華能銅川電廠電氣監控管理系統分析

張學峰，王小輝

(華能銅川電廠，陜西 銅川 727100)

0 引言

隨著電力市場發展改革和發電企業間競爭的日益激烈，火電廠指標考核及日常電能量統計、平衡率計算、節能監督等對設備運行參數電量信息需求大增，而通過硬接點與分散控制系統(DCS)進行有限的控制和信號交換，不能完整反映廠用電氣系統的定值整定、電量和潮流等電氣運行參數，更不可能通過深層次的數據挖掘提高廠用電氣系統的運行維護管理水平。在火電廠建立一套穩定、可靠的廠用電氣監控管理系統(ECS)已成為一種趨勢。

1 廠用ECS的結構及組網配置

華能銅川電廠采用ECStar－6000廠用ECS，該系統采用現場總線結構，將廠用電氣系統各綜合保護、測控設備連接成電氣監控網絡，應用計算機、測量保護與控制及通信技術，實現了廠用電氣系統的電氣運行、保護、控制、故障信息管理及故障診斷。一方面可以通過接口機接入DCS，完成必要的控制功能及相關數據的交換;另一方面，通過網關接口機接入電氣主站系統，充分利用電氣系統聯網后信息全面的優勢，加強電氣信息的應用，完成復雜的電氣運行維護管理工作，實現廠用電系統綜合自動化，并實現與發電廠管理信息系統(MIS)和廠級監控系統(SIS)的無縫連接。

1.1 系統結構

為使廠用電氣監控管理系統結構和功能清晰，達到最優的性價比，2臺機組配置1套 ECStar－6000系統，公用段及輔助廠房設備通過網絡交換機分別接入機組的ECStar－6000系統;該系統采用了先進的分層分布式結構，分為上位機系統監控層、通信管理層及現場保護測控單元層3層。

1.1.1 現場保護測控層

保護測控層由眾多的保護和自動裝置構成，具有測量、控制、保護、信號、通信等功能。該層主要包括400V系統的 LPC1(2)－580進/出線、LPC2－530電動機保護綜合保護裝置、空冷MM440變頻器及6 kV系統的TOP系列保護裝置、備自投裝置等，各保護測控裝置通過屏蔽雙絞線接入通訊管理機，當開關柜室距離監控層超過1000 m時，通信介質需要更換為光纜。

1.1.2 通信管理層

通信管理層由DCAP－400M(C)系列通信管理機組成，每個通信管理機按電氣主接線方式接帶一個PC段，可支持多種類型的通信口，包括以太網、串行通信口等，軟件上采用規約庫，支持MODBUS、標準網絡協議(TCP/IP)等。400 V PC段LPC系列綜合保護裝置等現場層測控單元組網采用單(雙)網RS485總線結構，通信協議采用MODBUS規約，空冷段西門子MM440變頻器通信規約采用USS協議，6 kV綜保裝置的通信采用雙CAN網通訊。

1.1.3 系統監控層

2臺機組配置2臺電氣維護工作站和2臺系統服務器，對2臺機組的全部電氣設備信息量進行監測和控制。后臺監控層供運行維護人員日常維護及監視，可安裝于集控室或工程師室;配置1臺網關機用于與SIS和MIS進通信，暫時預留RS485接口接入DCS的DPU(需要DCS支持)。

1.2 廠用電系統組網方案

鑒于ECStar－6000系統現場保護測控層裝置數量眾多，為保證系統的實時性和可靠性，根據廠用電系統主接線分段對各種測控、保護設備進行分組，通過現場總線分別組網至對應的通信主控單元DCAP－400M(C)。通信主控單元通過RS485接口接至各段母線的保護測控層裝置，通過100 M以太網接入后臺監控層，采用雙網連接、雙網無縫切換。400 V系統LPC系列采用485通信，單雙網結合，當輔助廠房離監控層超過1000 m時，需要采用光纖轉換。6 kV系統TOP系列綜合保換裝置采用雙CAN網，充分利用光纖通道，一臺機組6 kV工作A，B段和公用段接入的3個通信管理共享網絡交換機和光纖通道，另外一路光纖備用，達到省網、冗余、可靠的目的。

此方案具有簡單實用、現場總線布線容易、間隔分明，便于維護的優點，缺點是與DCS工藝流程控制關聯不大，無法與DCS的DPU進行一對一通信，與DCS交換數據的速度受到制約。

2 ECS的應用和管理效益

ECS將正常及事故情況下的監測、保護、控制、計量和電廠的生產技術管理有機地融合在一起，通過準確、實時的數據和信息，運行人員可以直觀地監視全廠任何電氣設備的運行情況，方便地控制計劃停電、送電，實現總體控制。通過系統內各類常規和特制報表、分析曲線，專工可制訂保養、檢修、整改計劃，管理者可根據詳細的電量統計報表核算、控制生產成本，檢修人員可根據畫面的預警提示有針對性地對設備進行保養、檢修，在不增加人員成本的基礎上，大大提升管理水平。在華能銅川電廠的實際應用中，ECS的功能得到了良好發揮，取得了理想的效果。

(1)火電廠對繼電保護定值管理要求嚴格，絕不允許出現現場保護裝置定值設置與定值單不符而造成保護誤動、拒動的事故發生，但對于成百上千臺的裝置，在每次調試、檢修結束后，都有可能因遺漏、出錯而造成不可想象的事故。ECS的定值管理功能可遠方直接查看、修改定值，每次檢修前后對定值進行召喚在線核對，節省了大量的時間和精力，可將人為輸錯的幾率降為0并保存為定值檔案文件，下次定值變動后可直接下傳至裝置，這種功能對繼電保護人員來說非常實用。

(2)事故分析的實用性。該系統報警信息相當詳盡全面，一般故障處理根據后臺管理機的報警信息均可很快確定故障點。華能銅川電廠新加的D儀用空氣壓縮機投運后，頻繁出現合閘不可靠的現象，幾次都未能徹底查明原因，在ECS后臺調取的控制報告中發現，熱控合閘指令和空氣壓縮機分閘指令在同一時間出現，最終找到了回路設計缺陷。在事故跳閘中，根據電氣接線分段、時間調取動作報警等報告，可迅速判斷首出原因，為事故處理爭取了寶貴時間、提供了準確信息，在事故分析中充當了有力的工具。

(3)數據采集和報表管理功能強大。該電廠6 kV電壓等級系統利用珠海某公司生產的TOP系列綜合保護測控裝置本身的測量計量功能或轉接電度表的脈沖信號，在監控主站進行電量的在線統計生成日報表、月報表、不平衡率報表及特殊要求的報表(如非生產用電量)等，可實現專用的廠用電抄表系統的所有功能。遺憾的是，其記錄電量時間的最小間隔為5 min，不能作為故障分析的依據。但是特殊時段的報表功能完全可以反映所需電量信息，比如電除塵斷電振打、電動給水泵變頻器等進行技術改造后，通過后臺報表和實時電量顯示可明顯發現電流、功率因數、電度等電量指標下降，運行人員通過改變運行方式，可實時觀察電量信息并可根據需要調取歷史數據進行特殊要求的報表編制，通過對數據的深度發掘提高生產管理水平。

(4)在電廠大、小修中，需要對各種開關設備進行調試傳動，而實際中很多負荷的分、合閘邏輯條件由于檢修狀態并不滿足，大量條件需要熱工人員進行強制，極易造成誤強制或遺漏恢復，而利用ECS強大的通信控制功能，可遠方直接通過通信指令讓開關分、合，節省了大量的時間和工作，這點對于時間緊、任務重的檢修工作非常重要。

(5)GPS對時功能很實用。為方便運行方式調整、動作故障情況分析，電廠內電氣系統與DCS時間以及現場各運行設備的時間需要保持一致。現場成百上千裝置的時間設置不僅繁多，而且不能達到完全同步的狀態，分析事故時不能按時間先后順序分析各現象，給事故處理帶來不便。GPS發出的對時命令及同步脈沖信號接入DCAP－4000M主控單元的時鐘管理模塊，再由主控單元通過以太網同步ECS上位機時鐘并通過現場總線向保護測控層廣播時間，同時向各保護測控裝置驅動轉發同步脈沖信號，現場裝置只要設置好通信地址、協議等參數，裝置時間會自動與系統同步，簡單實用。

(6)設備管理臺賬。火電廠的大/小修、臨檢等設備維護后的臺賬必須及時、準確歸檔，而每次檢修任務重、時間緊，對廠用電系統繁多的設備根本無力做得很精細，而采用ECS后可利用系統數據共享的優勢上傳給MIS臺賬，設備動作報警檢修信息可通過保存在歷史庫的方式定期調取、存檔，省去了大量的人力并可實現無紙化辦公，節省了材料費用，而且清晰、準確，不會遺漏。

3 廠用ECS運行中存在的一些問題

(1)由于485屏蔽雙絞線傳輸距離較近，對于輔助廠房和主廠房6 kV段的通信需要鋪設光纖，造價較高。系統屏內的光電轉換器過于集中，散熱差，光電轉換器容易燒壞。

(2)廠用綜合保換設備繁多，同一主控單元帶太多負載時容易死機，造成通信中斷，穩定性較差。

(3)與其他廠家綜合保測控裝置通信組網，需要溝通通信協議組態等，通用性不強。

(4)硬件平臺較低，穩定性較差，出現過主機風扇不轉而導致系統死機的現象。

4 結束語

ECStar－6000廠用 ECS功能全面、實用，使電廠生產管理中的很多難題得到輕松解決，節省了控制系統、信號電纜等方面的投資，經濟效益良好。

［1］陽憲惠.現場總線技術及其應用［M］.北京:清華大學出版社，1999.

［2］陳麗琳，趙燕茹.廠用電監控管理系統的技術比較［J］.電力自動化設備，2006，26(12):59 －63.

［3］馮偉江，黃健.國內火電廠電氣監控系統的應用和發展方向［J］.電力系統保護與控制，2006，34(15):48 －52.