淺談電氣控制系統(tǒng)（ECS）的應(yīng)用和發(fā)展

經(jīng)文駒

摘 要： 隨著電廠生產(chǎn)管理的要求不斷提高，電氣設(shè)備智能化水平的不斷提升，電氣控制系統(tǒng)（ECS）功能得到了進(jìn)一步擴(kuò)展。將ECS、NCS及電氣各類專用智能設(shè)備（如同期、微機(jī)保護(hù)、自動(dòng)勵(lì)磁等）采用通訊方式與DCS系統(tǒng)接口，作為一個(gè)DCS系統(tǒng)中一個(gè)相對獨(dú)立的子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同一平臺(tái)，便于監(jiān)控、管理、維護(hù)；即廠級電氣綜合保護(hù)監(jiān)控的概念。

關(guān)鍵詞： 功能擴(kuò)展；電氣控制系統(tǒng)；電氣綜合自動(dòng)化

在電力行業(yè)飛速發(fā)展的今天， 企業(yè)為了適應(yīng)智能化管理的需要，采用信息、智能技術(shù)，建立SIS（實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)）、MIS（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）系統(tǒng)已成為必然趨勢。為了適應(yīng)“廠網(wǎng)分家，競價(jià)上網(wǎng)”這一新的形勢，建立信息共享、管理、決策平臺(tái)，已成為必然趨勢。

一、電氣控制對象的特點(diǎn)和要求

電氣控制量與熱控相比在控制要求及運(yùn)行過程中有著很多不同點(diǎn)，電氣的主要特點(diǎn)如下。

（1）電氣控制系統(tǒng)相對熱機(jī)設(shè)備而言控制信息采集量小，操作頻率低，但強(qiáng)調(diào)快速性、準(zhǔn)確性。

（2）電氣設(shè)備保護(hù)自動(dòng)裝置要求可靠性高，動(dòng)作速度快；同時(shí)對抗干擾要求較高。

（3）電氣控制系統(tǒng)（ECS）主要以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和順序控制為主，聯(lián)鎖保護(hù)較多。

二、常規(guī)ECS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能和水平

大多數(shù)電廠和DCS廠家所實(shí)現(xiàn)的ECS控制功能主要局限在以下幾個(gè)方面。

1、監(jiān)視部分：發(fā)變組系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)，廠用電系統(tǒng)，直流系統(tǒng)和UPS電源系統(tǒng)，所控電氣設(shè)備開關(guān)、閘刀的狀態(tài)監(jiān)視；中央信號及事故報(bào)警、追憶功能。

2、控制部分：發(fā)變組電氣一次設(shè)備的控制、聯(lián)鎖，發(fā)電機(jī)程序起停，勵(lì)磁調(diào)節(jié)；廠用電源的操作；電氣接地系統(tǒng)管理；斷路器、隔離開關(guān)的控制。

三、功能擴(kuò)展后的ECS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能和集中監(jiān)控水平

1、設(shè)計(jì)原則

對于發(fā)電機(jī)組和廠用電部分的操作，運(yùn)行人員可以在ECS系統(tǒng)的運(yùn)行工作站上實(shí)現(xiàn)，為發(fā)電系統(tǒng)提供了繼電保護(hù)功能和信息管理功能。

（1）系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)原則：重要設(shè)備和關(guān)鍵環(huán)節(jié)考慮冗余設(shè)計(jì)，如發(fā)變組保護(hù)等；通訊網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)具有自診斷和糾錯(cuò)功能。

（2）系統(tǒng)的大容量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，滿足大容量數(shù)據(jù)采集的要求。

（3）系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)原則：選用高速工業(yè)以太網(wǎng)/現(xiàn)場總線，通訊主控單元選用工業(yè)計(jì)算機(jī)。

（4）通信服務(wù)器、通訊網(wǎng)絡(luò)采用冗余方式，每個(gè)控制設(shè)備可采用主/備雙通道，故障時(shí)自動(dòng)切換，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（5）快速的主/備機(jī)故障切換機(jī)制，確保主/備機(jī)數(shù)據(jù)的一致性。

2、電氣控制系統(tǒng)（ECS）的監(jiān)控對象及應(yīng)具備的功能

（1）電氣ECS監(jiān)測和控制的對象主要有

發(fā)變組，AVR（自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置）、同期裝置、高、低壓廠用電源開關(guān)，6KV廠用電動(dòng)機(jī)，直流系統(tǒng)，UPS電源，保安電源及柴油機(jī)。監(jiān)測量包括電流、電壓、功率、頻率、電能和溫度量等；信號量包括斷路器、隔離開關(guān)以及接地開關(guān)的位置信號、繼電保護(hù)裝置動(dòng)作及報(bào)警信號、運(yùn)行監(jiān)視信號等。

（2）主要實(shí)現(xiàn)功能

（a）數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視與處理：模擬量采集包括電流、電壓、功率、頻率等電量和溫度等非電量。數(shù)字量采集包括斷路器，隔離開關(guān)以及接地刀閘的位置信號，保護(hù)動(dòng)作信號、運(yùn)行監(jiān)視信號等，并實(shí)現(xiàn)如下功能： 定時(shí)采集、越限報(bào)警、設(shè)備異常報(bào)警、事件順序記錄（SOE）和操作記錄；脈沖量的采集包括電度等，并實(shí)現(xiàn)如下功能：應(yīng)能連續(xù)采集電度脈沖量，對采集的電度量進(jìn)行分時(shí)段和方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)等。對主要電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。如：電氣一次系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各主要電氣量（電流、電壓、頻率、功率）等的實(shí)時(shí)值，各機(jī)組及全廠發(fā)電容量曲線，各種保護(hù)信息及報(bào)表，控制操作過程記錄及報(bào)表，事故追憶記錄報(bào)告或曲線，操作票和各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

（b）控制操作：正常運(yùn)行時(shí)，不允許在廠用電綜合保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作，其操作權(quán)交由機(jī)組DCS。控制方式分為就地控制、主控層或DCS控制。操作命令的優(yōu)先級為：就地控制——站控層或DCS控制。同一時(shí)間只允許一種控制方式有效。

（c）報(bào)警：在電氣工程師站當(dāng)所采集的模擬量發(fā)生越限，數(shù)字量變位及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自診斷故障時(shí)應(yīng)進(jìn)行報(bào)警處理。

（d）事件順序記錄（SOE）及事故追憶：對斷路器位置信號、繼電保護(hù)動(dòng)作信號等開關(guān)量進(jìn)行事件順序記錄，分辨率應(yīng)不大于1ms。在出現(xiàn)事故后，能追憶事故前后一定時(shí)間內(nèi)的變化情況。

（e）運(yùn)行管理：運(yùn)行操作指導(dǎo)、事故分析檢索、在線設(shè)備分析、模擬操作；其他日常管理，如操作票、自動(dòng)抄表、設(shè)備管理、工作票管理，運(yùn)行記錄及交接班記錄管理，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、缺陷、維修記錄管理等。

四、采用擴(kuò)展功能的ECS系統(tǒng)（或稱為電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)）的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

1、特點(diǎn)

（1）開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：采用高速交換式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)通訊的帶寬，保證數(shù)據(jù)的高速交換；支持各種基于不同協(xié)議的設(shè)備與系統(tǒng)的互聯(lián)。

（2）系統(tǒng)功能的模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)功能的模塊化、層次化，功能的任意組合，同時(shí)提供數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的API開發(fā)接口。

（3）與相關(guān)系統(tǒng)的無縫連接，可實(shí)現(xiàn)多種方案的DCS接入方式，同時(shí)可與SIS、MIS連接。

2、優(yōu)點(diǎn)

（1）設(shè)備就地安裝，與DCS間通過數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)連接，可節(jié)約大量測量控制電纜，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

（2）采用電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后，最大限度的利用已有資源，系統(tǒng)的電氣信息量極大豐富，且交換不受限制。

（3）可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行分析、畫面顯示、報(bào)表生成、打印、人機(jī)接口、事件記錄、報(bào)警、事故追憶、防誤閉鎖等豐富的電氣自動(dòng)化應(yīng)用功能，組織成一個(gè)分層分布式的電氣監(jiān)控系統(tǒng)。

五、應(yīng)用前景及展望

應(yīng)該說，功能擴(kuò)展的ECS系統(tǒng)首次將微機(jī)保護(hù)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)際應(yīng)用到電廠電氣自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了電廠廠用電部分的綜合自動(dòng)化[1]。同時(shí)，在保證DCS系統(tǒng)與ECS系統(tǒng)相對獨(dú)立性的同時(shí)，使ECS與DCS緊密聯(lián)系，發(fā)揮DCS強(qiáng)大的監(jiān)視、記錄、運(yùn)算等手段，將這些設(shè)備納入到DCS應(yīng)用功能中，可以對這些智能設(shè)備進(jìn)行參數(shù)的整定，監(jiān)視，SOE記錄等。給用戶帶來的方便，提高機(jī)組的運(yùn)行、管理水平，實(shí)現(xiàn)了電廠機(jī)、爐、電的一體化運(yùn)行。這將是今后DCS系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

目前，在很多電廠已接受這種思路和選型，使得電廠的綜合自動(dòng)化水平上一個(gè)新的臺(tái)階，應(yīng)用前景非常廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]金君斌.電氣控制系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（04）：69-70.