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     一、發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)
　　

      發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)在布置方式和數(shù)量上,廠用電設(shè)備分散安裝于各配電室和電動機(jī)控制中心,元件數(shù)量眾多,運(yùn)行管理信息量大,檢修維護(hù)工作復(fù)雜。與熱工系統(tǒng)相比較,電氣設(shè)備操作頻率低,有的系統(tǒng)或設(shè)備運(yùn)行正常時,幾個月或更長時間才操作一次;電氣設(shè)備保護(hù)自動裝置要求可靠性高,動作速度快,比如保護(hù)動作速度要求在40ms以內(nèi)完成。
　　在電氣設(shè)備本身構(gòu)造上,其具有連鎖邏輯較簡單、操作機(jī)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。在控制方式上,廠用電系統(tǒng)的主要設(shè)備監(jiān)控需要接入DCS系統(tǒng),但在兩臺機(jī)組共用一臺起備變的情況時,由于一臺機(jī)組的檢修不能影響另一臺機(jī)組的正常運(yùn)行,因此需要考慮兩臺機(jī)組DCS電氣控制的模式,確保對其控制權(quán)的惟一性。總結(jié)以上特點(diǎn),在構(gòu)建ECS時,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、與DCS的聯(lián)網(wǎng)方式是確保系統(tǒng)高可靠性的關(guān)鍵。既要實(shí)現(xiàn)正常起停和運(yùn)行操作外,又要實(shí)現(xiàn)實(shí)時顯示異常運(yùn)行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài),并提供相應(yīng)的操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施,保證電氣系統(tǒng)在最安全合理的工況下工作。
　　
　　二、集中模式
　　
　　(一)原理
　　集中模式也就是傳統(tǒng)的硬接線方式,將強(qiáng)電信號轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹼娦盘?采用空接點(diǎn)方式和4～20mA標(biāo)準(zhǔn)直流信號,通過電纜硬接線將電氣模擬量和開關(guān)量信號一對一接至DCS的I/O模件柜,進(jìn)入DCS進(jìn)行組態(tài),實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的監(jiān)控。這種模式又分為直接I/O接入方式和遠(yuǎn)程I/O接入方式兩種,前者是將電纜接至電子間集中組屏,后者是在數(shù)據(jù)較集中且離主控室較遠(yuǎn)的電氣設(shè)備現(xiàn)場設(shè)立遠(yuǎn)程I/O采集柜,然后通過通信方式與DCS控制主機(jī)相連,兩者具有相同的實(shí)現(xiàn)技術(shù),本質(zhì)上沒有區(qū)別。
　　(二)優(yōu)點(diǎn)
　　電氣量的采集集中組屏,便于管理,設(shè)備運(yùn)行環(huán)境好;硬接線方式成熟,響應(yīng)速度快。
　　(三)缺點(diǎn)
　　1.電纜數(shù)量大,電纜安裝工程量大,長距離電纜引進(jìn)的干擾也可能影響DCS的可靠性。
　　2.DCS系統(tǒng)按“點(diǎn)”收費(fèi),不僅投資大,而且只有重要的電氣量才能進(jìn)入DCS,系統(tǒng)監(jiān)測的電氣信息不完整。
　　3.所有信息量均要集中匯總至DCS系統(tǒng),風(fēng)險(xiǎn)集中,影響系統(tǒng)可靠性。
　　4.由于DCS調(diào)試一般是最后進(jìn)行,采用集中模式通常難以滿足倒送廠用電的要求。
　　5.沒有獨(dú)立的電氣監(jiān)控主站系統(tǒng),無法完成較復(fù)雜的電氣運(yùn)行管理工作(如防誤、事故追憶、繼電保護(hù)運(yùn)行與故障信息自動化管理、錄波分析等高級應(yīng)用功能),不能實(shí)現(xiàn)電氣的“綜合自動化”。
　　
　　三、分層分布式模式
　　
　　(一)原理
　　分層分布式模式從邏輯上將ECS劃分為三層,即站級監(jiān)控層、通信層和間隔層(間隔單元)。
　　間隔層由終端保護(hù)測控單元組成,利用面向電氣一次回路或電氣間隔的方法進(jìn)行設(shè)計(jì),將測控單元和保護(hù)單元就地分布安裝在各個開關(guān)柜或其他一次設(shè)備附近。網(wǎng)絡(luò)層由通信管理機(jī)、光纖或電纜108網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,利用現(xiàn)場總線技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總、規(guī)約轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)和傳控制命令的功能。站級監(jiān)控層通過通信網(wǎng)絡(luò),對間隔層進(jìn)行管理和交換信息。
　　(二)優(yōu)點(diǎn)
　　1.間隔層測控終端就地安裝,減少占用面積,各裝置功能獨(dú)立,組態(tài)靈活,可靠性高。
　　2.模擬量采用交流采樣,節(jié)省二次電纜,降低了成本,抗干擾能力增強(qiáng),系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)精度大大提高。
　　3.系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)量提高,監(jiān)控信息完整,能實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)方對保護(hù)定值的修改及信號復(fù)歸,運(yùn)行維護(hù)方便。
　　4.分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù),局部故障不影響其他模塊(部件)正常運(yùn)行。
　　5.設(shè)置獨(dú)立的電氣監(jiān)控主站,便于分步調(diào)試和投運(yùn),滿足倒送電的要求。同時有利于廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和檢修。
　　(三)關(guān)鍵技術(shù)
　　1.間隔層終端測控保護(hù)單元。分層分布式系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是以間隔層一次設(shè)備為單位,現(xiàn)場配置測控保護(hù)單元。該單元是保障廠用電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行最重要、最有效的技術(shù)手段,對其可靠性、靈敏性、速動性和選擇性都有很高的要求,因此不宜由DCS來實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能,而應(yīng)該采用專用保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)。廠用電系統(tǒng)保護(hù)主要有線路、廠用變、電動機(jī)綜合保護(hù)測控裝置等,實(shí)現(xiàn)微機(jī)化保護(hù)、實(shí)時數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)方及就地控制以及記錄故障數(shù)據(jù)等功能。

　2.通信網(wǎng)絡(luò)。ECS系統(tǒng)安裝工作于高電壓、大電場的環(huán)境,工作環(huán)境惡劣、電磁干擾大,因而通信網(wǎng)絡(luò)是ECS系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,通信網(wǎng)絡(luò)的性能直接影響著自動化監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能。目前較為流行地采用電纜現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)方式,光纖通信亦開始被用戶逐步接受。通信管理層是間隔層和站控層之間的橋梁,方案中一般采用雙冗余的設(shè)計(jì)思想,按照通信管理機(jī)雙機(jī)熱備用或雙通道備用原則配置,當(dāng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)問題時,系統(tǒng)能自動切換至冗余裝置或通道,以提高系統(tǒng)可靠性。
　　3.監(jiān)控主站。監(jiān)控主站安置在站級監(jiān)控層,實(shí)現(xiàn)廠用電電氣系統(tǒng)監(jiān)控和管理,主站配置的設(shè)備和規(guī)模需要根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)組的容量和運(yùn)行管理要求進(jìn)行設(shè)計(jì),即可以配置成單機(jī)、雙機(jī)或多機(jī)系統(tǒng),標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備主要有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用和Web服務(wù)器、操作員站、工程師站,以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、GPS和打印機(jī)。
　　盡管配置的設(shè)備規(guī)模不同,但配置的軟件以及完成的功能基本一樣。軟件主要有前置機(jī)軟件、實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件、人機(jī)界面軟件和圖形建模軟件等。功能主要有系統(tǒng)監(jiān)控功能、數(shù)據(jù)管理功能、系統(tǒng)管理功能以及應(yīng)用分析功能等。另外,主站系統(tǒng)可通過多種方式與DCS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。
　　4.ECS與DCS的協(xié)調(diào)控制。由于電氣系統(tǒng)與熱工系統(tǒng)在運(yùn)行過程和控制要求上有著很多不同之處,所以在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段和調(diào)度運(yùn)行過程時必須要考慮ECS與DCS系統(tǒng)之間的功能分工和協(xié)調(diào)控制,主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):由DCS實(shí)現(xiàn)電動機(jī)連鎖邏輯控制操作,廠用電自動切換邏輯由專用電氣裝置實(shí)現(xiàn)。由ECS實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)、故障錄波和事故追憶等功能的管理。控制操作主要在DCS操作員工作站進(jìn)行,DCS系統(tǒng)授權(quán)后也可在ECS操作員工作站進(jìn)行,但要保證控制權(quán)的惟一性。
　　
　　四、發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢
　　
　　(一)嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用
　　由于現(xiàn)場總線通信協(xié)議技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的多樣性,難以統(tǒng)一,使其不能滿足以上性能要求,而以太網(wǎng)由于其傳輸速度快、容量大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活以及低成本等特點(diǎn),在商業(yè)領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)得到了大規(guī)模的應(yīng)用。該技術(shù)成為建立電氣綜合自動化中無縫通信的最好選擇。
　　工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間的通信已成大勢所趨。隨著以太網(wǎng)通信速率的提高,全雙工通信、交換技術(shù)的發(fā)展,為以太網(wǎng)的通信確定性問題的解決提供了技術(shù)基礎(chǔ),從而為以太網(wǎng)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信提供了技術(shù)可能。
　　利用嵌入式軟、硬件,在單片機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)又稱為嵌入式以太網(wǎng)。國外大的電力設(shè)備供應(yīng)商紛紛推出了基于嵌入式以太網(wǎng)的微機(jī)保護(hù)測控設(shè)備,國內(nèi)電力裝備制造商開發(fā)的最新綜合自動化系統(tǒng)中,也把嵌入式以太網(wǎng)成功應(yīng)用于二次保護(hù)控制設(shè)備,因而嵌入式以太網(wǎng)是電氣綜合自動化系統(tǒng)間隔層網(wǎng)絡(luò)通信的必然發(fā)展方向。
　　(二)綜合智能化技術(shù)的應(yīng)用
　　ECS系統(tǒng)控制發(fā)展經(jīng)由計(jì)算機(jī)控制取代了傳統(tǒng)操作盤控制,目前又由計(jì)算機(jī)控制向綜合智能控制和管理發(fā)展,主要表現(xiàn)在間隔層和站控層兩方面。

　　間隔層的保護(hù)和測控單元由傳統(tǒng)的相對獨(dú)立設(shè)計(jì),向著集保護(hù)、測量、控制、遠(yuǎn)動于一體的綜合化及網(wǎng)絡(luò)化智能保護(hù)測控單元發(fā)展,直接面向一次設(shè)備或設(shè)備組合,就地安裝,除實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)、實(shí)時電量監(jiān)控、狀態(tài)信息記錄及歷史記錄等基本功能外,還能與站控層聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)事故分析、狀態(tài)監(jiān)視、微機(jī)防誤操作和安全保障等功能。站控層監(jiān)控系統(tǒng)由滿足基本運(yùn)行SCADA功能,向全面提高運(yùn)行和管理自動化水平發(fā)展。監(jiān)控主站采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對電氣實(shí)時數(shù)據(jù)倉庫和歷史數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,提供一系列的高級應(yīng)用功能。這些功能分為對外和對內(nèi)兩大部分。對外的功能是指給DCS和SIS等其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)機(jī)組優(yōu)化控制和優(yōu)化管理等綜合智能控制;對內(nèi)的功能是指集間隔層裝置的監(jiān)控管理、自動抄表、設(shè)備管理、定值管理、故障信息管理、設(shè)備在線診斷和小電流接地選線等功能于一體。
　　(三)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用
　　為了實(shí)現(xiàn)不同廠家IED設(shè)備的信息共享和互操作性,使廠站電氣綜合自動化系統(tǒng)成為開發(fā)系統(tǒng),國際電工委員會制定了IEC 61850國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)具有信息分層、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模、數(shù)據(jù)自描述、抽象通信服務(wù)接口ACSI等主要特點(diǎn)。該標(biāo)準(zhǔn)為數(shù)字化廠站系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
　　IEC 61850在邏輯結(jié)構(gòu)上將電氣綜合自動化系統(tǒng)分為三個層次:過程層、間隔層和站控層。過程層是一次與二次設(shè)備的結(jié)合面,主要完成開關(guān)量I/O、模擬量采集和控制命令發(fā)送等與一次設(shè)備相關(guān)的功能;間隔層設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)控制和保護(hù)功能,并實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備間的相互對話機(jī)制;站控層完成對站內(nèi)間隔層設(shè)備、一次設(shè)備的控制及與遠(yuǎn)方控制中心DCS及SIS系統(tǒng)通信的功能。
　　目前在國內(nèi)已對基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的電氣綜自系統(tǒng)產(chǎn)品投入了大量研發(fā),基于該標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站示范工程在國內(nèi)也有投運(yùn),這為廠用電ECS系統(tǒng)的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展提供了成功借鑒。