發電廠電氣監控管理系統組網簡介

宋緒強

摘 要：電廠現場保護測控層電氣設備多，信息量大，極易造成數據堵塞和系統崩潰，發電廠電氣監控管理系統具有可靠性、穩定性、實時性，該系統裝置的直流電源具備抗瞬變干擾功能，開關量具有防抖動功能，電氣量監控分層布置，直接接入CSCS系統的交換機實時通訊，以保障機組調節控制可靠穩定的運行。

關鍵詞：測控層；可靠性；運行

發電廠電氣監控管理系統——ECMS（Electrical Control and Management System in power plants）即原來的 FECS、EFCS、ECS 等，是中國電力顧問集團鑒于廠用電監控管理系統名稱混亂而進行統一的（詳見電顧問 2008 [20]號文）。它集合保護功能和測控功能，保護和測控功能自始至終既相對獨立又相互融合，為發電廠電氣自動化提供了一個完整的解決方案，能滿足各種機組容量等級發電廠的電氣自動化需要。

一、發電廠電氣監控管理系統的典型配置

發電廠電氣監控管路系統采用靈活的分層分布式結構，典型配置可分為三層網傳統模式和二層網直聯模式和集控中心模式，三層網系統自上而下包括監測層、通訊管理層、現場測控單元間隔層等，它把現地保護測控裝置、智能裝置等的信號匯總到通訊管理單元，然后再由通訊管理單元根據上一層的需要向上分發數據，主要是向當地后臺系統和遠方一個或多個系統傳送數據。所傳送的數據可以是通訊管理單元的全部數據也可以是一部分數據，一般當地后臺系統可以接收到全數據，而其他系統由于業務的需要、也由于受到遠程數據傳輸速度慢的限制，只收部分數據。

兩層網直聯模式是測控或保護測控裝置通過工業以太網（或光網）方式直接接入監控網；其他分散部分現場以總線或工業以太網組網，通過前置機接入站控層監控網，對于不具備以太網功能的其它智能裝置，采用先進入通訊管理單元再由通訊管理單元上送給后臺系統和通訊管理單元。條件具備時也可通過工業以太網方式直接接入監控網。由于在兩層網中，保護測控單元的數據上送現地后臺系統時不再經過通訊管理單元而是直接上送，減少了中間環節，在速度上顯然要比三層網快，也不會由于通訊管理單元的故障而導致收不到所有裝置的數據，對保護測控裝置提出了更高的要求。

監測層是整個廠用電監測/監控及管理系統的監測、管理中心，通訊控制站是實現所轄范圍內的監測和控制、通信接收、發送、信息匯集、處理、協議規約轉換、與電廠其它計算機控制系統通訊、通訊監視等功能?，F場測控單元是裝于廠用電系統的現場高低壓開關柜（盤、箱中）或單獨組屏，直接監測、控制廠用電系統的各個回路的智能單元。

集控中心模式是需要監視子站或多子站/分站系統（2 個及以上）的變電站集控中心模式，集控中心分布配置操作員站、工程師站、遠動工作站等模塊。集控中心內，設備或直接連入監控網，或通過協議轉換器接入監控網。各子站/分站配置主備前置機，經轉換設備和光纜連入集控中心監控主網交換機。

二、ECMS系統主要功能

ECMS系統具有對地下廠房內高低壓電源、電氣設備遙測、遙信、遙調、遙控功能，同時具有數據管理、記錄、分析、顯示、報警、打印功能。

ECMS系統具有數據匯總、通訊協議轉換功能，可以將所采集到的數據整理后有選擇的送至CSCS和SIS系統，并根據如上系統要求進行協議轉換，機組數據通過以太網或光網傳輸到機組CSCS系統，公用數據通過以太網或光網可傳輸到兩臺機組CSCS系統。

ECMS系統監測的對象為地下廠房高低壓電氣電源開關具有如下：

地下廠房10KV進線開關及饋線電源（廠低變）開關等。

地下廠房及輔助廠用400VPC電源進線、分段空氣斷路器。

地下廠房及輔助廠房用400VPC至400VMCC電源空氣斷路器及其它饋線開關，以及PC段所有的電動機回路。

ECMS對高低壓電源開關具有遙控功能，正常運行時，系統的所有設備均在CSCS操作完成。

ECMS系統監測其他電氣設備有：發變組保護、勵磁系統、起備變保護、直流系統、UPS系統、柴油發電機、快切裝置等。

三、ECMS系統的構思

全廠可設一套ECMS系統，由監測層、適當設置通信管理層、間隔層構成。

（1）光纖兩層網絡技術特性：

傳輸介質為光纖，可有效避免電磁干擾；傳輸介質采用環型結構并冗余同時結合“回繞”技術，最大限度地降低了由于線路損壞對系統造成的影響。

① 雙重化環行網結構，內環的令牌（Tokes）傳輸方向是逆時針方向，外環路令牌為順時針方向，令牌環行一周，每個站獲得一次發信權。一般情況下，外環為主網環路，內環為熱備份網絡。

② 當主網（外環）故障時（如網絡折斷）如圖所示。主網停止運行，備份網投入運行，不影響數據傳輸。

③ 當內環故障時，站間數據依靠外環傳輸系統仍可正常工作。

④ 當某站故障時，如站3故障，可將故障站旁路掉，令牌從外送到站2處，再從站2自內環返回到站1，并傳送到站4處，從站4自外環返回站1。令牌仍可傳送，系統可繼續運行，此功能稱為環路返回（Loop-Back）功能。

（2）穩定的實時響應：

① 令牌網的最大優點是數據傳輸的穩定實時響應。在重負荷工況下以太網（Ethernet）的通訊競爭激烈、碰撞增多，難于得到發送權，從而使數據傳輸阻塞，實時響應急速下降。

② 令牌網沒有這一缺點，即使在重負荷工況下，令牌網的環行周期仍然是可設計和可控制的，在多個掛站的情況下，精心設計的硬件和軟件，仍可保證令牌環行周期在10ms之內。因此可以設定的令牌周期為≥10ms。例如：50ms、100ms，這就意味著每個站每秒可獲得10～20次發送權，每個控制站每秒將可發送20K～30Kbyte數據量，因此它的通訊能力十分強大。

（3）通訊協議：

系統通訊主干網是采用FDDI（fiber distributed data interface光纖分布式數據接口）標準，是一種高性能的光纖令牌環狀網。它的速率為100Mbps，跨越的距離可達200km，最多可連接1000個站點。通訊介質采用的是多模光纖，其傳輸數據的準確率極高，傳送2.5*1010bit誤碼率遠低于1bit。

基本LCU PLC控制器承擔受控裝置閉環、開環控制任務，同時也承擔了聯鎖保護任務，是系統中完成控制保護任務的基本計算單元；冗余配置的高速光纖通訊網絡，連接了全部基本LCU PLC控制器及上面人-機界面系統；操作員工作站（POC）、工程師工作站（EWS）、歷史數據站（HDS）、通訊接口站（CIS）等掛于高速光纖網絡上，構成機組級人-機界面系統。需要制表打印輸出的數據，由操作員工作站（POC）、工程師工作站（EWS）、歷史數據站（HDS）傳送到外設網絡上，由打印機（PRNT）輸出。

除上所述外，還應對ECMS任務跟蹤和裝置信息點表、進入CSCS系統、送SIS系統的站點、設備名稱、測點名、測點類型名、測點ID、表點ID、第一網卡、第二網卡、地址等進行賦值定義。

參考文獻：

[1] 南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-9700發電廠廠用電氣監控管理系統（ECMS）簡介