一、發(fā)電廠(chǎng)電氣自動(dòng)化系統的特點(diǎn)
　　

      發(fā)電廠(chǎng)電氣自動(dòng)化系統在布置方式和數量上,廠(chǎng)用電設備分散安裝于各配電室和電動(dòng)機控制中心,元件數量眾多,運行管理信息量大,檢修維護工作復雜。與熱工系統相比較,電氣設備操作頻率低,有的系統或設備運行正常時(shí),幾個(gè)月或更長(cháng)時(shí)間才操作一次;電氣設備保護自動(dòng)裝置要求可靠性高,動(dòng)作速度快,比如保護動(dòng)作速度要求在40ms以?xún)韧瓿伞?
　　在電氣設備本身構造上,其具有連鎖邏輯較簡(jiǎn)單、操作機構復雜的特點(diǎn)。在控制方式上,廠(chǎng)用電系統的主要設備監控需要接入DCS系統,但在兩臺機組共用一臺起備變的情況時(shí),由于一臺機組的檢修不能影響另一臺機組的正常運行,因此需要考慮兩臺機組DCS電氣控制的模式,確保對其控制權的惟一性?？偨Y以上特點(diǎn),在構建ECS時(shí),其系統結構、與DCS的聯(lián)網(wǎng)方式是確保系統高可靠性的關(guān)鍵。既要實(shí)現正常起停和運行操作外,又要實(shí)現實(shí)時(shí)顯示異常運行和事故狀態(tài)下的各種數據和狀態(tài),并提供相應的操作指導和應急處理措施,保證電氣系統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的硬接線(xiàn)方式,將強電信號轉變?yōu)槿蹼娦盘?采用空接點(diǎn)方式和4～20mA標準直流信號,通過(guò)電纜硬接線(xiàn)將電氣模擬量和開(kāi)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)現對電氣設備的監控。這種模式又分為直接I/O接入方式和遠程I/O接入方式兩種,前者是將電纜接至電子間集中組屏,后者是在數據較集中且離主控室較遠的電氣設備現場(chǎng)設立遠程I/O采集柜,然后通過(guò)通信方式與DCS控制主機相連,兩者具有相同的實(shí)現技術(shù),本質(zhì)上沒(méi)有區別。
　　(二)優(yōu)點(diǎn)
　　電氣量的采集集中組屏,便于管理,設備運行環(huán)境好;硬接線(xiàn)方式成熟,響應速度快。
　　(三)缺點(diǎn)
　　1.電纜數量大,電纜安裝工程量大,長(cháng)距離電纜引進(jìn)的干擾也可能影響DCS的可靠性。
　　2.DCS系統按“點(diǎn)”收費,不僅投資大,而且只有重要的電氣量才能進(jìn)入DCS,系統監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,風(fēng)險集中,影響系統可靠性。
　　4.由于DCS調試一般是最后進(jìn)行,采用集中模式通常難以滿(mǎn)足倒送廠(chǎng)用電的要求。
　　5.沒(méi)有獨立的電氣監控主站系統,無(wú)法完成較復雜的電氣運行管理工作(如防誤、事故追憶、繼電保護運行與故障信息自動(dòng)化管理、錄波分析等高級應用功能),不能實(shí)現電氣的“綜合自動(dòng)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,即站級監控層、通信層和間隔層(間隔單元)。
　　間隔層由終端保護測控單元組成,利用面向電氣一次回路或電氣間隔的方法進(jìn)行設計,將測控單元和保護單元就地分布安裝在各個(gè)開(kāi)關(guān)柜或其他一次設備附近。網(wǎng)絡(luò )層由通信管理機、光纖或電纜108網(wǎng)絡(luò )構成,利用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù),實(shí)現數據匯總、規約轉換、轉送數據和傳控制命令的功能。站級監控層通過(guò)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,各裝置功能獨立,組態(tài)靈活,可靠性高。
　　2.模擬量采用交流采樣,節省二次電纜,降低了成本,抗干擾能力增強,系統采集的數據精度大大提高。
　　3.系統采集的數據量提高,監控信息完整,能實(shí)現在遠方對保護定值的修改及信號復歸,運行維護方便。
　　4.分布式結構方便系統擴展和維護,局部故障不影響其他模塊(部件)正常運行。
　　5.設置獨立的電氣監控主站,便于分步調試和投運,滿(mǎn)足倒送電的要求。同時(shí)有利于廠(chǎng)用電系統的運行、維護和檢修。
　　(三)關(guān)鍵技術(shù)
　　1.間隔層終端測控保護單元。分層分布式系統的最大特點(diǎn)就是以間隔層一次設備為單位,現場(chǎng)配置測控保護單元。該單元是保障廠(chǎng)用電系統安全、穩定運行最重要、最有效的技術(shù)手段,對其可靠性、靈敏性、速動(dòng)性和選擇性都有很高的要求,因此不宜由DCS來(lái)實(shí)現保護功能,而應該采用專(zhuān)用保護裝置來(lái)實(shí)現。廠(chǎng)用電系統保護主要有線(xiàn)路、廠(chǎng)用變、電動(dòng)機綜合保護測控裝置等,實(shí)現微機化保護、實(shí)時(shí)數據采集、遠方及就地控制以及記錄故障數據等功能。

　2.通信網(wǎng)絡(luò )。ECS系統安裝工作于高電壓、大電場(chǎng)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系統的關(guān)鍵組成部分,通信網(wǎng)絡(luò )的性能直接影響著(zhù)自動(dòng)化監控系統的整體性能。目前較為流行地采用電纜現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )方式,光纖通信亦開(kāi)始被用戶(hù)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計思想,按照通信管理機雙機熱備用或雙通道備用原則配置,當數據通信網(wǎng)絡(luò )中出現問(wèn)題時(shí),系統能自動(dòng)切換至冗余裝置或通道,以提高系統可靠性。
　　3.監控主站。監控主站安置在站級監控層,實(shí)現廠(chǎng)用電電氣系統監控和管理,主站配置的設備和規模需要根據發(fā)電機機組的容量和運行管理要求進(jìn)行設計,即可以配置成單機、雙機或多機系統,標準的設備主要有數據庫服務(wù)器、應用和Web服務(wù)器、操作員站、工程師站,以及其他網(wǎng)絡(luò )設備、GPS和打印機。
　　盡管配置的設備規模不同,但配置的軟件以及完成的功能基本一樣。軟件主要有前置機軟件、實(shí)時(shí)數據庫軟件、人機界面軟件和圖形建模軟件等。功能主要有系統監控功能、數據管理功能、系統管理功能以及應用分析功能等。另外,主站系統可通過(guò)多種方式與DCS系統、MIS系統和SIS系統傳輸數據。
　　4.ECS與DCS的協(xié)調控制。由于電氣系統與熱工系統在運行過(guò)程和控制要求上有著(zhù)很多不同之處,所以在設計規劃階段和調度運行過(guò)程時(shí)必須要考慮ECS與DCS系統之間的功能分工和協(xié)調控制,主要體現在以下幾點(diǎn):由DCS實(shí)現電動(dòng)機連鎖邏輯控制操作,廠(chǎng)用電自動(dòng)切換邏輯由專(zhuān)用電氣裝置實(shí)現。由ECS實(shí)現繼電保護、故障錄波和事故追憶等功能的管理?？刂撇僮髦饕贒CS操作員工作站進(jìn)行,DCS系統授權后也可在ECS操作員工作站進(jìn)行,但要保證控制權的惟一性。
　　
　　四、發(fā)電廠(chǎng)電氣自動(dòng)化系統技術(shù)的發(fā)展趨勢
　　
　　(一)嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的應用
　　由于現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議技術(shù)標準的多樣性,難以統一,使其不能滿(mǎn)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 )拓撲結構靈活以及低成本等特點(diǎn),在商業(yè)領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域內得到了大規模的應用。該技術(shù)成為建立電氣綜合自動(dòng)化中無(wú)縫通信的最好選擇。
　　工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)直接應用于工業(yè)現場(chǎng)設備間的通信已成大勢所趨。隨著(zhù)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(wèn)題的解決提供了技術(shù)基礎,從而為以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現場(chǎng)設備間通信提供了技術(shù)可能。
　　利用嵌入式軟、硬件,在單片機系統上實(shí)現工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)又稱(chēng)為嵌入式以太網(wǎng)。國外大的電力設備供應商紛紛推出了基于嵌入式以太網(wǎng)的微機保護測控設備,國內電力裝備制造商開(kāi)發(fā)的最新綜合自動(dòng)化系統中,也把嵌入式以太網(wǎng)成功應用于二次保護控制設備,因而嵌入式以太網(wǎng)是電氣綜合自動(dòng)化系統間隔層網(wǎng)絡(luò )通信的必然發(fā)展方向。
　　(二)綜合智能化技術(shù)的應用
　　ECS系統控制發(fā)展經(jīng)由計算機控制取代了傳統操作盤(pán)控制,目前又由計算機控制向綜合智能控制和管理發(fā)展,主要表現在間隔層和站控層兩方面。

　　間隔層的保護和測控單元由傳統的相對獨立設計,向著(zhù)集保護、測量、控制、遠動(dòng)于一體的綜合化及網(wǎng)絡(luò )化智能保護測控單元發(fā)展,直接面向一次設備或設備組合,就地安裝,除實(shí)現繼電保護、實(shí)時(shí)電量監控、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)現事故分析、狀態(tài)監視、微機防誤操作和安全保障等功能。站控層監控系統由滿(mǎn)足基本運行SCADA功能,向全面提高運行和管理自動(dòng)化水平發(fā)展。監控主站采用先進(jìn)的數據挖掘技術(shù)對電氣實(shí)時(shí)數據倉庫和歷史數據倉庫的數據進(jìn)行分析,提供一系列的高級應用功能。這些功能分為對外和對內兩大部分。對外的功能是指給DCS和SIS等其他系統提供數據,實(shí)現機組優(yōu)化控制和優(yōu)化管理等綜合智能控制;對內的功能是指集間隔層裝置的監控管理、自動(dòng)抄表、設備管理、定值管理、故障信息管理、設備在線(xiàn)診斷和小電流接地選線(xiàn)等功能于一體。
　　(三)IEC 61850標準應用
　　為了實(shí)現不同廠(chǎng)家IED設備的信息共享和互操作性,使廠(chǎng)站電氣綜合自動(dòng)化系統成為開(kāi)發(fā)系統,國際電工委員會(huì )制定了IEC 61850國際標準。該標準具有信息分層、面向對象的數據對象統一建模、數據自描述、抽象通信服務(wù)接口A(yíng)CSI等主要特點(diǎn)。該標準為數字化廠(chǎng)站系統的發(fā)展奠定了基礎。
　　IEC 61850在邏輯結構上將電氣綜合自動(dòng)化系統分為三個(gè)層次:過(guò)程層、間隔層和站控層。過(guò)程層是一次與二次設備的結合面,主要完成開(kāi)關(guān)量I/O、模擬量采集和控制命令發(fā)送等與一次設備相關(guān)的功能;間隔層設備主要實(shí)現控制和保護功能,并實(shí)現間隔層設備間的相互對話(huà)機制;站控層完成對站內間隔層設備、一次設備的控制及與遠方控制中心DCS及SIS系統通信的功能。
　　目前在國內已對基于IEC 61850標準的電氣綜自系統產(chǎn)品投入了大量研發(fā),基于該標準的數字化變電站示范工程在國內也有投運,這為廠(chǎng)用電ECS系統的數字化、標準化發(fā)展提供了成功借鑒。