論電氣系統的綜合自動化

陳安利

摘 要：電力系統的綜合自動化技術一直是電力各個部門著力研究的問題，符合電力系統發展的迫切需要。發電廠作為電力系統的樞紐部門，自動化技術更是在里面扮演了重要的角色。文章概述了自動控制系統的發展過程及相關研究狀況，比較了各種自動控制模式的優劣；討論了建立在微機保護系統和電

1 自動控制系統簡介

自動控制系統主要有集中監控方式、遠程監控方式和現場總線監控方式以對系統進行控制。此三種方式各有其優點，在系統設計時可根據實際情況靈活選用。

1.1 集中監控

集中式，顧名思義，其突出特征是用一個處理器集中處理系統的各項功能。這種監控方式方便運行維護，對于控制站的防護要求少，容易做系統設計。然而在集中式的模式下，處理器往往負擔著相當繁重的任務，其處理的速度受到很大的影響。當開始監控全部電氣設備后，由于監控對象的大量增加，將導致電纜數量增加、主機冗余下降和投資加大；而長距離電纜將會引入干擾，也會導致系統的可靠性受到影響。

1.2 遠程監控

遠程控制裝置在最早研發的一批自動化系統中占有重要地位。遠程控制裝置的主體部分是模擬電路，組成部件有電話繼電器和電子管等分立元件。在這一階段中，自動控制系統還不依靠軟件，主要是依靠硬件來實現。而由硬件來完成數據收集和判斷是無法很好地完成自動控制和遠程調解的作用的。

1.3 現場總線監控

這是后期發展起來的一種監控方式，使得系統設計能夠更有針對性，間隔不同功能不同。這使得我們根據間隔的情況，把握實際需求來進行設計。這種特性使得現場總線監控方式具有遠程監控的全部優點而且所需隔離設備、I/O卡件、端子柜和模擬量變送器等的數目大大減少。

不僅如此，可以做到智能設備的就地安裝，而且可以用通信線將智能設備與監控系統連接，這樣做無疑節省了大量的控制電纜，從而節約了很多投資和安裝維護工作量，也就是降低了成本。

2 綜合自動化監控系統的應用

2.1 現有模式的介紹

2.1.1 集中模式

即為傳統的硬接線方式：

①轉變強電信號為弱電信號；

②采用標準直流信號（4mA～20mA）和空接點方式；

③通過電纜硬接線將電氣模擬量和開關量信號一對一接至DCS的I/O模件柜；

④在DSC中進行組態以實現對電氣設備的監控。

2.1.2 分布式設計

按功能模塊分布實施，結構：采用主從CPU協同工作通過串行方式或網絡技術來實現各功能模塊間的數據通信。

2.1.3 分層分布式模式

分層指的是將ECS從邏輯上劃分為三層：間隔層（終端保護測控單元）、通信層（由電纜108網絡或光纖和通信管理機構成）和站級監控層。分布指的是設計間隔層時利用面向電氣一次回路或電氣間隔的方法以到達將保護單元和測控單元就地分布安裝。

在監控過程中，通信網絡使得站級監控層能夠管理間隔層和進行信息交換。

2.2 三種模式評估

集中方式有著便于管理、設備運行環境好、響應速度快的優點，所以在小型電力系統中仍舊有著重要的作用。而在大型電力系統中采用集中模式管理將造成電纜鋪設的難題，引進長距離電纜也往往會引進干擾，故不常使用。

分布式具有便于系統擴展和維修的特點，但占地較大，常用于中低壓變電站。分層分布式模式是“面向對象”設計的，是前面兩種模式的改進和提升，在降低成本和增強抗干擾方面有很大的優勢。其工作原理方便系統進行擴展，各個部分相對獨立而便于維修、分布調試和投運。特點是功能分散，管理集中。得到了廣泛應用。

2.3 綜合自動化技術的發展展望

我國電力系統的綜合自動技術與國外相比具有起步晚、技術含量低、自主研發少等劣勢，而且國外的電力系統標準與我國有很大的出入。

這就需要我們根據我國的實際情況，鉆研和借鑒國外先進技術，以開發出符合我國國情、有利于社會主義建設、高技術低消耗的綜合自動化系統。隨著科學技術的發展和社會對電力系統運行要求的提高，以后自動化控制技術將會沿著以下的方向發展：

①保護、測量和控制做到一體化，進一步提高其工程實用性，方便用戶；

②國家標準的進一步規范；

③現場總線技術將會結合工業過程應用，掀起以以太網為核心的技術革新。

同時，可以預見到新技術和新理論的應用必然導致一些概念重新定義和引入，那么或許到那時那些傳統的技術界線將不再明確，原本被看做不相關聯的技術將滲透、融合來解決舊的問題、應付新的局面，到時又會出現什么方法來改進綜合自動化技術呢？我們拭目以待。

3 如何搭建分層分布式監控系統

以下以發電廠綜合自動化系統的搭建為例，其他的電氣系統可借鑒和搬用這種方法來研制綜合自動化系統。

一般的發電廠綜合自動化系統的層次結構模型分為六個層面，依次是管理決策層、監控分析層、機組控制層、功能群控層和現場控制層。按照功能分，此六層又構成了四個系統，分別為管理信息系統——管理和決策，動態監控系統——監控管理、實時生產調度，自動化系統——自動控制、保護報警，網絡與數據庫系統——存儲各項數據、生成報表、為個系統間進行通訊和協調，是綜合自動化系統的骨架和樞紐。

一般綜合自動化系統需實現以下功能：

①微機保護，包括電動機保護、電壓切換裝置、變壓器保護、線路保護、母聯保護等，使系統安全運行的關鍵；

②數據采集，保證了系統的可靠性；

③數據處理和挖掘；

④統計報表；

⑤一次圖顯示；

⑥系統自診斷，計算機監控系統和分布式控制箱要能夠在線自診斷和報警；

⑦遙控操作；

⑧數據集成；

⑨通訊平臺，建設一個穩定高效而又安全可靠的系統通訊平臺才能完成信息的集成。

3.1 設計準備

上面的層次化結構模型是以監控分析管理和過程控制為主，發電廠應根據現有的綜合自動化系統架構進行參閱、分析和比較，結合本廠的實際需求，在已有的電氣設備分布結構的基礎上來設計和研制用分層分布式結構實現的綜合自動化控制系統。

可根據實際需求分層，按照通訊順序和信號發送，可分為站控層（管理數據庫，發出指令）、間隔層（數據通信）和現場層（數據通信）。

3.2 系統設計

采用面向對象的程序設計方法，層次化的結構來設計應用支撐平臺。平臺建立的質量對于防止誤判斷和誤操作，提高現場管理水平、實現數據資源共享和減少設備停電和檢修時間等具有重要的意義。

通過此平臺的建立，我們可以減少企業人力物力的投入，能夠深入分析和研究重要模塊如操作票、數據展現、數據采集與發布等的實現技術。

3.3 研究數據庫體系

建立面向對象的、以數據一致性、可靠性、事實性和共享性為原則的高性能多層分布式數據庫體系。改體系應涵蓋數據管理、數據安全性和數據查詢等方面的實現。以保證企業信息交換的安全和速度。在實際操作中可利用已有的自動系統的信息，將其集成起來，以降低成本。

3.4 搭建網絡平臺和和硬件平臺

硬件平臺由微機保護系統和電力參數測控系統組成，確保系統的穩定性、快速性和準確性；網絡平臺選用相關總線技術和通訊規約，保證數據的快速、準確地安全傳輸。

在整個搭建過程中一定要符合相關規范，盡可能地優化設計，建設自動化程度高且快速響應的可靠系統，才能方便以后的運行和維護，發揮其操作簡單和可擴展性強的特點。

4 結 語

電力系統的綜合自動化技術一直是電力各個部門著力研究的問題，符合電力系統發展的迫切需要。發電廠作為電力系統的樞紐部門，自動化技術更是在里面扮演了重要的角色。只有當一個系統能夠集事務管理、經營決策管理和實時信息管理于一體，它才能真正擔負起高水平自動化的管理和高效率運營電廠的任務。發電廠綜合自動化系統是利用現代電子技術、通信技術、信息處理技術、依靠計算機技術實現的整合二次設備的功能、優化設計控制全部設備的綜合性自動化系統。搭建這樣一個系統對于提高效率、降低成本有著極其重要的意義。

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