ECS电厂电气监控系统.docx

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ECS电厂电气监控系统

ECS电厂电气监控系统

力控pNetPower6.0——ECS电厂电气监控系统概述

2008-12-2614:

01:

49  来源：

赛尔电力自动化总第73期  浏览次数：

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　　电气监控管理系统（ElectricControlSystem），是将原来的DCS系统中的电气部分独立出来进行专业管理，实现厂用电中低压电气系统的保护、测量、控制、分析等综合功能。

协调发电厂热控与电气自动化的同步发展，全面提高发电厂的自动化水平和厂用控制管理水平，保证发电厂运行的安全性和可靠性，增强发电厂在当前电力市场经济运行的优势和竞争能力。

作为DCS的一个子集，为SIS（厂级监控系统）和MIS（电厂管理信息系统）提供更为丰富的信息。

ECS是应电力系统自动化水平的进一步提高而提出的。

　　1系统特点

　　pNetPower6。

0—ECS电厂电气监控系统是为推进发电厂厂用电气自动化技术的发展而研制的新型综合自动化系统。

该系统继承了微机保护、监控和综合自动化产品多年发展的技术精华，采用分层分布式架构，在先进的计算机技术和网络通信技术平台上，实现发电机组、厂用电和网络控制部分的监测、控制、调节、保护和远动功能。

pNetPower6。

0—ECS电厂电气监控系统既适用于主控室形式的中小型火力发电厂，也适用于单元集中控制方式的大中型火力发电厂，可根据控制方式灵活配置。

　　主要实现的功能具体在以下几个方面：

（1）对厂用电系统，能按启动/停止阶段和正常运行阶段的要求实行程序控制或软手操控制，实现由工作到备用或由备用到工作电源

无需通过“联锁按钮”选择，根据逻辑组态自动实现。

如存在双路电源之间切换问题，为防止母线故障时多次跳闸，应考虑只能切换一次。

可以通过DCS画面进行操作。

　　（7）实现发电厂电气系统防误操作。

所有由DCS操作的单个断路器，除具有必要的联锁功能外，还有必要的闭锁措施，由预合、预分、防止误操作组成。

　　（8）DCS和ECS的控制水平相一致，接口完善，控制操作可以在DCS操作员工作站进行，也可以取得DCS授权后在ECS操作员工作站进行。

　　（9）系统的冗余处理

　　为了提高系统运行稳定性，力控电力电气监控组态软件提供多种冗余方式，主要有单网双机冗余系统、双网双机冗余系统、客户端冗余、控制设备冗余等等。

　　•单网双机冗余系统

　　在电厂电气监控系统中，主机和从机仅使用了单一网络适配器，主/从机之间只有一个网络。

这种系统的网络结构简单，缺点是单一网络出现故障时，会同时出现两个活动站，并导致I/O设备采集冲突等问题。

　　•双网双机冗余系统

　　在此系统中，主机和从机都使用两个网络适配器，并分配在两个不同的网段，主/从机之间存在两个网络连接。

两个网络互为备用，可保证主/从机之间的可靠网络通信。

　　•客户端冗余

　　冗余客户端既可以是人机界面运行系统，也可以是实时数据库系统，冗余客户端将双机冗余系统的主机或从机作为数据源。

冗余客户端能够自动判断出是主机还是从机处于活动状态，并保持与该活动站的通信。

当发生状态切换后，客户端节点能自动找到新的活动站，并保持通信。

　　•控制设备冗余

　　在低压配电系统中，为了提高控制系统的可靠性，控制站的电源、CPU、通讯模块需要进行冗余配置即设备冗余方式，冗余的控制设备一般为主、从控制器，控制器上的主从CPU同时连接设备总线，主从设备之间通过网络进行数据同步来防止控制出错，同步包括时间同步、IO状态同步等，主设备损坏时，从设备自动接管控制权，比如西门子公司的S7400H系列PLC等，对于有些数据采集系统，有时也会用两个完全一样的设备同时采集数据，上位机监控软件和此类系统通讯时，要考虑到主从设备CPU的切换时，上位机监控软件要同步切换来保证正确的数据获取IO设备的数据，力控在单机、网络下都支持控制设备冗余。

　　2典型配置

　　pNetPower6。

0——ECS电厂电气监控系统包括保护测控装置层、通信管理层和监控后台管理层三层结构构成，具体介绍如下：

（1）保护测控装置层由保护测控装置和和其它智能电子装置组成，实现测量、控制、保护、信号、通信、人机界面等基本功能。

主要包括发变组保护装置、自动准同期装置、自动调节励磁装置、厂用电综合保护测控装置（含电动机、变压器、馈线等）、厂用电快速切除装置、备用电源自投装置、厂用分支保护装置、直流系统等。

（2）通信管理层由pFieldComm通信管理机组成，是分布式微机综合保护测控装置联网通信的核心单元，它负责把保护测控装置的实时数据信息上送给服务器和DCS-DPU，同时负责接收DCS和ECS的命令，将这些命令转发给保护测控装置，实现遥控和遥调等功能。

通信管理层是测控保护层和监控后台管理层层之间的桥梁，为了提高系统可靠性，采用双机热备用原则配置，当数据通信网络中出现某种故障时，系统能自动切换至冗余装置。

　　（3）监控后台管理层设备主要由两台服务器（主从互备）、多台操作员站、工程师站、GPS系统等组成。

服务器是基于Microsoft的Windows2000Server操作系统平台的综合自动化、集成化、开放式应用平台。

运用可靠、稳定的控制模型实现了主备服务器的自动切换。

力控电力电气监控组态软件采用先进的网络通信技术，实现了多种冗余方式，包括：

单网双机冗余系统、双网双机冗余系统、客户端冗余、控制设备冗余等等。

实现双网冗余运行模式下，从故障网快速、可靠、自动地切换到备用网。

实时处理通信管理机上传的数据，转发操作员站的控制命令，分发告警事件信息，生成报表数据，保存历史数据和事件记录。

采用先进的数据库同步技术，保证主备服务器数据库的一致性。

该系统不仅具备基本的SCADA功能，还具备了与DCS、管理信息系统MIS互联，构成更大规模信息系统的功能。

　　3主要技术指标

（1）数据更新（RTU传送速率600波特）

　　重要遥测更新周期<2s

　　一般遥测更新周起<3s

　　次要遥测更新周期<4s

　　全系统实时数据扫描周期<3s

（2）事故时遥信变位传送周期（1：

64）<3s

　　（3）事故推出画面时间<3s

　　（4）事故顺序记录（SOE）站间分辨率<20ms

　　（5）遥控遥调命令传送时间<1s

　　（6）电能量广播冻结和读出量值周期<1min

　　（7）画面调用实时响应时间<1s

　　（8）画面实时数据刷新周期<2s

　　（9）模拟屏数据刷新周期

　　遥信变位<1s

　　重要遥测<3s

　　次要遥测<5s

　　（10）遥信处理正确率：

99。

9%

　　（11）遥控（调）正确率：

100%

　　发电厂厂用电气自动化系统，简称EFCS或ECS，是发电厂自动化领域近年来兴起的一个新的热点。

与发电厂分散控制系统（DCS）侧重于热工系统的监控相对应，ECS侧重于发电厂电气系统的监控；与发电厂网络监控系统（NCS）侧重于发电厂接入电网部分的电气监控相对比，EFCS侧重于发电厂内部，实现厂用电中低压电气系统的保护、测量、计量、控制、分析等综合功能。

EFCS系统将原先各自独立运行的6KV/10KV中压系统及400V低压系统中种类和数量众多的继电保护装置、测控装置、自动装置等通过现场总线或以太网联结起来构成系统，一方面，实现了与DCS系统的通信方式的信息交换，大大减少了DCS的测点投资和硬接线方式下的电缆投资，另一方面，通过网络和后台软件，实现了电气系统的协调控制、故障分析和运行管理，提高了整个发电厂的自动控制水平和运行管理水平。

    1   ECS的发展历程 

发电厂电气自动化系统或产品可以分成以下几个主要部分：

               λ 发变组保护：

含发电机保护、变压器（含主变、高厂变、高备变）保护，在大中型机组中，通常以发电机－变压器组保护或发电机－变压器－线路组保护的形式出现。

   发电机励磁调节系统（AVR）：

含励磁调节装置、功率单元、机端变等.

    发电厂升压站网络监控系统（NCS）：

含高压线路保护、母线保护、低压线路保护测控装置、后台监控系统、“五防”、RTU等。

    发电厂厂用电气自动化系统（ECS）：

含厂用中压6KV/10KV和低压400V系统的保护测控装置、安全自动装置、网络通信及后台监控应用系统。

   其他电气设备和系统：

如直流电源、UPS等的控制系统。

   发变组保护装置、励磁调节装置是发电机组最重要的自动化设备之一，由于其很高的专业性和重要性，传统上作为独立的子系统设计和运行，目前普遍采用嵌入式软硬件开发实现，系统对外留有通信接口；升压站的作用是将发电机发出的电升高电压后输送入电网，因此网控系统（NCS）的主要作用是实现升压站运行控制的自动化，与电网中普通变电站的综合自动化系统很相似，由于近年来变电站综合自动化系统技术发展很快，网控系统得益于此，基本与之同步发展。

发电厂厂用电气自动化系统（EFCS）是近年来随着网络通信和软件技术的发展而演变而来的一个新的综合自动化系统。

总所周知，发电厂厂用电气二次系统包含众多的控制设备，这些设备的显著特点是可靠性要求高、功能配置专业化、安装位置分散。

长期以来，厂用电气控制设备一直是独立运行的，控制难以协调、信息难以共享，也不存在实际意义上的系统。

从二十世纪90年代初期开始，厂用电气自动化产品经历了一个重要的历史过程，在这一过程中，大部分设备完成了从集成电路型向微机型，或直接从晶体管型和电磁型向微机型的升级换代，实现了厂用电气自动化的一次飞跃。

但随后，自1998年左右，围绕其下一步的发展目标，在行业内引起了严重的分歧，一种观点认为电气系统应仍以常规硬结线方式接入DCS系统，电气二次设备维持分立状态，甚至认为可扩展DCS功能，在DCS中直接实现电气二次设备的功能；另一种观点认为应利用现场总线和网络对电气二次设备进行联网，一方面以通信方式接入DCS系统，以节省包括DCS在内的综合投资，一方面组建电气后台应用系统，提升电气系统的运行管理水平。

传统DCS技术应用于厂用电气自动化系统时，存在着以下的障碍：

①        在电气自动化系统中，电气系统的电流电压等早已实现了直接交流采样，精度高、速度快、数字化；而DCS对电压电流等需要通过变送器转换后接入DCS，二次接线复杂，造价高，抗干扰性能差； 

②        电气暂态过程快，继电保护、厂用电快速切换等通常要求处理的时间为毫秒级，而DCS的反应时间通常为秒级。

③        DCS是论“点”收费的，对一个信息“点”，如温度、压力或电流量，一方面需要提供一路专用电缆芯，上万个点就要上万路芯线，既耗费大量控制电缆，又浪费大量空间、施工时间；另一方面，在DCS设备中，设备卡件也是按“点”收费。

而电气自动化系统中，一根通信电缆可以传送成百上千个“点”。

④        由于DCS对电气测点的限制，使电气系统的许多应用功能无法实现，如故障诊断、故障分析、经济性分析、定值管理等。

从而无法提升电气系统的运行管理水平。

近年来，以现场总线、工业以太网为代表的网络通信技术在变电站综合自动化系统的成功应用，以及DCS系统硬接线方式缺点的逐步暴露，使得全面提高厂用电气系统自动化水平的呼声越来越高。

从2000年以来，国内国外一些电力自动化设备制造厂家和电力规划、设计和使用和试验部门一起积极探索，提出了多种EFCS方案，并在一些电厂进行了试验，积累了宝贵的经验。

这些方案的共同特点是：

厂用电气自动化设备通过现场总线联网；电气系统与DCS间采用通信加部分硬接线方式进行联系以减少电缆数量；建立电气后台系统，规划并逐步开发各种应用软件。

2              EFCS系统的构成 

从结构上看，EFCS系统可分成三层：

第一层：

间隔层。

这一层主要为完成各种专业化功能的智能装置，包括：

厂用电中压6KV/10KV系统系列保护测控装置、厂用电低压400V系统系列智能控制器及测控装置、厂用电源快速切换装置、低压备用电源自投装置、自动准同期控制装置、小电流接地选线装置、直流接地选线装置等。

这些智能装置通常都以嵌入式软硬件技术开发，有CPU、A/D、RAM、EEPROM、现场总线或以太网对外通信接口等。

第二层：

通信管理层。

这一层包括通信网络及通信管理装置，主要完成与上述各种智能装置、DCS系统、电气后台监控系统、发电厂其他智能设备（如发电机保护、励磁调节装置等）、发电厂其他系统（如厂级监控系统SIS）的通信。

通信方式采用工业以太网和现场总线，如PROFIBUS、CAN等，通信管理装置实现不同现场总线接口标准的互联以及不同通信规约的转换。

第三层：

站控层。

这一层主要包括后台监控系统计算机硬件和各种专业应用软件，硬件有服务器、工作站等，应用软件包括SCADA（数据采集和监控）、厂用电抄表、录波分析、电动机故障诊断等各种基础应用及高级应用功能软件，以及后台系统与发电厂其他管理系统（如MIS系统）间的通信接口软件。

3               相关主要生产厂家 

在ECS及整个发电厂电气自动化系统中，国外厂商有不少成熟的产品，如ABB的UNITROL-F励磁调节装置、GE的369电动机综合管理继电器，siemens的SUF50系列智能马达控制器等。

这些产品的优点是工艺好，质量稳定，通信接口一般都符合国际规范等。

但国外产品也存在价格昂贵、部分功能与国内实际应用场合不符、更改困难，以及显示界面的语言问题。

在需通信联网构成系统及后台应用软件开发方面，国外厂家处于明显的劣势。

由于不同的工程需要接入不同的设备，设备的通信接口不同且许多属非标准接口，使得系统的实施仍存在大量的工程定制和客户化定制内容，而这正是国外厂家难以逾越的障碍。

ECS的供应商目前以国内厂家为主，由于EFCS的发展与变电站综合自动化系统并不一致，且在系统功能、性能等方面差异较大，因此在电网领域有较大优势的国内传统的电力自动化厂商如南瑞、四方等在这一领域并不占优，而一些长期专注于厂用电领域并及时捕捉到市场机会的公司在这一领域获得了长足的发展且保持着技术领先的优势。