力系统的自动化水平得到大幅提升，从而为电力行业的快速发展提供有力支持。

参考文献

[1]崔晓静，石婕，许丽丽.发电厂电气自动化监控系统的设计研究[J].科技创新与应用，2018（16）：126.

[2]王忠武.发电厂电气自动化监控系统的研究[J].建材与装饰，2018（49）：209.

[3]邓德桥.发电厂电气自动化系统总体设计方案应用浅析[J].企业技术开发，2018，34（35）：71+73.

[4]尹雪梅.大型火力发电厂电气自动化监控系统的设计研究[D].北京：华北电力大学，2016.

[5]张兴广.电气自动控制系统在火力发电厂中的应用与创新[J].大科技，2017（13）：43.

作者单位：国家电投北票发电有限公司

责任编辑：尚丹