发电厂ECS系统的简介及设计应用

韶关市坪石发电B厂 宋晓东

发电厂ECS系统的简介及设计应用

韶关市坪石发电B厂 宋晓东

笔者针对电厂ECS系统的实际使用情况，介绍了电气控制系统ECS的特点和系统网络构造。同时也提出ECS在电厂应用中的一些设计方法。

ECS DCS 网络接口

一、前言

随着计算机技术的发展，电厂自动化控制水平也越来越高。分散控制系统（DCS）已经成为了国内新建电厂的标准配置。为适应企业现代化管理的需要，采用计算机信息技术而建立的SIS（厂级实时信息监视系统）、MIS（生产管理系统），也已纷纷登上电厂信息管理平台。为最大限度提高机组自动化控制水平，DCS系统已经能与多个系统实现信息共享，共同构建一个全新的信息管理、决策的平台。

二、概述

ECS为Electric Control System发电厂电气监控系统的简称，有的又叫作电气DCS。但不管如何称呼，电气作为一个子系统进入DCS，可达到机、炉、电控制界面的统一，便于全能值班，容易实现电厂一体化管理。常规的DCS系统主要有以下子系统组成：DAS（数字采集系统）、MCS（模拟量控制系统）、SCS（顺序控制系统）、FSSS（锅炉安全监视系统）、DEH（数字电液调节系统）、ETS（汽机紧急跳闸系统）、MEH（小汽轮机电液调节系统）、ECS（电气控制系统）等。

但目前大多数电厂都侧重于锅炉、汽机自动化控制的DCS系统，对电气系统考虑较少，机炉和电气之间的控制及自动化水平不协调。因为厂用电气系统的继电保护与自动装置，如发变组保护、同期装置、励磁系统、故障录波等基本上是独立运行。与机组有关的电气设备，如发变组开关、励磁系统、变压器、6kV、400V电动机等，虽然基本控制均由DCS系统完成。但电气人员所关心的保护投退、保护动作、定值整定、故障测量、事故追忆等信息在DCS系统中却无法反映。因此，随着生产自动化程度的提高，对电力等能源供应的可靠性提出了越来越高的要求；且发电厂本身向着电压等级提高、规模扩大、自动化水平提高的方向发展；尽管电气系统个体装置的自动化程度已达到一定水平，但从电气系统的整体自动化水平来看，电气ECS系统的实时监视、分析控制、管理水平，还有待进一步的提高。

本文将笔者在实际工程中所遇到的ECS系统结构配置、通信接口等设计方案作一一介绍，以供大家了解。

三、ECS系统接口的问题

目前很多电厂对于电气与DCS系统联系采用的是直接连接方式，即开关量（DI/DO）与模拟量（AI）用控制电缆直接接入DCS的测量或输出模块上，俗称硬连接。这种接口方式受限于电缆及DCS采样点的数量，一台300MW机组电气系统其I/O点进入DCS数量约在3000点左右。由于数据量的有限，导致电气系统的测量、保护动作、定值整定、事故追忆、电量和潮流报表等电气运行参数在DCS系统无法完整反应。此种接口方式属比较常规的设计，可靠性高。要想完善DCS系统中电气量的监测，势必增加控制电缆和DCS系统的I/O插件模块，导致整个电厂投资增大。

如若采用通信方式接口，通过通信线缆接至ECS主机则可解决DCS显示的数据量不够的问题。采用通信方式接口，首先要求电气系统的每一个对象均安装有独立的微机型保护测控装置，且这些装置具备现场总线通信接口（RS485、RJ45等），并支持Lonworks、Canbus、Profibus、Modbus等多种通信规约。那么电气人员所需要的开关量、模拟量就由保护测控装置采集后，经现场总线网络传输至ECS系统，ECS系统再经网络传输与DCS通信，达到信息共享的目的。其优点毋庸置疑，大量的电气保护装置运行信息和参数既能被监视到，又省去了大量的DCS系统I/O插件和控制电缆以及电量变送器。按照300MW机组电气系统信息量约占DCS系统中10%～20%的“I/O点”来估计，整体工程的投资造价将大大降低。

四、ECS系统结构与配置

就电厂电气系统本身来说，220/500KV升压站的网控部分已经独立形成一个NCS系统网络，采用全通讯方式进行控制，除受电网调度部门外不受任何系统管辖。该系统在实际应用已相当成熟稳定。而ECS作为DCS的一个子系统，更多侧重于发电厂内部的厂用系统（6KV、400V、直流、UPS、快切、同期、励磁、发变组保护及测控、计量等装置），与DCS联网实现信息共享。下面就介绍下ECS系统的整个网络配置与结构（见图1）。

图1 ECS系统网络配置简图

说明

1．系统层

由监控服务器、电气工程师站、打印服务器、后台数据库、网络设备组成。对系统内的实时或历史数据进行处理，同时具有监视、对时、打印、控制操作、报表生成、系统自诊断自恢复、数据库管理等功能，其所有设备集中放置。另外，系统层为其他外部系统（DCS、SIS）提供网络和串行通讯接口，达到资源信息共享。

在现场工程应用中，可根据实际运行需要配置操作员站，以供运行人员操作。同时也可以取消操作员站，完全让DCS操作员站来操作，仅保留一台工程师站作为备用和维护，这样真正达到机炉电一体化管理。ECS系统层网络拓扑结构如图2所示。

图2 系统层网络拓扑结构图

2．通讯层

通讯层在整个ECS中最为关键，它的性能、配置及可靠性直接影响着ECS的好坏。通讯层由通讯服务器、通讯网络及相关设备组成。要求其具有先进的实时操作性，配备大量的多种类型的通讯端口，并支持大量行业通讯规约。才能适应不同的间隔层设备通讯需求。

为满足与间隔层通讯，可根据间隔层网络的拓扑结构、间隔层位置来配置通讯管理机。在电厂实际工程中，通讯管理机按照电气设备安装地点来配置，其网络结构简图如图3所示。

3．间隔层

由各电压等级继电保护装置、机组智能设备、其他电子设备及具有通讯功能的仪器仪表综保装置等构成。间隔层的设备主要负责遥测、遥信、遥脉数据的采集，遵循指定的通讯规范和协议以数字方式向通信层和系统层传输信息，并由ECS系统后台进行监视。同时可执行系统层下达的遥控、遥调命令。

我们以300MW机组为例，进入ECS系统的电气间隔的设备粗略统计见下表：

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4．带有控制要求的间隔层设备的接口方式

因电厂的生产是一个非常复杂的过程，大量的辅机设备和电机的启停须经DCS顺控逻辑的综合判断来控制。例如：一次风机、二次风机、流化风机、给水泵、凝结水泵等设备，这些设备为保证运行的可靠，可保留部分硬接线——合闸、分闸、开关合位、开关分位四个I/O点，可不执行遥控命令，即半通讯方式。其他项工作/备用电源进线、变压器等电气设备，无须经过DCS顺控逻辑判断的，可采用通讯方式上传数据信息和执行遥控命令，即全通讯方式。

（1）采用半通讯方式的二次接线图

下面我们以6KV一次风机为例：

（2）采用全通讯方式的二次接线图

（3）间隔层接口的应用

我们以一台300MW机组的6KV间隔为例：

序号 间隔名称 负荷类型数量是否须经过DCS顺控逻辑对ECS的要求1 1A/1B电源进线 2 否 全通讯（带遥控）2 1A/1B备用电源 2 否 全通讯（带遥控）3 1A/1B电压互感器 2 否 全通讯（带遥控）4 1A/1B汽机变 1250KVA 2 否 全通讯（带遥控）5 1A/1B锅炉变 2000KVA 2 否 全通讯（带遥控）6 1A/1B电除尘变 3150KVA 2 否 全通讯（带遥控）

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类似的发电厂400V间隔的设备或高压变频设备等，均可依照上表进行统计并进行相关的设计和配置。

五、总结

综上所述，发电厂ECS系统结构让大家有个初步认识了，但其实际结构和配置，受设计院、设备厂家、安装和调试等很多不确定因素影响，最主要还是在于设计。作为信息化发展的今天，ECS系统为电厂电气管理水平提高起着不可替代的作用。