发电厂厂用电气监控管理系统(ECMS).doc

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RCS-9700发电厂厂用电气监控管理系统（ECMS）

1概述

2000年起，为了适应电厂厂用电监控自动化的需要，南瑞继保在总结多年从事厂站开发、研究的基础上，采用统一硬件平台、统一软件平台，开发了新一代RCS-9700监控系统，该系统对电厂厂用电信息从系统的高度进行了全面统一的考虑。

2002年8月25日通过国电公司鉴定：

系统设计先进，运行稳定，性能优良，调试维护方便，满足电力系统使用要求。

系统的主要技术性能指标达到了国际同类系统的先进水平。

RCS-9700发电厂厂用电气监控管理系统集合保护功能和测控功能，保护和测控功能自始至终既相对独立又相互融合，为发电厂电气自动化提供了一个完整的解决方案，能满足各种机组容量等级发电厂的电气自动化需要。

发电厂电气监控管理系统——ECMS（ElectricalControlandManagementSysteminpowerplants）即原来的FECS、EFCS、ECS等，是中国电力顾问集团鉴于厂用电监控管理系统名称混乱而进行统一的（详见电顾问2008[20]号文）。

2电气监控管理系统

2.1分布式结构

RCS-9700发电厂厂用电气监控管理系统（以下简称RCS-9700ECMS系统）采用分层、分布、开放式网络系统结构，具有典型的三层结构：

站控层、通信管理层、智能终端层。

站控层——采用双以太网冗余结构，根据需要可设置数据库服务器、电气操作员站、电气工程师站、打印机以及负责与其它系统通信的通信网关，形成电气系统监控、管理中心。

通信管理层——主要由通信管理单元、交换机等组成。

采用通信管理单元实现规约转换和装置通信，并转发站控层及DCS系统的遥控命令。

由于现场保护测控单元等智能设备数量多，一般机组10kV厂用电子系统、6kV厂用电子系统、380V厂用电子系统、厂用公用子系统和其他智能设备可分别组网，保证了系统的实时性和稳定性。

各子系统可分别设置通信管理单元，根据需要可为双机冗余设计。

各通信管理单元接于上位机层以太网，同时可以经RS232/RS485/RS422串口直接与相应机组DCS的电气控制器DPU相联，实现数据交换。

智能终端层——由分散的电气智能装置（如安装在厂用高低压配电柜的保护测控装置、微机型元件保护装置、AVR、ASS、UPS控制器、直流系统控制器等）构成,执行DCS或电气监控的各种指令并向DCS或电气监控发送监控、监测信息。

智能终端层采用RS485、Worldfip等现场总线或以太网组网，双网冗余配置，将综合保护测控装置中的保护、测量、控制、计量等信息量通过通信口上传到通信管理单元。

2.2厂用电气监控管理系统方案

2.2.1组网方案1

如图1为RCS-9700ECMS系统方案1。

图中工程师站（兼数据库服务器）、操作员站、网络打印机、与SIS、MIS等系统的通讯网关、GPS时钟接受和同步系统等组成站控层监控中心；通信管理单元、以太网交换机等组成通信管理层；厂用电保护、测控装置、机组保护以及其他智能设备组成智能终端层。

发电机－变压器组、高低压厂用电源等电气设备的控制、监视和管理在ECMS实现，电动机的监测管理信息进入ECMS。

电动机的控制仍由机组DCS实现。

在机组集控室设置ECMS操作员站，ECMS不与机组DCS通信，两个系统互相独立，职责明确。

DCS系统负责全厂的热控系统的监控，DCS系统可以减少用于厂用电源部分的控制器及卡件；ECMS系统负责厂用电源部分的监控，同时可以通过通讯方式监测电动机状态。

高压厂用电保护测控装置通过双100M以太网直接与站控层通讯，低压厂用电设备通过总线方式经通信管理单元后与站控层通讯，通信管理单元冗余配置，保证了系统的可靠性。

对于对时网，RCS-9785C/DGPS对时装置接受卫星对时信号（RCS-9785C/D也可经IRIG-B对时方式与DCS进行配合，确保全厂时间同步），对时报文通过以太网发送到监控系统、通讯管理单元，同时提供硬接点信号供各保护和智能设备精确对时，此外，RCS-9785C/D可经IRIG-B对时方式对智能装置实现精确对时，当距离较远或需要较多的硬接点对时时，可配置对时扩展装置。

图1发电厂厂用电气监控管理系统方案1

2.2.2组网方案2

如图2为RCS-9700ECMS系统方案2。

图中工程师站（兼数据库服务器）、操作员站、网络打印机、与SIS、MIS等系统的通讯网关、GPS时钟接受和同步系统等按照机组分别设置；通信管理单元、以太网交换机等组成通信管理层；厂用电保护、测控装置、机组保护以及其他智能设备组成智能终端层。

此方案的宗旨跟方案1一致，发电机－变压器组、高低压厂用电源等电气设备的控制、监视和管理在ECMS实现，电动机的监测管理信息进入ECMS。

电动机的控制仍由机组DCS实现。

在机组集控室设置ECMS操作员站，ECMS不与机组DCS通信，两个系统互相独立，职责明确。

DCS系统负责全厂的热控系统的监控，DCS系统可以减少用于厂用电源部分的控制器及卡件；ECMS系统负责厂用电源部分的监控，同时可以通过通讯方式监测电动机状态。

系统按照机组分别组网，公用部分的信息组网后经VLAN区分后分别接入每台机组各自的网络，机组之间的信息相互隔离，这样保证了系统网络的负荷较低同时网络结构比较合理，符合运行、检修的习惯，这种结构尤其适用于多台机组且装置数量较多的情况。

对时方式同方式1。

图2发电厂厂用电气监控管理系统方案2

2.2.3组网方案3

如图3为RCS-9700ECMS系统方案3。

图中工程师站（兼数据库服务器）、操作员站、网络打印机、通信网关、GPS时钟接受和同步系统组成电气系统监控中心；通信主站、通信管理单元、以太网换交换机等组成通讯管理层；厂用电保护、测控装置、机组保护以及其他智能设备组成智能终端层。

系统通过串口或以太网口等与DCS通讯，可以上送装置保护动作、告警、开关位置等开关量信息，以及遥测量等模拟信号，同时也可以接受DCS下发的遥控命令。

此方案ECMS系统作为DCS系统的后备系统，二者功能有重复部分。

对时方式同组网方式1。

图3发电厂厂用电气监控系统方案3

2.2．4配置方案说明

对于通用的厂用电电气监控管理系统，一般根据需要采用方案1、方案2、这是电顾问2008[20]号文所推荐的方案，方案3为上一代ECMS系统采取的主要方案，由于ECMS与DCS关联较多，系统划分不明确，运行效果不佳，因此电顾问2008[20]号文不推荐此方案。

而实际工程往往要求有所不同，此时需根据需求作相应调整。

典型配置说明：

（1）上位机层：

配置操作员站、工程师站、通讯网关、打印机，并根据需要配置不间断；

（2）通讯管理层：

配置以太网交换机、以及配置适当数量的通信管理单元；

（3）对时系统：

配置GPS对时接收装置、对时接点扩展装置；

（4）通讯电缆：

配置串口通信双绞线、以太网通信超五类线、多模光纤等。

3系统特点

3.1技术特点

1.整体设计思想

RCS-9700电气监控系统采用整体设计的思想，从厂用电监控系统自动化的需求出发，精心设计所需的每个设备，具有技术先进、安全可靠、联接方便等特点呢。

2.分布式系统

分层分布式结构：

设备和信息的组织面向对象，配置灵活，扩展方便。

开放式系统：

通过组件技术的使用，可实现硬件、软件功能“即插即用”。

3.设计先进工艺精良

RCS-9700网络设备从设计到生产均考虑了工业现场的严酷需求，硬件设计采用专用工业级芯片，模块化结构，多项抗干扰及防误措施，确保了网络设备具有良好的抗干扰性能，保证了网络设备能在复杂的工业环境下长期稳定运行。

网络设备采用直流供电，方便现场的施工。

4.嵌入式系统

RCS-9700网络设备均采用先进的嵌入式处理器及工业实时多任务操作系统构成专用软、硬件平台，与采用通用计算机方案相比，系统构成简单、配置灵活，而且系统不会受到病毒等因素的影响，安全可靠，免维护。

5.双网设计

所有设备均可提供两路以上10/100M以太网，介质为光纤或双绞线，双网热备用，实现无损切换，采用TCP/IP、UDP等多种网络协议。

6.强大的通讯功能

通讯管理单元提供多种现场总线、串行口、以太网接口，支持各种部颁标准规约，工业标准规约（和DCS通讯）。

可方便地与保护、直流、励磁、同期等智能设备的直接通讯。

7.精确的对时网络

从系统对时进度的要求出发，整体设计对时网络的每个装置，可满足多种对时方式，如脉冲空节点对时、485差分对时、IRIG-B、RS232等方式；可配置主备双时钟同步源，实现了GPS的冗余配置。

8.调试维护方便

网络设备配备了功能强大的使用维护工具，维护和系统调试工作简单、便捷，同时网络设备还具有自诊断功能，可通过网络联机维护和监测。

3.2监控系统软件特点

1.先进的设计思想和编程技术

后台监控系统采用了面向对象、模块化的设计思想，遵循国际标准，符合开放性系统的设计要求。

系统内的各功能、任务模块和数据库可以分布到不同的计算机节点上。

系统通过“功能插件”获得强大的可扩展性，可随时加入扩展的新功能，实现软件的“即插即用”，插件模块接口公开、可用任何编程语言开发。

2.全面的跨平台解决方案

系统可实现软硬件平台的可变性，跨平台可视化技术和操作系统屏蔽中间件的应用，使系统具有更高的可移植性，实现了强大的UNIX平台系统与出色的Windows2000平台系统的有机结合，最大程度的满足了用户对系统灵活性和可伸缩性的要求。

3.兼顾实时与海量的数据库系统

实时数据库和商用数据相结合的一体化设计，兼顾了海量数据与频繁访问的实时数据之间的平衡。

使系统能够在充分保证实时性能要求的前提下，记录并存储各类历史数据及事件。

实时数据库管理系统采用面向对象，分布式的设计思想，具有Client/Server和Producer/Consumer模式，具有极快的实时响应性，能很好的满足电力系统实时性的要求。

商用数据库主要用于电力系统数据库建模、历史数据存储、告警信息的登录、以及数据库一致性的检查、一致性和完整性的保证等。

RCS-9700可支持多种基于SQL的关系型商业数据库平台，如：

MySQL，MicrosoftSQLServer，ORACLE等。

4.先进实用的图形系统

监控软件中的图形系统基于南瑞继保公司自行研制开发的组件化通用图形平台，该平台是一个功能强大，使用方便，集建模、组织、开发、运行于一体的图形平台，是一套专门用来创建各种图形应用界面的系统。

5.网络体系

支持双百兆以太网运行方式，双网热备用，动态监视网络运行状况，实现无损切换，采用TCP/IP、UDP等多种网络协议。

6.图模库一体化建模

通过绘制一次接线图的方式自动实现设备模型的建立、入库和拓扑关系的自动生成。

7.自诊断和自恢复

监控系统配备完善的在线自诊断能力，能及时发现各设备、网络或装置的故障，及时给出报警信息。

系统具有自恢复功能，当系统出现程序死锁或失控时，能够使系统恢复到正常运行状态。

8.先进的软件质量管理体系

软件开发遵循CMMI流程控制，为产品提供了可靠的品质保证。

3.3监控系统功能

3.3.1系统功能

在线监控系统

在线监控系统是RCS-9700系统为运行人员提供的操作平台，视使用的场合不同，以网络工作站的形式出现或独立计算机的形式出现。

任何一台运行在线监控系统的机器，都称为监控终端。

它的主要功能是：

（1）显示一次设备状态，以及实时数据，包括接线图、地理图、数据一览表等，并可以人工打印图形。

（2）显示事件信息，事件信息包括：

遥测越限报警、遥测越限恢复正常、遥信正常变位、事故变位、SOE、遥调、遥控结果等。

（3）显示事件列表，并提供各种查询手段。

（4）显示保护信息,包括保护动作信息,保护自检信息，保护定值,故障波形。

可以进行保护信号复归、保护定值整定。

（5）进行遥调、遥控操作。

（6）进行人工置数操作。

（7）进行报警确认操作。

（8）显示保护事件信息列表，并提供查询手段。

（9）显示保护信息,包括保护动作信息,保护自检信息，保护定值,故障波形。

可以进行保护信号复归、保护定值整定。

（10）显示实时曲线和历史曲线。

（11）显示实时列表和历史报表，进行人工打印。

（12）自动打印历史报表。

（13）监视系统串口报文。

在线监控具有如下特点：

（1）丰富的实时报警功能:

分层：

实现从厂站到间隔到设备一层层深入报警。

分级：

实现使用户任意选择查看不同重要性的事件，实现各层次信息的过滤。

分类：

可以使用户通过类别来查看事件。

用户可自定义对各种事件的处理方案

（2）可以对整个间隔进行操作，如挂牌、置检修、置异常等操作。

（3）提供导航图，可以方便地进行画面导航。

（4）丰富的应用功能，如小电流接地选线、事故追忆、波形分析、操作票管理等

数据库系统

目前，广泛采用商用数据库已成为工业界数据库应用的潮流，有了商用数据库的管理，才能方便地实现信息的共享，现有的商用软件才可以直接使用，与其它系统的互连才能按照标准方式进行，系统才能真正具有完全意义上的开放性。

但如果全部直接采用商用数据库，又难以满足电力系统实时性的要求，所以选择采用实时数据库管理系统和商用数据库管理系统相结合的方法。

商用数据库采用目前比较流行，具有Client/Server模式的SQL-Server关系型数据库。

商用数据库主要用于电力系统数据库建模、历史数据存储、告警信息的登录、以及数据库一致性的检查、一致性和完整性的保证等。

一致性和完整性的保证等。

实时数据库管理系统设计采用面向对象，分布式的要求进行设计，具有Client/Server和Producer/Consumer模式，具有极快的实时响应性，能很好的满足电力系统实时性的要求。

实时数据库用于缓存系统运行数据。

两种数据库在系统中有机的结合在一起。

系统对两种数据库进行统一管理，向用户提供统一的访问接口和人机界面，而无需指明所访问的数据在实时库，两种数据库对用户完全是透明的。

用户访问历史数据也不需要专门去学习SQL查询语言。

这种设计方式可方便用户在已有系统上进行二次开发。

数据库中的数据按电力系统设备作为对象来进行组织，也就是说数据库是面向设备的网络型数据库。

数据库提供数据查询手段，可以方便地查询各个厂、各种设备、各个时间段的历史数据，数据的显示以表格方式提供。

可按优先级、类型、设备对历史数据分类统计。

提供用户对历史数据备份的工具。

数据库支持间隔的拷贝和粘贴。

对于间隔接线结构相同的情况，可以对相同间隔进行拷贝粘贴生成一个新的间隔，设备编号自动更新，可以大大加快数据组态速度，降低出错概率。

提供灵活丰富的配置方案。

除了能对遥测、遥信、遥脉、遥控的基本信息如测点名、测点类型、允许标记、存储标记等进行组织外，还提供了灵活丰富的报警配置方案。

数据库中的事件采用事件驱动方式，当事件产生后，立即处理和此相关的工作。

数据库提供交互式定义工具，可方便地定义数据库中的数据。

数据库界面定义包括:

（1）电厂信息的配置。

（2）装置以及相关的遥信、遥测、遥控、脉冲和档位信息的配置。

（3）间隔和一次设备信息的配置。

（4）旁路代换信息的配置。

（5）代理模块插件信息的配置。

图形系统

操作人员可通过图形系统直观地获得系统的运行状态信息，并对厂用电系统实行监视和控制。

系统可以生成的图形有地理图、系统接线图、运行工况图、系统配置图等。

主站提供功能强大、操作方便的图形编辑器，每一画面可根据实际需要分为不同的图层，不同平面，用户可控制各图层、平面的显示。

可以显示多平面的组合。

多个窗口之间可互相拷贝画面，方便图形的制作。

图形还可放大后制作，加强细节的表现力。

图形编辑器提供强大的编辑记忆功能，用户可以进行256次的Undo/Redo操作。

提供多种表现力丰富的图元。

矢量图形，可以精细无损无级缩放，平滑漫游。

具有图形导航功能。

支持多窗口画面显示，可选配双屏显示。

支持彩色图形打印或黑白图形打印，可设置打印纸，打印任意大小的图形，并有打印预览功能。

可显示地理信息图、各种动画、照片。

画面可通过画面索引、菜单、多级菜单、操作按纽、前翻、后翻等方式方便快速地调出。

画面可设置一些快捷键，通过快捷键迅速调出画面。

系统具有事故推画面功能。

系统提供了一个缺省的电力系统元件库，元件库包括：

开关、刀闸、接地刀、小车开关、发电机、变压器、电抗器、线路、CT/PT、母线等常用电力系统元件。

画图就是用元件库中的元件以搭积木的方式生成接线图。

画面可以在线修改，修改完毕自动主备机同步，不需人工启动系统，修改的结果就可反映到实时运行系统中。

在画面上可方便地查阅各设备的参数、状态。

画面上所有设备可根据不同的条件以不同的方式显示。

除了常规画面外，系统还提供了各种专用的控制、监视、分析画面和功能，如实时曲线、历史曲线、报警监视、拓扑识别等。

可以完成常规的数据及参数的查询和SCADA操作。

通过工况图可以查看电厂各装置的运行工况、通道状态。

通过曲线图对任意数据测点进行实时监视和历史回放。

通过测点一览图将任意同类型测点集中在一张表格内进行实时监视。

通过事件告警窗口可以监视厂用电系统发生的报警事件和设备自诊断事件。

SCADA数据处理

1.实时数据采集：

遥测：

厂用电系统运行的各种实时数据，如各段母线电压、电动机电流、功率、频率、电度等；

遥信：

断路器、刀闸位置、分接头位置、各种设备状态、瓦斯、气压信号；

2.数据统计和处理

限值监视和报警处理：

多种限值、多种报警级别、多种告警方式（音响、语音）、告警闭锁和解除；

遥信信号监视和处理：

遥信变位次数统计、变位告警；

运行数据计算和统计：

电量累加、分时统计、运行日报、月报、最大值、最小值、负荷率、电压合格率统计。

3.操作控制：

断路器及刀闸的分合；变压器分接头调节；

4.运行记录：

遥测越限记录、遥信变位记录、SOE事件纪录、设备投停纪录、遥控操作遥调操作记录、保护定值修改纪录。

5.历史数据：

历史数据的显示和保存。

实时报警

RCS9700监控系统实时报警内容分为以下几种：

画面闪烁、推事故画面、语音报警、音响报警、入历史事件库、入实时告警窗。

同时RCS9700报警系统的可以实现对报警的分层、分级、分类处理。

分层表示在画面上从厂级到间隔级可以一层层显示报警信息。

当某个间隔中有事件报警时，首先能在系统接线图上显示是哪个间隔发生了报警。

点击该间隔图符可以进入该间隔接线图，间隔接线图中可以内嵌实时报警窗，其中可以显示该间隔的所有报警信息。

分级表示可以把各种报警事件进行分级，分级方法可以由用户自定义（可以详见系统设置和数据库组态）。

在实时告警窗中可以按级别来显示报警信息，可以通过级别来选择报警等。

分类表示把所有的报警事件分为以下十二大类：

SOE事件、遥信变位、遥测越限、档位变位、遥控事件、保护事件、遥脉越限、遥调事件、定值修改、权限修改、五防事件、其他事件。

以下将简要介绍实时告警窗和历史事件查询器。

当监控系统监视到告警事件时，实时告警窗对告警事件进行分析处理，并把事件的具体信息提示给用户，以便用户及时的发现和处理系统的各种状况。

实时告警窗的一个完整外观如下：

整个告警窗口分为上、中、下三个部分，顶部显示最新的没有被确认的并且告警等级最高的一条告警事件，旁边的箭头用于隐藏或显示信息；中部分成左右两个视图，左边视图为厂站、间隔告警树，右边视图为报警事件列表。

报警事件列表分成三部分：

上部为四个告警操作按钮，分别为“确认”“全部确认”“分类察看”“告警设置”，，，；中部为报警等级选择；下部为具体的报警事件列表。

历史事件查询器界面如下所示。

保护信息

系统提供保护装置信息的查看和分析界面，主要分为保护装置查看和录波器查看两部分，并提供打印功能。

可供察看的保护装置信息包括：

装置描述、装置参数、保护定值、定值区号、保护模拟量、保护状态、软压板、硬压板、故障记录、信号复归等。

记录和组织故障信息报告，分析波形数据。

事故追忆

事故追忆功能在电力系统发生事故后启动，事故追忆信息是运行、检修及生产管理人员分析事故前后电网状态的有效方法。

通对对SCADA数据库全部或部分实时信息，在事故前和事故后时间内（时间段可调）的事故全过程中进行全面记录保存；可进行全场景的事故追忆和全过程的反演描述。

每一次事故追忆形成一个追忆文件保存至商用库。

各类事故记录可长期保存，随时提供追忆和反演。

事故追忆信息保存的时间段在系统设置中配置。

事故追忆点的选择在数据库组态中实现。

事故追忆分为两个部分：

实时信息保存部分和事故反演部分。

实时信息保存主要是保存遥信和遥测值。

事故反演部分将事故前后遥测值变化情况在画面上再现出来。

报表功能

系统支持的报表类型包括日报表、月报表、年报表、特殊报表和实时报表。

制作成的报表以文件的形式保存在数据库中，在浏览时，根据设置的报表时间，从数据库中取得各种的历史数据

和实时数据，以一定的格式显示出来。

在确定的打印机上打印的某种报表,它包括有表头,日期/时间、页码和数据,同一张表可打印多份。

考虑通道的质量和意外因素,系统提供报表数据编辑修改功能（人工记数）。

对于一些通过其它分量计算得出的中间量,当分量修改后,应能自动计得出新的中间量,并填入报表中。

打印时,不影响其它功能的正常使用。

在编辑报表时,应提供丰富的编辑手段，可以任意设计表格形式，报表的数量应不受限制。

事件浏览

通过事件浏览工具，用户可以查询并打印任意时间段内任意组合类型的事件列表。

打印功能

系统支持多种方式和多种数据内容的打印，例如：

1.可定点打印各种日、月报表（包括电度和遥测报表），定时打印时间点可调。

2.可召唤打印各种实时报表和历史报表。

3.可实时打印各种异常、事故、操作记录等报警信息。

4.可召唤打印任意时间段任意类型的事件纪录。

操作票和防误系统

操作票与微机五防闭锁系统相融合，又与监控系统有机的结合在一起，采用一致的数据画面界面，使得采集信息共享、操作直观、简单易行，保证信息源的唯一性和信息的可集成性。

集控中心（主站）五防系统具备所有子站的五防闭锁逻辑判断功能，在集控中心的模拟屏上可对各子站的操作任务进行模拟预演，检验及传送操作票，以及回传对位。

从而实现集中模拟、分散操作、统一管理、节约资源的目的。

3.3.2系统管理

系统配置

系统配置主要目的是初步设置系统的运行环境，主要内容包括：

本机路径、SCADA参数、遥控参数、时间参数、事件打印参数、网络节点、插件设置、报警等级等。

自诊断功能

系统提供进程管理模块，能够对进程进行动态监测和管理，强制恢复运行故障的进程，提高系统运行的安全稳定性。

对整个系统的运行状况实施监视,并能以图表来直观反映,并能报警提示维护人员,对运行设备的故障发生时间,恢复时间应能自动记录。

监视范围包括通讯通道、通讯报文、外设接口、装置工况、网络状况等。

监视系统中的所有工作站（包括前置机和主机）的运行情况，自动实现主备切换。

权限管理

所有的系统操作员应能根据其需要被赋予某些特性，这些特性规定操作员对系统中各种业务活动的使用范围,如用户名、口令字、操作权限等。

权限类型包括：

人员维