電廠電氣監控系統探討

摘要：電廠電氣監控系統是確保電廠穩定工作的一項重要措施，其可以使工作人員時刻注意到電廠的異常情況并及時處理。分析了電廠電氣監控系統的工作原理、存在的問題、系統的調試情況，總結了電氣監控系統的優缺點。

關鍵詞：電廠電氣；監控系統；解決方案；ECS；DCS

作者簡介：馬巖（1984-），男，遼寧沈陽人，遼寧電力勘測設計院，助理工程師。（遼寧 沈陽 110179）

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）33-0237-02

電廠電氣監控與電廠的正常運轉密切相關，隨著信息技術的發展，電廠電氣監控系統都是采用計算機技術，通信技術、測量保護與控制及現場總線技術等最新技術來設計和實現，對ECS系統的進一步發展起著巨大的推動作用。然而現階段的發展過程中還存在很多誤區和問題。其發展趨勢又會怎樣？為此本文進行了深入的探討。

一、電廠電氣監控系統概況

電廠電氣監控系統主要利用分散控制系統技術進行聯網，接入分散控制系統技術的過程中可能會出現很多問題。進行實際的技術實施之前，需要分析和了解電廠電氣監控系統的技術實施的主要措施和指標，尋找其中的關鍵點，這樣方能早日把電廠電氣監控系統的實施方案規劃好。

系統功能：電廠電氣監控系統主要作用就是要對整個電廠運行系統進行監管，單純的分散控制系統的功能技術測量、監視及控制不能將其良好的控制功能體現出來。設計的監控系統要將分散控制系統的功能和技術所具有的深層次控制水平充分體現出來，方可以有效地監控電廠電氣監控系統及完成對它的預期管理和運作。充分利用電廠電氣監控系統不僅可以保障電廠平日的生產安全有序進行，還可以通過對設備運行的有效監控來達到電廠電氣控制系統的接入分散控制系統技術在聯網條件下性能的優越性。[1]

總線標準：通常稱電廠電氣監控系統總線標準為監控系統利用的總線協議，進行總線標準的確定實際上就是確定監控設備間相互通信協議。此舉同時將要采用的技術及控制設備一并確定，從總線協議運行的基本原理來看，其實大部分類型的總線均是十分類似的，在實際系統當中能夠非常有效完成系統雙向的數字化通信問題。然而不同的總線協議其實際作用效果和使用功能水平存在一定的差別，設計人員需對不同的總線協議進行科學篩選及鑒定，這樣才能為電廠選取適合其監控與管理的標準。[2，3]

二、電氣系統監控范圍與職能

1.監測范圍

電氣設備監控系統由兩個主要監測單元組組成：變壓器—發電機監測單位監測組和輔助動力裝置組。這兩個單元組的檢測范圍還包括功率單元直流系統、UPS和安全的電力系統。

2.單元組功能

變壓器—發電機監控單元組根據實際操作水平和設備的可靠性，應設置序列網格間斷點，一步一步進行。第一步，由DEH零到額定起升速度。第二步，啟動電網，主要完成電網前鑄背板保護的相關準備工作，投入滅磁開關等。第三步，DCS將投入AVR，AVR通過整套的發電機升壓完成從零到預期電壓。第四步，主要工作是完成定子及轉子接地的檢查，投入ASS自動準同步裝置，在同步過程中自動準同期裝置DCS控制AVR、DEH，當同步條件都滿足時，發電機斷路器合閘命令一起同步，發電機的電力負荷達到一定水平之后，DCS將迅速改變高壓廠用電系統啟動/備用變壓器廠，切換到高壓力的變化。

分離單元操作順序大致相反：單位正常停運，DCS控制降低機組負荷，當機組負荷下降到一定值時，DCS高壓廠用電系統就會快速切換到啟動/備用變壓器系統供電，當機組負荷繼續下降至零，跳主控開關汽輪機主汽閥關閉，發電機勵磁跳閘。[4，5]

三、電廠電氣控制系統的發展問題

1.通信問題

通信接口不規范，不能可靠和實時通信，通信設備差、可擴展性不強。這些問題都將成為制約其發展的阻力。沒有標準化的通信接口，ECS系統網絡的工作量是相當大的。

2.操作權限問題

電廠電氣設備一般包括DCS系統集中控制，ECS系統為DCS系統備件，往往保留了遠程控制功能，此外，開關柜或設備、業務職能也要到位。要有阻斷措施，以確保在同一時間允許只有一個控制是激活的。只有在某些緊急情況下，通過授權的操作人員，可以操作ECS控制設備。此方法的缺點是，沒有硬件閉鎖裝置存在DCS和ECS可同時操作的操作權限，操作權限不能對硬件進行閉鎖，可能會是DCS與ECS共同操作。方式二、三位置或四位置轉換開關設置在間隔層控制單元上，將設備就地、開關柜、ECS、DCS 放在不同操作位置。此方式導致控制地點過多，不便于運行。

3.ECS性能差異大

ECS系統基本功能：數據的實時采集及處理，建立與維護數據庫，控制與檢測：報警處理事件序列；生成及顯示屏幕，時鐘同步；制表和計算；電能調制；人機通信，系統自行診斷與修復，與相關設備通信、管理；遠程控制功能等等。很多功能都有獨特的內容，如操作及管理功能包含：事故分析檢索；操作指令；在線設備分析；模擬操作；工作單管理；運行記錄和轉移記錄管理設備運行；操作票；缺陷的維修記錄管理；法規和規章。

4.和DCS接口的問題

現在，國內的DCS硬件大多為進口設備，然而國外的DCS通信開放性受到極大的約束。DCS與ECS的通信接口存在許多問題。

（1）DCS系統主要用于機爐的控制，而在電氣的自動化控制方面的性能比較有限，所以，其與ECS的許多數據均不兼容。

（2）DCS系統掃描一周大約需要200ms，相對較快。而其信息量、通信周期、數據包長度等并不完善，都將影響通信的實時性，且ECS通信速率穩定性不好。

四、調試過程存在的問題與解決方案

進行電氣監控系統性能的測試時我們發現很多問題：在電廠電氣監控系統的架構和運行過程中，時常有分散控制系統監控失靈、電磁信號干擾、數據傳送丟失等問題產生。對某市電廠發生的各類問題所屬類型進行統計，此市一共6家電廠，其中有3家發生過分散控制系統監控失靈情況，有2家發生過信息數據存放丟失情況，有1家發生過電磁干擾情況。對分散控制系統控制而言，在運用分散控制系統技術從事過程控制時，設備的實時情況、整個系統的實時性及可靠性是必須要保障的。為確保設備安全性，系統調試過程中需對設備變壓器、進線開關及電動機控制開關等控制設備預先進行調試，防止因設備的意外問題而造成財物、人員傷亡等損失。

信息數據的存放問題：電廠電氣監控系統設備在與各設備通信過程中會有大量信息數據產生，這些數據要通過ECS技術來完成信息交換，從而進一步由分散控制系統技術對這些數據進行處理和分配。電廠電氣監控系統的調試當中，這些步驟均具有十分重要的作用，監控系統將信息數據的命令傳達給分散控制系統，ECS系統會對多余的數據進行存放。

電磁干擾問題：在調試電廠電氣監控系統的階段中所有與總線連接的設備都需要大量具有屏蔽作用的雙絞線，所以電磁干擾問題往往會在電氣監控系統當中出現。系統調試的過程中，傳輸數據或者對數據進行互訪很可能會對周圍其他器件造成大量電磁信號的干擾，全部設備在通電啟動后就會成為電磁干擾源，這樣會形成相互影響的惡性循環，會最終導致分散控制系統技術出現顯示壞點以及在數據傳送途中造成數據亂碼甚至數據丟失的情況。為確保信號傳輸的可靠、穩定，需要對傳輸線纜進行布線線纜的屏蔽層的接地工作，并且線纜過長時還要分段進行接地。

五、電廠電氣監控的優缺點

1.優點

（1）系統采用分層分布式結構，結構清晰、靈活，可分階段實施，易于擴展。現場主要設備簡單地通過增加相應智能終端的通信和管理底層系統擴展連接就可以實現。

（2）兼容性。管理或前端機通信管理單元通信提供了各種接口。

2.缺點

（1）采取了很多DCS的I/O點數，投資大、卡件多。

（2）電氣保護、測量、開關位置以及其他所需信息檢測不完整。

（3）不能達到遠程保護信號復位。

（4）模擬直流采樣，設備投資高。

（5）電氣二次接線復雜，花費了大量的電纜施工和維護的工作量。

（6）所有信息都集中在DCS、DAS系統，系統風險比較大。

（7）無法完成以上操作和管理復雜的電氣工作，諸如電力系統運行維護人員的醫療管理、保護設置、事故追憶和其他信息。

六、總結

DCS引進到電廠電氣控制系統，將大大提高整個電廠的電氣系統運行及管理能力，提高電廠運行的安全性，降低電廠的經濟成本，這樣必將使得電廠的市場競爭力得到極大提高。隨著DCS在電氣監控系統中的不斷發展和完善，電氣控制系統也已經由單純的監測轉向監控與控制合一，由過去的集中I/O方式、遠程I/O方式向現場總線方式發展。隨著信息科學技術和電子通訊技術的持續發展，具有智能前端設備與現場總線的監控方式將會是電廠電氣監控系統的發展趨勢，這有待我們不斷實踐總結經驗。

參考文獻：

[1]王詩然.發電廠廠用電電氣監控管理系統的設計與應用[D].北京：華北電力大學，2012.

[2]侯永強，陳立新，楊星利，等.電廠電氣監控系統中存在的問題探析[J].華章，2013，（9）：331.

[3]黃璟.電廠電氣監控系統發展問題探討[J].現代商貿工業，2011，（1）：261-262.

[4]陳力俊.電廠電氣監控系統淺談[J].民營科技，2011，（5）：38.

[5]王海源.電廠電氣監控管理系統研究[J].科技創新與應用，2012，（27）：184.