廠用電氣監控管理系統（ECMS）在應用中的典型問題及處理對策

高婷婷，高利平

隨著電力行業的發展，單臺機組容量越來越大，智能化、自動化、一體化運行已成為火電廠系統發展的趨勢。其中廠用電監控系統是火電廠實現自動化運行的重要環節。目前多數電廠都設計有鍋爐、汽機及輔助廠房自動化控制的分布式集散控制系統（簡稱DCS），但DCS無法實現事故記錄查詢、歷史曲線查看、保護定值的調閱與修改、錄波文件的簡單分析、五防閉鎖等比較復雜的綜合管理工作[1]。神華福能發電有限責任公司2×1000 MW工程采用新型廠用電氣監控管理系統（簡稱ECMS），部分或全部取消了傳統的變送器、儀表等設備，減少了傳統DCS的I/O卡件、信號電纜與敷設電纜用的橋架，同時也減少了設計、安裝和維護的工作量，節省了投資，提高了整個發電廠廠用電系統的自動化水平和可靠性。本文介紹了神華福能發電有限責任公司ECMS的建設概況及特點，重點針對系統調試和實際應用中出現的問題進行分析，提出防范措施和解決方案。

1 廠用電氣監控管理系統（Electrical Control and Management System，簡稱 ECMS）建設

神華福能發電有限責任公司2×1 000 MW機組工程設置廠用電氣監控管理系統（ECMS）對全廠電氣設備進行監控。監控范圍主要包括：高壓廠用工作及備用電源、主廠房內低壓廠用電源、輔助車間低壓廠用電源、PC至MCC饋線、保安電源、直流系統（僅監測）、交流不停電電源（僅監測）等。對于發變組，正常由ECMS系統進行監視，其余DCS的少量聯鎖信號采用硬接線，其它所有電氣監控信號經測控裝置以通信方式送入ECMS系統；對于高低廠用電源系統，所有電氣量全部采用通信方式接入ECMS系統進行監控，取消所有硬接線。對機爐電動機，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.

神華福能發電有限責任公司ECMS模式圖如圖1所示。

圖1 神華福能發電有限責任公司ECMS模式圖

ECMS與DCS相互獨立，電源負荷由ECMS監視及控制，電機類負荷由DCS控制。發電機-變壓器組、高低壓廠用電源等電氣設備的控制、監視和管理由ECMS實現。電動機的監測管理信息進入ECMS，但電動機的控制仍由DCS實現，DCS對電源負荷只監視不控制。在集控室中獨立配置DCS、ECMS的操作員站，兩個系統相互獨立。通過數據庫服務器、電氣操作員、通信管理單元和分散在就地的電氣智能裝置實現對每臺設備的電氣量的測量、監視告警、遠方控制、數據統計、定值整定等功能。

ECMS采用北京四方CSPA-2000型系統，在系統組網上采用典型的三層結構：站控層、分布控制層、間隔層。基于IEC61850標準的ECMS組網圖如圖2所示。

圖2 基于IEC61850標準的ECMS組網圖

在ECMS中，站控層屬于系統控制管理的核心，完成了系統中所有數據的分析與處理工作。同時，根據生產實際需要，將一些關鍵數字、控制模塊顯示到各監控畫面，實現了對整個系統的控制。站控層配置數據庫服務器、電氣操作員站、電氣工程師站等，采用雙網冗余結構，提高了運行可靠性。

分布控制層作為間隔層與站控層的紐帶，主要進行規約及通訊方式的轉換，實時進行信息交換。為了減輕站控層中的服務器的運算負擔，系統將電源部分控制邏輯納入分布控制層。IEC61850通信規約在變電站中應用較為廣泛，目前隨著發電廠自動化發展的需要，已逐步在發電廠中大力推廣使用。

間隔層由各種智能電子裝置（IED）組成，利用電流互感器、電壓互感器、變送器、繼電器等設備獲取各一次設備的運行信息，如電流、電壓、功率、壓力、溫度等模擬量信息以及斷路器、隔離開關等的位置狀態，從而實現對一次設備進行監視、控制和保護，最后通過總線通訊、以太網通訊等形式將數據上傳給站控層。

2 廠用電氣監控管理系統（ECMS）的特點

ECMS投資建設成本低。首先，較傳統的硬接線方式，節約了大量的電纜，電纜通道等投入。其次，較傳統的DCS控制，省去了大量的控制柜、端子柜、減少了DCS電子間的占地面積[2]。最后，調試工作較為方便，可實現模塊化調試，調試好一臺設備后，可通過簡單修改通訊地址完成對剩余同型設備的調試工作。

ECMS運行更為穩定。首先，因采用雙網冗余運行，進一步提高系統運行的可靠性。如果發生單網中斷等異常，另一網絡可以保證系統正常運行，有充足的時間處理異常。其次，因采用了IEC61850通訊方式，大幅降低了傳統硬接線通訊方式中出現的干擾異常狀況，提高了系統運行的穩定性。

ECMS功能更完善。首先，間隔層智能電子設備采集數據量十分龐大，每臺設備約能采集各類數據四百多項。通過采用IEC61850通訊標準，可以準確傳送數據，并通過對這些數據的分析，提前發現設備劣化趨勢、發生事故后準確定性，同型設備能耗對標等。其次，可實現對歷史數據的存儲，按要求形成各類報表，使得設備管理更加規范。并且，系統更加人性化、便于維護和升級，可以在現有模塊的基礎上方便地接入新設備。

3 ECMS系統調試期的典型問題

ECMS采用現場組態的方式，整套系統的組態與調試同步進行，在調試過程中難免出現問題。

典型問題一：通訊異常類問題。ECMS在系統調試期，出現過每間隔一段時間發生通訊異常，失去監控的問題。

通訊故障畫面如圖3所示。

圖3 IEC61850通信測試窗口

經分析診斷，主要原因如下：

1）服務器通訊參數配置不合理，造成與現場設備無法通訊或者頻繁報通訊中斷；

2）因為通訊線接線不良，造成不能正常通訊；

3）因為就地設備通訊參數配置不合理，造成與服務器無法通訊；

4）因為采用不同廠家設備，通訊協議匹配不良，造成不能正常通訊。

針對該類問題，調整了兩臺服務器的通訊進程許可配置，確保了一臺服務器工作時，另一臺服務器處于熱備用狀態。當主服務器發生通訊異常時，備用服務器可以發揮通訊作用。修改400V綜合保護測控裝置CSC-831的數據上傳方式，重新啟動主/備服務器的IEC61850通訊模塊，然后將400V綜合保護測控裝置CSC-831及主控單元CSC861F斷電重啟。

經過上述處理后，ECMS通訊中斷現象未再發生，數據庫遙信數據及遙信光字牌刷新正常。

典型問題二：畫面顯示異常類問題。產生原因如下：

1）畫面中各開關元件無雙重編碼顯示；

2）操作執行時，如果發生執行異常，不能報出異常原因窗口；

3）畫面顯示關聯數據庫錯誤，造成畫面顯示異常。

針對該類問題，對畫面中各開關元件增設雙重編碼，并能實現飄窗顯示。在操作界面增加操作異常彈出窗口，并在窗口顯示簡要的異常原因，提示操作人員故障點，便于故障的排除。認真匹配數據庫與畫面鏈接并逐一測試，確保關聯的正確性。

經過上述處理后，ECMS畫面顯示異常類問題未再發生。

4 結論

基于IEC61850標準的ECMS，除少部分電動機外，各電氣設備及系統最大限度地實現了ECMS控制。該模式節省大量I/O卡件和電纜，降低了設備投資成本，節省了廠房占地空間，顯著提高了火電廠廠用電監控系統的自動化水平及信息管理水平[3]。隨著通信技術的不斷發展，ECMS的軟硬件功能不斷完善，廠用電監控系統的功能必將更加可靠、完善，保障火電廠的自動化運行，提高電力系統的可靠性。

[1]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，2006，12（26）：45-48．

[2]李曉波.關于火力發電廠電氣監控管理系統（ECMS）的幾點說明[J].電氣設計技術，2009，8（2）：33-36.

[3]孫 敏．基于IEC61850標準的ECMS技術在海門電廠的應用研究與實現[J]．電力系統保護與控制，2012，40（16）：148-151.