火力發(fā)電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

林廣龐

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 惠來(lái) 515233）

0 引 言

廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)（Electrical Control and Management System，ECMS）是一種應(yīng)用計(jì)算機(jī)、測(cè)量保護(hù)與控制、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以及通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的運(yùn)行、保護(hù)、控制、優(yōu)化等功能的綜合自動(dòng)化在線監(jiān)控管理系統(tǒng)[1]。它通過(guò)多種通信形式，與廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory Information System，SIS）、分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）等相連接，關(guān)聯(lián)廠內(nèi)整個(gè)廠用電系統(tǒng)，共同構(gòu)造出新時(shí)代智慧電廠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，輔助完成電氣設(shè)備的控制與監(jiān)測(cè)功能，大大提升了發(fā)電廠的自動(dòng)化水平。同時(shí)，借助ECMS對(duì)數(shù)據(jù)的采集與分析，提高了電廠在電力市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力[2]。

1 ECMS系統(tǒng)概述

ECMS系統(tǒng)采用了先進(jìn)的分層分布式結(jié)構(gòu)，共分為3層，即站控層、通信管理層以及間隔層，形成3層設(shè)備兩層網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)[3]。使用iPACS5000自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，是ECMS數(shù)據(jù)采集與處理的核心軟件系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、圖形系統(tǒng)軟件、報(bào)表系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)管理軟件、通信管理軟件及其他維護(hù)工具軟件等。

1.1 ECMS系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用一套站控層系統(tǒng)連接所有的通信管理層設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制。站控層設(shè)備包含了冗余的服務(wù)器、多臺(tái)運(yùn)行工作站、工程師站以及通信網(wǎng)關(guān)等。服務(wù)器和通信管理單元可以選擇冗余方式，站控層網(wǎng)絡(luò)和間隔層網(wǎng)絡(luò)也可以選擇雙網(wǎng)冗余的方式，其優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通信的數(shù)據(jù)量大[4]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

站控層采用兩臺(tái)主備冗余服務(wù)器兼操作員站模式，雙以太網(wǎng)通信。通信管理層采用ECM-5908通信管理機(jī)，雙機(jī)運(yùn)行。全廠電氣測(cè)控裝置種類繁多，合理的通信方式和規(guī)約形式是保障通信穩(wěn)定可靠的前提。另外提供多種通信接口，在接口上運(yùn)行相適應(yīng)的通信規(guī)約，將各種不同的設(shè)備通過(guò)不同接口搭設(shè)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。間隔層中的6 kV WDZ系列綜合保護(hù)裝置、380 V LPC系列綜合保護(hù)裝置以及380 V廣州智光儀表等采用雙網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)RS485總線通信方式，通信介質(zhì)為屏蔽雙絞線。380 V西門子馬達(dá)控制器采用單網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式，通信介質(zhì)為西門子profibus總線[5]。

1.2 分布式控制系統(tǒng)的接入方式

取消硬接線的接線方式，采用全通信方式，如圖2所示。ECMS可以在通信管理層和站控層提供與DCS連接的接口。處理器分散處理單元（Data Processing Unit，DPU）的實(shí)時(shí)性好，可以實(shí)現(xiàn)邏輯閉鎖等控制功能，但是I/O容量有限。一般把需要控制的控制量以及參與控制閉鎖的開關(guān)量放在DPU中，其他數(shù)據(jù)直接上送到DCS主站中，這樣可以有效地減少DPU的數(shù)據(jù)量。DPU一般與通信管理單元通信，邏輯閉鎖可以在DPU中實(shí)現(xiàn)也可以在通信管理單元中實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通信管理單元可以接收DPU發(fā)出的控制命令，執(zhí)行控制操作。

圖2 采用直接接入的對(duì)接方式

1.3 iPACS5000自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)

iPACS5000自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)是站控層的一個(gè)子系統(tǒng)，其中包括前置機(jī)組態(tài)、系統(tǒng)組態(tài)、SCADA管理工具、報(bào)表管理、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)管理以及數(shù)據(jù)庫(kù)操作中間層等[6]。（1）網(wǎng)絡(luò)組態(tài)的建立。通過(guò)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)名、冗余節(jié)點(diǎn)名、節(jié)點(diǎn)類型、網(wǎng)卡IP地址以及用戶權(quán)限級(jí)別等建立監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)建立。通過(guò)以下5個(gè)方面建立數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)：①添加通信管理機(jī)，輸入IP地址、端口號(hào)；②ECM5908串口配置，配置規(guī)約、模式、波特率、校驗(yàn)方式等，其中串口[0]選電廠通用DCS串口規(guī)約，串口[2]選WDZ裝置規(guī)約，右擊串口COM[0]添加電氣裝置；③配置網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)口，選擇規(guī)約，添加裝置；④測(cè)點(diǎn)模型導(dǎo)入裝置，關(guān)聯(lián)測(cè)控裝置的開入，開出及保護(hù)位置信號(hào)；⑤設(shè)置計(jì)數(shù)類及測(cè)量類測(cè)點(diǎn)參數(shù)，變比修改。三是圖形組態(tài)建立。包括基本作圖，如采用圖形編輯，圖形整理，圖符元件等；畫面的動(dòng)態(tài)連接，把畫面中的動(dòng)態(tài)圖元與數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)點(diǎn)連接。四是報(bào)表組態(tài)建立。采用Excel平臺(tái)創(chuàng)建報(bào)表，分為以下幾個(gè)步驟：首先進(jìn)行報(bào)表屬性配置；其次輸入有效報(bào)表名稱；再次設(shè)置報(bào)表類型，如日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表；最后關(guān)聯(lián)相對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)。

2 ECS系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1 電量統(tǒng)計(jì)功能

該系統(tǒng)為公司電量統(tǒng)計(jì)工作和成本核算工作提供了穩(wěn)定的廠用電負(fù)荷功率數(shù)據(jù)，幫助公司進(jìn)一步降低供電燃煤成本和廠用電成本，推動(dòng)和落實(shí)燃料摻燒和節(jié)電措施。

按照Excel的使用習(xí)慣和格式，自定義各類報(bào)表，如日?qǐng)?bào)、班報(bào)、月報(bào)、年報(bào)及各類統(tǒng)計(jì)信息報(bào)表等，支持公式計(jì)算功能，可以在報(bào)表中輸入公式，自動(dòng)計(jì)算公式的值。同時(shí)支持圖表功能，可以在報(bào)表中插入棒圖、折線圖、餅圖等圖形，直觀地顯示報(bào)表中的數(shù)據(jù)，以便于比較分析。

SIS電量報(bào)表如圖3所示，它實(shí)現(xiàn)了所有機(jī)組廠用電負(fù)荷功率數(shù)據(jù)上送SIS系統(tǒng)，徹底告別了廠用電率人工抄表計(jì)算的歷史，為SIS系統(tǒng)完成電量報(bào)表、運(yùn)行部值際評(píng)比等提供了可靠且穩(wěn)定的廠用電負(fù)荷功率數(shù)據(jù)。

圖3 SIS電量報(bào)表

根據(jù)獲取的電量數(shù)據(jù)合理分配電氣設(shè)備運(yùn)行模式，為降低廠用電率、燃煤摻燒以及節(jié)能減排提供保障[7]。

2.2 數(shù)據(jù)處理功能

2.2.1 高速的數(shù)據(jù)采集和處理

采用了DSP等高性能處理器，使得裝置有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。與外界的通信選用高速現(xiàn)場(chǎng)總線或高速工業(yè)以太網(wǎng)方式，能夠快速地把采集到的數(shù)據(jù)送出去，同時(shí)也能快速響應(yīng)執(zhí)行遠(yuǎn)方命令[8]。

2.2.2 數(shù)據(jù)的快速傳遞

ECMS的通信管理單元選用了嵌入式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)處理器，采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)以及高速工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線等通信方式，保證了數(shù)據(jù)在通信管理單元上的快速存儲(chǔ)處理與傳遞[9]。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理機(jī)制

采用了事件觸發(fā)方式的數(shù)據(jù)處理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速響應(yīng)。這些事件包括了外部事件和內(nèi)部事件，其中的外部事件包含了實(shí)際應(yīng)用中遇到的事件順序記錄（Sequence Of Event，SOE）、如保護(hù)動(dòng)作事件和自診斷事件等，內(nèi)部事件包含了系統(tǒng)內(nèi)部的告警、故障消息等。

2.3 故障錄波分析功能

故障錄波采集和分析系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：一是自動(dòng)、手動(dòng)召喚裝置錄波文件；二是列表顯示裝置錄波文件；三是圖形分析錄波文件各個(gè)通道的圖像信息；四是編輯、打印錄波文件各個(gè)通道的圖像信息等[10]。

3 結(jié) 論

ECMS系統(tǒng)已全面應(yīng)用在全廠6 kV/380 V電氣設(shè)備及智能設(shè)備，能準(zhǔn)確提供電氣設(shè)備的運(yùn)行電流、電壓以及功率，并實(shí)時(shí)上送電氣設(shè)備的電量，提供報(bào)警信息，開關(guān)變位信息。

該系統(tǒng)采用直接對(duì)接方式接入DCS，電氣系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)時(shí)響應(yīng)速度高，既滿足DCS信息需要功能，還減少了DCS硬件設(shè)備、電纜投資以及DCS負(fù)擔(dān)。此外，它采用GPS對(duì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了全廠測(cè)控裝置時(shí)間統(tǒng)一，為故障分析、保護(hù)動(dòng)作事件提供了時(shí)間保障。

該項(xiàng)目的實(shí)施不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動(dòng)化，減少人工投入成本，而且在燃煤機(jī)組大力節(jié)能減排的大環(huán)境下協(xié)助分析廠內(nèi)負(fù)荷消耗電量情況，精準(zhǔn)計(jì)算廠用電率，通過(guò)控制調(diào)整電氣設(shè)備運(yùn)行模式節(jié)約電量，降低了機(jī)組煤耗，減少了二氧化碳、硫化物和NOx的排放。對(duì)于提高能源使用率、推進(jìn)節(jié)約型社會(huì)、促進(jìn)火電廠可持續(xù)發(fā)展以及建設(shè)國(guó)家藍(lán)天白云工程有著重要意義。