淺談電氣監控管理系統采用現場總線進入DCS系統的方式

摘 要：隨著大容量電廠的建設，電氣監控管理系統在電廠中的重要性日益凸顯，在電網運行中起著越來越大的作用。根據筆者在電廠的工作經驗，對電氣監控管理系統方式進行了分析與闡述，以期促進電氣監控管理系統的進一步發展，提供了科學合理的電氣監控管理系統。

關鍵詞：電廠；電氣監控管理系統；方式

電力是當今經濟發展的主要能源動力，而電廠的安全、穩定運行將為我們的經濟發展提供有力的保障。合理的發電廠電氣監控管理系統的應用方式可以提高電廠運行管理水平，降低項目投資，減少運行費用，可以有效的提高供電企業的經濟效益。

1 概述

對于發電廠來說廠用電系統是電廠的重要組成之一，廠用電系統的合理配置、布置，設備的選型、操作和維護對電廠的安全滿發，降低運行人員勞動強度有著重要的作用，直接影響電廠的經濟效益。

由于DCS系統主要針對發電廠機爐過程控制設計的，因機爐工藝系統復雜，設備間聯鎖控制多，操作頻繁，使得DCS需要集中相關數據進行邏輯運算和控制，為確保DCS系統實時性要求，常規進入DCS系統的信號（與控制/調節有關）須采用硬接線輸入。受到DCS系統容量以及硬接線接入方式的限制，電氣信號進入DCS系統以簡單的開關合跳操作為主，加之部分開關狀態信號和電氣保護報警信號、以及少量電氣參數監視。由于信息傳輸非常有限，難以實現對高壓/低壓斷路器、現場電氣智能裝置的運行維護和檢修管理。

80年代中期，隨著微處理器及其相關技術的不斷發展，計算機系統控制技術也從“分散控制“發展到“現場控制“，其理論基礎是網絡計算機理論，技術基礎是計算機網絡通訊技術，應用在廠用電監控上就是將電氣設備保護測控功能分散就地實現，后臺系統通過通訊網絡和就地綜合保護測控設備通訊，實現遙測、遙信、遙控、SOE、事故追憶等功能，在大量數據的基礎上實現分析和管理等各種高級功能，節省大量電纜、變送器等傳統設備。目前，就地安裝的電氣二次設備絕大部分已實現智能化，智能化現場設備的發展為廠用電系統采用總線方式進入電廠計算機系統提供了條件。

2 基于現場總線技術的機組電氣監控管理系統（ECMS）設計方案

電氣監控系統常規設計采用如下三種模式：

2.1 單元機組電氣系統采用硬接線與通信相結合的方式進入DCS監控。每臺機組設置電氣監控管理系統（ECMS），將機組電氣系統的發電機變壓器組、單元機組廠用電系統和公用廠用電系統納入該系統進行數據采集及管理，電氣系統與控制邏輯有關的信號采用硬接線接入DCS，其他監測信號由ECMS通過通信方式上傳給DCS，在DCS操作員站實現對電氣系統的監控，電氣監控系統另設工程師站，對電氣系統設備進行維護管理。

2.2 機組電氣系統進DCS監控，信號采集采用硬接線，電氣監控管理系統在站控層除工程師站外還設置了監視管理站，對電氣設備進行監視和管理。本方案為解決與DCS通信的問題，在控制室設置電氣系統監視管理站，這樣電氣系統的控制在DCS中完成，與此有關的信息全部采用硬接線；而用于電氣設備監視管理的信息則全部以通信方式送到電氣系統監視管理站，由其實現電氣設備的正常運行監視及諸如事故分析、電量統計、保護定值整定等一系列運行管理功能（其他管理及維護功能仍由工程師站完成），監視管理站與DCS間不再需要數據通信傳輸。

2.3 電氣監控管理系統（ECMS）設置單獨操作員站對電氣設備進行監控。在模式二的基礎上，本方案站控層除工程師站外，還設置了獨立的電氣操作員站，完成整個機組電氣系統的監控，并取消ECMS與DCS的通信接口。電氣計算機控制系統的操作員工作站與DCS操作員站一起布置于集中控制室，DCS不再為電氣系統專設操作員站。

對于發變組，其與DCS的聯鎖和聯系信號采用硬接線，其它電氣監控信號經測控裝置以通信方式送入電氣監控管理系統；對于高、低壓廠用電源系統等，所有電氣量全部采用現場總線方式接入電氣監控管理系統，取消所有硬接線；對機爐電動機，由于與機組熱工系統聯系緊密且需要在DCS中實現監控，因此與機、爐邏輯有關的信息采用硬接線接入DCS監控，其它電氣管理信息則通過現場總線接入ECMS。

模式一：目前國內應用最多的控制方案，該方案是基于電氣系統進DCS監控并最大程度保證電氣系統正常監控的可靠性而設計的，有著比較成熟的設計及運行經驗。但這個方案在幾年的實施過程中也暴露出了一些問題，最主要的一個就是與DCS間的通信問題：由于DCS系統結構在設計之初就是按不開放的系統進行考慮的，其對外的通信接口僅僅作為特殊情況下進行少量通信之用，所以當通信信息量較大時，根本無法保證系統的可靠性和實時性；同時由于許多DCS系統對于通信信息只能作畫面顯示，不能參與邏輯組態，造成了部分電氣設備控制邏輯不甚完善。調查目前投運電廠的運行情況，電氣監控系統與DCS的通信是制約整個電氣設備通信速率及響應時間的一個重要因素。為了解決ECMS與DCS的通信問題，同時滿足部分業主要求電氣系統進DCS控制的需要，設計出現了模式二。

模式二：將DCS監控所需信號采用硬接線接入DCS，另在控制室設置了專供電氣設備運行監視及管理用的監視站；應該說模式二僅僅是一個過渡性方案。

為了更好的處理ECMS和DCS的接口問題，并更加提高電廠電氣系統控制管理水平，采用電氣監控系統單獨設置操作員站，取消與DCS的通信接口的方案，即模式三。模式二、三的共同之處在于都不與DCS通信，不同之處在于模式二中的電氣設備控制在DCS中實現，而模式三中的電氣設備控制在ECMS中實現。

模式三：除解決與DCS的通信問題外，由于基本取消了電氣電源系統的硬接線，使控制系統接線更加簡單，能最大程度地節省控制電纜，進一步減小施工、安裝、調試、檢修和維護工作量；同時由于采集信息量的擴大，使更多的電氣管理功能得以實現。它將實時性要求高的斷路器、接觸器的控制及參與聯鎖所需要的位置狀態經硬接線送至DCS的DO、DI卡件，其余信息量通過現場總線主控單元與DCS對應的DPU進行通信，或通過網橋通訊。即使通信受干擾，甚至中斷，也不會影響操作及聯鎖，確保了電廠的安全運行。

3 結束語

現場總線和計算機網絡技術已經在工業領域和變電站得到了廣泛的應用，有多年成熟的運行經驗，其可靠性、實用性和優異的性能已得到認可，成本也在逐步降低。發電廠采用電氣監控管理系統所得到的社會、經濟效益是無法量化的。