发电厂电气监控系统ECMS

发电厂电气监控系统ECMS

周辉明

（青岛华丰伟业电力科技工程有限公司山东青岛266100）

摘要：简述ECMS的历史、阐述电厂电气监控系统的监控范围及结构功能，对两种流行的ECMS方案优、缺点进行了比较。以现场总线为主网络将成为今后的发展趋势。

关键词：电厂ECMS

一、引言

随着工业自动化水平的提高，对电力企业安全、可靠性提出了越来越高的要求。而发电厂本身也向着电压等级提高、生产规模扩大、自动化水平提高的方向发展。因此，电厂的实时监视、控制、管理水平也必须不断提高。电厂的DCS系统是电厂自动化的主体作,是保证锅炉、汽机正常运转的核心系统，但DCS系统中在发电厂电气部分的监控中,由于牵涉到很多电气系统的自动装置和厂用电的特殊性,往往在实现控制和联锁功能上不够理想。以现场总线和以太网技术为基础己经广泛应用于发电厂电气系统中,构成了分层分布式的发电厂电气监控管理系统。

二、厂用电微机监控管理系统ECMS的构成

ECMS采用技术先进可靠的分层分布式计算机监控系统，为保证运行的可靠性，整个系统分站控层、通讯管理层、间隔层三层。自上而下采用双网冗余结构.站控层、通讯管理层设备冗余配置。国电克拉玛依电厂ECMS由1#、2#机及公用系统组成，公用系统同时向1#、2#系统传送数据，1#、2#机分别组成各自的厂用电微机监控管理系统。

（1）站控层

站控层按机分段，双以太网冗余配置，每台机组设置1台电气操作员站、1台网络服务器兼工程师站、1台通讯网关及一台网络打印机，机组公用系统通讯管理机跨接在两台机的站控层。每台机组电气主站层以太网设有与DCS的以太网接口。

站控层网络服务器包括实时数据库和历史数据库，用来存储监控系统信息量。设计时应保证系统性能各项指标的前提下，库容量应留有15%的备用量。每台机组配置1台通讯网关，用来与DCS、SIS系统提供通讯接口。留有GPS对时接口。

（2）通讯管理层

通讯管理层负责连接站控层和间隔层﹝现场保护测控单元﹞，通信管理层主设备——通讯管理机具有实时数据库，将间隔层保护测控6.3kV、380V系统设备数据及信息收集、分析、处理后向DCS的DPU传送相关信息，同时接受DCS控制指令实时转发给间隔层设备，另外通讯管理机还要向站控层系统服务器传送和交换数据、信息。

通讯管理层与站控层采用以太网连接，同时可经冗余串口直接与相应机组DCS的电气控制器DPU相联。通讯管理机采用双机双网冗余方式配置。每套通信管理层应具有两个独立的冗余配置的单元模块，以满足完全冗余及双网配置的要求。

（3）间隔层：

间隔层设备包括主厂房6kV系统综合保护测控装置、380V系统综合保护测控装置及发电机–变压器组测控装置（高压厂用工作变压器测控装置、高压厂用启动/备用变压器测控装置）等组成。间隔层设备与通讯管理层设备通讯采用现场总线，即CAN、Ｌｏｎｗｏｒｋｓ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、等现场总线（非RS-485、以太网通讯系统）。采用双冗余接口。

间隔层综合保护测控装置设备分别安装于6kV开关柜以及380VPC、380VMCC各个回路中（固定安装方式）。间隔层6kV及380V综合保护测控装置的通讯机制应具有主动上送功能。间隔层保护测控装置的通讯机制应具有主动上送功能。配置GPS脉冲对时接口。

（4）通讯连接

传输媒介需满足系统可靠抗干扰和数据传输速率的要求。系统通信应实时可靠，抗干扰能力强连接方便应保证点与点之间能共享信息又能互相隔离任一点损坏不能影响其他部分的正常工作。

站控层与通信管理层采用100M工业级快速以太网冗余结构；6kV间隔层保护测控要求采用双网现场总线，380V间隔层保护测控可以采用单网现场总线。

微机综合保护测控装置与通讯管理机之间采用屏蔽双绞线或光纤连接。通信管理机与ＤＣＳ－ＤＰＵ通讯应设置RS232/485串行接口(MODBUS)，采用五类线连接。站控层与DCS、SIS等应设置冗余100M以太网接口，五类线或光纤连接。光缆采用多模室外铠装光缆，长度满足工程要求。电气通讯服务器与机组发变组保护、直流、ＵＰＳ等通讯，采用屏蔽双绞线连接。所有组网用的光缆均留有100%的备用芯。

三、EMCS方案特点

根据目前投运电厂的应用情况，现阶段具体工程设计中根据电厂运行管理模式、自动化管理水平的要求，主流方案主要有两种：

《１》：发变组、高压启动备用变、6千伏电源、380V电源、直流系统、ＵＰＳ等电气设备的控制、监视和管理由ECMS完成。其中发变组、高压启动备用变的控制由硬接线方式实现，其他电气设备控制由通讯方式实现。辅机控制纳入DCS,ECMS负责辅机的监管，ECMS不与机组DCS通讯。

ECMS方案的特点：

1）电气设备独立组网,电气逻辑在ECMS中实现，电气设备的监控和管理全部由ECMS系统实现。不与DCS通讯。专业划分更加清晰，各司其职。ECMS，DCS，保护等智能设备配合职责清晰。

2）将厂用电源负荷的监控功能全部由ECMS实现，DCS可以不设ECMS控制器及其IO卡件，大大节省了DCS的工程费用，同时节省了大量电缆。

3）ECMS与DCS系统相互独立，功能清晰，电源负荷归ECMS监控，工艺负荷由DCS控制。

4）对于主厂房内锅炉、汽机和公用低压厂变，每组低压厂变互为暗备用。正常运行时锅炉、汽机低压厂变的分段断路器断开，在正常操作时分段断路器为先合上，然后跳开相应的低压厂变进线断路器；当一段母线失电时，经判断该段母线无故障后自动合上分段断路器，逻辑均由ECMS实现,由于经过的环节少而提高电源自投的速度，保证设备可靠运行

5）ECMS系统实现了监测、控制、统计、远方整定、事故分析、管理等功能，并逐步向更完善的功能发展。

缺点：增加操作员站及其运行人员。

优点：DCS减少大量IO,电源部分硬接线局限在就地，节省电缆。

《２》：DCS控制电动机、发变组、高压启动备用变、6千伏电源、380V电源等。发电机－变压器组、高低压厂用电源等电气设备和电动机的监视和管理在ECMS实现。ECMS不与机组DCS通讯。

优点：ECMS，DCS，保护等智能设备保持相对的独立性，每个系统之间的配合清晰，职责划分清晰。

缺点：增加了电厂如电缆等投资成本，DCS减少少量的DI、AI点。

四、现场总线

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网［1］。它的出现,标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始,并将对该领域的发展产生重要影响。

在电厂电气监控中引入现场总线技术,与传统的DCS相比,有以下点主优势。

（1）增强了现场级信息集成能力。

（2）—对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用。

（3）系统可靠性高、可维护性好。

（4）现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了

更为广阔的领域。

2007年11月由规划院在北京召开《现场总线技术在火力发电厂电气控制系统中应用研讨会》推荐采用现场总线为主网络。现场总线技术给自动化领域带来一场革命,这一技术代表了自动化的发展方向,数字通信是一种趋势,我们应顺应并积极参与其中。

五、小结

随着机组向大容量、高参数发展,发电厂的电气自动化程度越来越重要。发电厂电气自动化的水平直接影响火电厂建设的投资效益、电厂运行的综合经济效益以及整个电力系统的自动化水平。目前随着网络技术的不断发展和网络可靠性的不断提高,同时电气设备的控制、保护等设备在不断的发展和更新，设备的功能越来越先进。未来的ECMS系统只能是越来越成熟和完善更加适应电厂的需求。

参考文献：

［1］杨宪惠现场总线技术及其应用北京,清华大学出版社1999

作者简介：姓名：周辉明工作单位：新疆克拉玛依项目部电气运行。