用电监控系统在张掖电厂的应用

　　一、ECS系统与DCS系统的优缺点
　　
　　用电监控系统系统（ECS）是为协调电厂热控与电气自动化的同步发展，提高发电厂厂用电电气控制管理水平而开发的在线系统。传统的实现方式，是把电气控制直接引入DCS，将断路器位置信号等开关量直接接入DCS的数据采集系统，电压电流等模拟量通过变送器转换成4～20mA电流后接入DCS系统，经处理后进入监控中心。这种方式的缺点是：①由于采用了变送器，二次接线复杂，造价高，抗干扰能力差，精度不高。②通过DCS采用专用硬件和软件实现电气逻辑，这些逻辑对速度要求较高时，加重了DCS负担，代价大，并且由于DCS实现电气功能的方式是I/O采集信号后通过主控单元完成算法，实时性较差，不易满足电气要求。③电气控制依赖于DCS，没有提升电气专业的运行水平和管理水平。④投产初期由于DCS投入较晚致使电气控制失去远主控制功能。⑤增加了DCS硬件，没有实现真正的分散控制。
　　近年来电力工业不断发展，电力自动化技术实用化程度的不断提高，新一代的ECS电气控制系统保留了传统DCS的成熟技术，采用先进的现场总线和开放的通讯接口，ECS的优点是：变千百根电缆为一根，可节约大量电缆；控制功能下放到现场，使控制信号传输的准确性、实时性、快速性和可靠性大为提高；现场总线通信协议标准化省去I／O端子柜和控制柜后，使控制室占地面积大大减少并使系统简化，带来了系统设计、安装、调试和维护费用的降低及工作量的减少；有利于控制室的防火和火电厂的安全运行。在张掖发电厂采用厂用电监控系统（ECS系统）和DCS系统同时并存的方式，构成了更完善的分布式控制系统。
　　
　　二、张掖电厂厂用电监控系统(ECS)的特点
　　
　　1、简化高效的分层分布式网络结构。采用流行的三层结构，结构简单清晰，间隔层的微机保护测控装置和通讯层的主控单元，通讯接入装置采用了基于嵌入式工业以太网的通讯技术，可以直接和站控层多台计算机进行以太网通讯，省却了基于现场工业总线通讯技术的间隔层装置和以太网站控层计算机之间必需的介质及规约转换，减少了通信的环节和成本，消除了通讯层的故障瓶颈，提高了通信可靠性；同时可以充分发挥以太网传输速度高（10M/100M）、容量大、成本低、开放性好和网络拓扑结构灵活的特点。2、双机双网的设计。站控层中的多台计算机可以采用双以太网、双数据库服务器及双操作员工作站；间隔层的微机保护测控装置和通信接入装置可以提供相互独立的双以太网口，组成冗余备份的双网。3、合理的内网通讯机制。站控层的多台计算机和通讯管理层的主控单元、间隔层的微机保护装置之间采用基于标准TCP/IP协议、具有很强开放性的通讯规约。
　　
　　三、工程概述和应用实例
　　
　　甘肃省“十五”重点工程项目张掖电厂是“2×300MW”的火力发电厂，在2005年12月已经投入运行，厂用电监控系统（ECS）运行稳定、反映良好，整个厂用电监控系统的设计是根据西北电力设计院提供的技术要求结合电厂实际情况及6KV系统、400V系统、DCS系统的组网通讯要求而完成的，主要保护和监控对象有发电机变压器组保护、启备变保护、主厂房电动机、励磁系统、厂用电快切系统、直流系统等的监视和控制管理。张掖电厂的控制层次和对象可分为站控层、通讯管理层和间隔层三级控制系统结构，电厂监控系统的通信网络采用分层分布式网络。站控层通讯网由于信息流量大、开放性要求高，故采用以太网。通讯管理层到间隔层通讯媒介采用光纤和电缆（双绞线），通信规约采用CSPA2004 TCP/IP通信传输规约。间隔层的微机保护测控装置就地安装在开关柜上，现场总线网络采用LONWORKS总线网络，LONWORKS总线网络采用主动上送式规约，变化量上送的模式，实时性好，占用信道带宽少响应速度较快，不受通信规约为CSC2000RTU通信传输规约的限制。甘肃省张掖发电厂，机炉大联锁里的电动机，其跳合闸命令及断路器位置信号可以用硬接线和通信线两种并存方式传送，但以硬接线信号优先，而且跳合闸命令只用硬接线方式。从理论上和实践上得出，目前这种现场总线技术实现的计算机网络监控系统的实时性和可靠性已经很有保障。
　　
　　四、厂用电监控系统的发展前景和预测
　　
　　厂用电电气监控系统ECS（Electrical Control System，ECS），保留了传统DCS的成熟技术，采用先进的现场总线和开放标准，将能取代DCS中的电气自动化，用微机保护测控装置取代DCS的电气1/0。从经济分析比较（单台300MW机组ECS与DCS一体化控制）一体化控制系统设计方案的综合技术性能水平高，信息量是常规应用方式的两倍；采用一体化控制系统设计方案机组自动化水平得到整体性提高，且节约投资410万元到700万元（其中：控制系统硬件资源配置节约230万元、控制电缆减少节约402万元），采用一体化控制系统设计方案，工程控制系统（DCS＋ECS）总投资可节省投资15％，一体化控制系统设计方案的技术经济性能高于常规方式，具有极高的性价比。厂用电监控系统作为ECS的一部分已首先在发电厂中推广。它的特点可归纳为：面向对象，功能独立；电气系统操作很少，保护动作快速；功能下放；可靠性要求极高；基于现场总线；分层分布控制。现场总线技术的优势有：①完全替代4一20mA模拟信号，实现传输信号数字化，从而易于现场布线，且降低了电缆安装和保养费用，提高了可靠性；②控制、报警、趋势分析等功能分散在现场仪表和装置中，简化了上层系统；③各厂家产品的交互操作和互换使用，给用户进行系统组织提供了方便；④实现自动化仪表技术从模拟数字技术向全数字技术的转化，自动化系统从封闭式系统向开放式系统的转变。
　　我国大中小型电厂在厂用电电气控制系统（ECS）在我国的应用还刚刚起步，落后于国外的企业。因此，应积极推进厂用电控制系统（ECS）在电厂中的应用，为实现电厂的全面数字化奠定坚实的基础。
　　（作者单位：黑龙江省阿城继电器股份有限公司）