火电厂厂用电气自动化系统(ECS)的现状和发展.pdf

火 电 厂 厂 用 电 气 自 动 化 系 统ECS的 现 状 和 发 展 Ξ 曹利敏 内蒙古电力勘测设计院,内蒙古 呼和浩特 010020 摘 要本文主要介绍了火电厂ECS的现状和发展历程,结合近年来网络通信技术在变电站综合 自动化系统的成功应用,简单的分析DCS系统硬接线方式缺点,对ECS的发展提出新的展望。 关键词火力发电厂;ECS;控制 发电厂厂用电气自动化系统,简称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,ECS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。 ECS系统将原先各自独立运行的6KV中压系 统及380V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可以分成以下几个主要 部分 111 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。 112 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。 113 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。 1 发电厂厂用电气自动化系统S含厂用中 压6KV和低压3V系统的保护测控装置、 智能马 达保护器、 安全自动装置、 网络通信及后台监控应用 系统。 115 其他电气设备和系统如直流电源、U PS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ECS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。 众所周知,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DS功能,在D S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 45内蒙古石油化工 2008年第19期 Ξ收稿日期5 1 4EC 80 CC 2008- 02- 1 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。 ③DCS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ECS方案,并在许多电厂进行了试 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 ECS系统的构成 从结构上看,ECS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、 马达保护器等、 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PROF I BU S、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M IS系统间的通信接口软件。 3 今后的发展展望 ECS顺应技术发展大潮,充分利用现场总线和 网络通信技术,对发电厂厂用系统实现了全面的技 术提升,对厂用电气系统的发展具有重要的现实意 义,甚至对DCS系统本身的发展也有重要的参考价 值。但是,该系统要达到设计的最终目的,还必须在 以下两方面获得实质性的突破 ①实现对厂用电气全通信控制。由于通信速度 和系统可靠性还有一定的距离,目前的ECS系统还 不能满足从DCS通过ECS对电气系统的 “通信全 控” 方式, ECS系统与DCS系统间还保留了一部分 硬接线。 要实现全控模式,首先必须解决好热工工艺 连锁问题。 ②目前大部分电气后台系统的实际应用基本处 于初级阶段,只能进行基本的运行监视功能,离实质 性地实现控制逻辑、 提高电气控制水平及系统运行 管理水平的目标还有较大距离。 [参考文献] [1] CSPA- 2000分布式电气自动化控制系统 1 北京四方电气集团有限公司资料. [2] 刘炬,李高俊,毛以军 1 基于工业以太网和现 场总线的火电厂电气自动化系统1 自动化博 览,6,6 [3 ] 邱华1 电气系统监控纳入DS应用的探讨 1 湖北电力,, 55 2008年第19期 曹利敏 火电厂厂用电气自动化系统ECS的现状和发展 200. C 19994 .