厂用电气监控管理系统（ECMS）在应用中的典型问题及处理对策

高婷婷，高利平

随着电力行业的发展，单台机组容量越来越大，智能化、自动化、一体化运行已成为火电厂系统发展的趋势。其中厂用电监控系统是火电厂实现自动化运行的重要环节。目前多数电厂都设计有锅炉、汽机及辅助厂房自动化控制的分布式集散控制系统（简称DCS），但DCS无法实现事故记录查询、历史曲线查看、保护定值的调阅与修改、录波文件的简单分析、五防闭锁等比较复杂的综合管理工作[1]。神华福能发电有限责任公司2×1000 MW工程采用新型厂用电气监控管理系统（简称ECMS），部分或全部取消了传统的变送器、仪表等设备，减少了传统DCS的I/O卡件、信号电缆与敷设电缆用的桥架，同时也减少了设计、安装和维护的工作量，节省了投资，提高了整个发电厂厂用电系统的自动化水平和可靠性。本文介绍了神华福能发电有限责任公司ECMS的建设概况及特点，重点针对系统调试和实际应用中出现的问题进行分析，提出防范措施和解决方案。

1 厂用电气监控管理系统（Electrical Control and Management System，简称 ECMS）建设

神华福能发电有限责任公司2×1 000 MW机组工程设置厂用电气监控管理系统（ECMS）对全厂电气设备进行监控。监控范围主要包括：高压厂用工作及备用电源、主厂房内低压厂用电源、辅助车间低压厂用电源、PC至MCC馈线、保安电源、直流系统（仅监测）、交流不停电电源（仅监测）等。对于发变组，正常由ECMS系统进行监视，其余DCS的少量联锁信号采用硬接线，其它所有电气监控信号经测控装置以通信方式送入ECMS系统；对于高低厂用电源系统，所有电气量全部采用通信方式接入ECMS系统进行监控，取消所有硬接线。对机炉电动机，与机、炉逻辑有关的信息采用硬接线接入DCS监控，其它电气管理信息则通过现场总线接入ECMS.

神华福能发电有限责任公司ECMS模式图如图1所示。

图1 神华福能发电有限责任公司ECMS模式图

ECMS与DCS相互独立，电源负荷由ECMS监视及控制，电机类负荷由DCS控制。发电机-变压器组、高低压厂用电源等电气设备的控制、监视和管理由ECMS实现。电动机的监测管理信息进入ECMS，但电动机的控制仍由DCS实现，DCS对电源负荷只监视不控制。在集控室中独立配置DCS、ECMS的操作员站，两个系统相互独立。通过数据库服务器、电气操作员、通信管理单元和分散在就地的电气智能装置实现对每台设备的电气量的测量、监视告警、远方控制、数据统计、定值整定等功能。

ECMS采用北京四方CSPA-2000型系统，在系统组网上采用典型的三层结构：站控层、分布控制层、间隔层。基于IEC61850标准的ECMS组网图如图2所示。

图2 基于IEC61850标准的ECMS组网图

在ECMS中，站控层属于系统控制管理的核心，完成了系统中所有数据的分析与处理工作。同时，根据生产实际需要，将一些关键数字、控制模块显示到各监控画面，实现了对整个系统的控制。站控层配置数据库服务器、电气操作员站、电气工程师站等，采用双网冗余结构，提高了运行可靠性。

分布控制层作为间隔层与站控层的纽带，主要进行规约及通讯方式的转换，实时进行信息交换。为了减轻站控层中的服务器的运算负担，系统将电源部分控制逻辑纳入分布控制层。IEC61850通信规约在变电站中应用较为广泛，目前随着发电厂自动化发展的需要，已逐步在发电厂中大力推广使用。

间隔层由各种智能电子装置（IED）组成，利用电流互感器、电压互感器、变送器、继电器等设备获取各一次设备的运行信息，如电流、电压、功率、压力、温度等模拟量信息以及断路器、隔离开关等的位置状态，从而实现对一次设备进行监视、控制和保护，最后通过总线通讯、以太网通讯等形式将数据上传给站控层。

2 厂用电气监控管理系统（ECMS）的特点

ECMS投资建设成本低。首先，较传统的硬接线方式，节约了大量的电缆，电缆通道等投入。其次，较传统的DCS控制，省去了大量的控制柜、端子柜、减少了DCS电子间的占地面积[2]。最后，调试工作较为方便，可实现模块化调试，调试好一台设备后，可通过简单修改通讯地址完成对剩余同型设备的调试工作。

ECMS运行更为稳定。首先，因采用双网冗余运行，进一步提高系统运行的可靠性。如果发生单网中断等异常，另一网络可以保证系统正常运行，有充足的时间处理异常。其次，因采用了IEC61850通讯方式，大幅降低了传统硬接线通讯方式中出现的干扰异常状况，提高了系统运行的稳定性。

ECMS功能更完善。首先，间隔层智能电子设备采集数据量十分庞大，每台设备约能采集各类数据四百多项。通过采用IEC61850通讯标准，可以准确传送数据，并通过对这些数据的分析，提前发现设备劣化趋势、发生事故后准确定性，同型设备能耗对标等。其次，可实现对历史数据的存储，按要求形成各类报表，使得设备管理更加规范。并且，系统更加人性化、便于维护和升级，可以在现有模块的基础上方便地接入新设备。

3 ECMS系统调试期的典型问题

ECMS采用现场组态的方式，整套系统的组态与调试同步进行，在调试过程中难免出现问题。

典型问题一：通讯异常类问题。ECMS在系统调试期，出现过每间隔一段时间发生通讯异常，失去监控的问题。

通讯故障画面如图3所示。

图3 IEC61850通信测试窗口

经分析诊断，主要原因如下：

1）服务器通讯参数配置不合理，造成与现场设备无法通讯或者频繁报通讯中断；

2）因为通讯线接线不良，造成不能正常通讯；

3）因为就地设备通讯参数配置不合理，造成与服务器无法通讯；

4）因为采用不同厂家设备，通讯协议匹配不良，造成不能正常通讯。

针对该类问题，调整了两台服务器的通讯进程许可配置，确保了一台服务器工作时，另一台服务器处于热备用状态。当主服务器发生通讯异常时，备用服务器可以发挥通讯作用。修改400V综合保护测控装置CSC-831的数据上传方式，重新启动主/备服务器的IEC61850通讯模块，然后将400V综合保护测控装置CSC-831及主控单元CSC861F断电重启。

经过上述处理后，ECMS通讯中断现象未再发生，数据库遥信数据及遥信光字牌刷新正常。

典型问题二：画面显示异常类问题。产生原因如下：

1）画面中各开关元件无双重编码显示；

2）操作执行时，如果发生执行异常，不能报出异常原因窗口；

3）画面显示关联数据库错误，造成画面显示异常。

针对该类问题，对画面中各开关元件增设双重编码，并能实现飘窗显示。在操作界面增加操作异常弹出窗口，并在窗口显示简要的异常原因，提示操作人员故障点，便于故障的排除。认真匹配数据库与画面链接并逐一测试，确保关联的正确性。

经过上述处理后，ECMS画面显示异常类问题未再发生。

4 结论

基于IEC61850标准的ECMS，除少部分电动机外，各电气设备及系统最大限度地实现了ECMS控制。该模式节省大量I/O卡件和电缆，降低了设备投资成本，节省了厂房占地空间，显著提高了火电厂厂用电监控系统的自动化水平及信息管理水平[3]。随着通信技术的不断发展，ECMS的软硬件功能不断完善，厂用电监控系统的功能必将更加可靠、完善，保障火电厂的自动化运行，提高电力系统的可靠性。

[1]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，2006，12（26）：45-48．

[2]李晓波.关于火力发电厂电气监控管理系统（ECMS）的几点说明[J].电气设计技术，2009，8（2）：33-36.

[3]孙 敏．基于IEC61850标准的ECMS技术在海门电厂的应用研究与实现[J]．电力系统保护与控制，2012，40（16）：148-151.