华能铜川电厂电气监控管理系统分析

张学峰，王小辉

(华能铜川电厂，陕西 铜川 727100)

0 引言

随着电力市场发展改革和发电企业间竞争的日益激烈，火电厂指标考核及日常电能量统计、平衡率计算、节能监督等对设备运行参数电量信息需求大增，而通过硬接点与分散控制系统(DCS)进行有限的控制和信号交换，不能完整反映厂用电气系统的定值整定、电量和潮流等电气运行参数，更不可能通过深层次的数据挖掘提高厂用电气系统的运行维护管理水平。在火电厂建立一套稳定、可靠的厂用电气监控管理系统(ECS)已成为一种趋势。

1 厂用ECS的结构及组网配置

华能铜川电厂采用ECStar－6000厂用ECS，该系统采用现场总线结构，将厂用电气系统各综合保护、测控设备连接成电气监控网络，应用计算机、测量保护与控制及通信技术，实现了厂用电气系统的电气运行、保护、控制、故障信息管理及故障诊断。一方面可以通过接口机接入DCS，完成必要的控制功能及相关数据的交换;另一方面，通过网关接口机接入电气主站系统，充分利用电气系统联网后信息全面的优势，加强电气信息的应用，完成复杂的电气运行维护管理工作，实现厂用电系统综合自动化，并实现与发电厂管理信息系统(MIS)和厂级监控系统(SIS)的无缝连接。

1.1 系统结构

为使厂用电气监控管理系统结构和功能清晰，达到最优的性价比，2台机组配置1套 ECStar－6000系统，公用段及辅助厂房设备通过网络交换机分别接入机组的ECStar－6000系统;该系统采用了先进的分层分布式结构，分为上位机系统监控层、通信管理层及现场保护测控单元层3层。

1.1.1 现场保护测控层

保护测控层由众多的保护和自动装置构成，具有测量、控制、保护、信号、通信等功能。该层主要包括400V系统的 LPC1(2)－580进/出线、LPC2－530电动机保护综合保护装置、空冷MM440变频器及6 kV系统的TOP系列保护装置、备自投装置等，各保护测控装置通过屏蔽双绞线接入通讯管理机，当开关柜室距离监控层超过1000 m时，通信介质需要更换为光缆。

1.1.2 通信管理层

通信管理层由DCAP－400M(C)系列通信管理机组成，每个通信管理机按电气主接线方式接带一个PC段，可支持多种类型的通信口，包括以太网、串行通信口等，软件上采用规约库，支持MODBUS、标准网络协议(TCP/IP)等。400 V PC段LPC系列综合保护装置等现场层测控单元组网采用单(双)网RS485总线结构，通信协议采用MODBUS规约，空冷段西门子MM440变频器通信规约采用USS协议，6 kV综保装置的通信采用双CAN网通讯。

1.1.3 系统监控层

2台机组配置2台电气维护工作站和2台系统服务器，对2台机组的全部电气设备信息量进行监测和控制。后台监控层供运行维护人员日常维护及监视，可安装于集控室或工程师室;配置1台网关机用于与SIS和MIS进通信，暂时预留RS485接口接入DCS的DPU(需要DCS支持)。

1.2 厂用电系统组网方案

鉴于ECStar－6000系统现场保护测控层装置数量众多，为保证系统的实时性和可靠性，根据厂用电系统主接线分段对各种测控、保护设备进行分组，通过现场总线分别组网至对应的通信主控单元DCAP－400M(C)。通信主控单元通过RS485接口接至各段母线的保护测控层装置，通过100 M以太网接入后台监控层，采用双网连接、双网无缝切换。400 V系统LPC系列采用485通信，单双网结合，当辅助厂房离监控层超过1000 m时，需要采用光纤转换。6 kV系统TOP系列综合保换装置采用双CAN网，充分利用光纤通道，一台机组6 kV工作A，B段和公用段接入的3个通信管理共享网络交换机和光纤通道，另外一路光纤备用，达到省网、冗余、可靠的目的。

此方案具有简单实用、现场总线布线容易、间隔分明，便于维护的优点，缺点是与DCS工艺流程控制关联不大，无法与DCS的DPU进行一对一通信，与DCS交换数据的速度受到制约。

2 ECS的应用和管理效益

ECS将正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和电厂的生产技术管理有机地融合在一起，通过准确、实时的数据和信息，运行人员可以直观地监视全厂任何电气设备的运行情况，方便地控制计划停电、送电，实现总体控制。通过系统内各类常规和特制报表、分析曲线，专工可制订保养、检修、整改计划，管理者可根据详细的电量统计报表核算、控制生产成本，检修人员可根据画面的预警提示有针对性地对设备进行保养、检修，在不增加人员成本的基础上，大大提升管理水平。在华能铜川电厂的实际应用中，ECS的功能得到了良好发挥，取得了理想的效果。

(1)火电厂对继电保护定值管理要求严格，绝不允许出现现场保护装置定值设置与定值单不符而造成保护误动、拒动的事故发生，但对于成百上千台的装置，在每次调试、检修结束后，都有可能因遗漏、出错而造成不可想象的事故。ECS的定值管理功能可远方直接查看、修改定值，每次检修前后对定值进行召唤在线核对，节省了大量的时间和精力，可将人为输错的几率降为0并保存为定值档案文件，下次定值变动后可直接下传至装置，这种功能对继电保护人员来说非常实用。

(2)事故分析的实用性。该系统报警信息相当详尽全面，一般故障处理根据后台管理机的报警信息均可很快确定故障点。华能铜川电厂新加的D仪用空气压缩机投运后，频繁出现合闸不可靠的现象，几次都未能彻底查明原因，在ECS后台调取的控制报告中发现，热控合闸指令和空气压缩机分闸指令在同一时间出现，最终找到了回路设计缺陷。在事故跳闸中，根据电气接线分段、时间调取动作报警等报告，可迅速判断首出原因，为事故处理争取了宝贵时间、提供了准确信息，在事故分析中充当了有力的工具。

(3)数据采集和报表管理功能强大。该电厂6 kV电压等级系统利用珠海某公司生产的TOP系列综合保护测控装置本身的测量计量功能或转接电度表的脉冲信号，在监控主站进行电量的在线统计生成日报表、月报表、不平衡率报表及特殊要求的报表(如非生产用电量)等，可实现专用的厂用电抄表系统的所有功能。遗憾的是，其记录电量时间的最小间隔为5 min，不能作为故障分析的依据。但是特殊时段的报表功能完全可以反映所需电量信息，比如电除尘断电振打、电动给水泵变频器等进行技术改造后，通过后台报表和实时电量显示可明显发现电流、功率因数、电度等电量指标下降，运行人员通过改变运行方式，可实时观察电量信息并可根据需要调取历史数据进行特殊要求的报表编制，通过对数据的深度发掘提高生产管理水平。

(4)在电厂大、小修中，需要对各种开关设备进行调试传动，而实际中很多负荷的分、合闸逻辑条件由于检修状态并不满足，大量条件需要热工人员进行强制，极易造成误强制或遗漏恢复，而利用ECS强大的通信控制功能，可远方直接通过通信指令让开关分、合，节省了大量的时间和工作，这点对于时间紧、任务重的检修工作非常重要。

(5)GPS对时功能很实用。为方便运行方式调整、动作故障情况分析，电厂内电气系统与DCS时间以及现场各运行设备的时间需要保持一致。现场成百上千装置的时间设置不仅繁多，而且不能达到完全同步的状态，分析事故时不能按时间先后顺序分析各现象，给事故处理带来不便。GPS发出的对时命令及同步脉冲信号接入DCAP－4000M主控单元的时钟管理模块，再由主控单元通过以太网同步ECS上位机时钟并通过现场总线向保护测控层广播时间，同时向各保护测控装置驱动转发同步脉冲信号，现场装置只要设置好通信地址、协议等参数，装置时间会自动与系统同步，简单实用。

(6)设备管理台账。火电厂的大/小修、临检等设备维护后的台账必须及时、准确归档，而每次检修任务重、时间紧，对厂用电系统繁多的设备根本无力做得很精细，而采用ECS后可利用系统数据共享的优势上传给MIS台账，设备动作报警检修信息可通过保存在历史库的方式定期调取、存档，省去了大量的人力并可实现无纸化办公，节省了材料费用，而且清晰、准确，不会遗漏。

3 厂用ECS运行中存在的一些问题

(1)由于485屏蔽双绞线传输距离较近，对于辅助厂房和主厂房6 kV段的通信需要铺设光纤，造价较高。系统屏内的光电转换器过于集中，散热差，光电转换器容易烧坏。

(2)厂用综合保换设备繁多，同一主控单元带太多负载时容易死机，造成通信中断，稳定性较差。

(3)与其他厂家综合保测控装置通信组网，需要沟通通信协议组态等，通用性不强。

(4)硬件平台较低，稳定性较差，出现过主机风扇不转而导致系统死机的现象。

4 结束语

ECStar－6000厂用 ECS功能全面、实用，使电厂生产管理中的很多难题得到轻松解决，节省了控制系统、信号电缆等方面的投资，经济效益良好。

［1］阳宪惠.现场总线技术及其应用［M］.北京:清华大学出版社，1999.

［2］陈丽琳，赵燕茹.厂用电监控管理系统的技术比较［J］.电力自动化设备，2006，26(12):59 －63.

［3］冯伟江，黄健.国内火电厂电气监控系统的应用和发展方向［J］.电力系统保护与控制，2006，34(15):48 －52.