唐士明

摘要針對(duì)330MW大型火力發(fā)電廠廠用電部分采用電氣監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)(ECMS)的設(shè)計(jì)優(yōu)化問題,與傳統(tǒng)的電氣監(jiān)控硬接線納入DCS方案相比較,詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,通過綜合技術(shù)比較,指出優(yōu)化后的電氣監(jiān)控系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)構(gòu)成及可行性方案。

關(guān)鍵詞熱電廠;新建工程;現(xiàn)場總線;ECMS;應(yīng)用

中圖分類號(hào)TM621文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2009)112-0017-01

1概述

目前國內(nèi)外的大型火力發(fā)電廠爐、機(jī)及輔助設(shè)備的檢測(cè)、控制、調(diào)節(jié)及聯(lián)鎖保護(hù)已全部采用分散控制系統(tǒng)(DCS)來完成,在發(fā)電廠DCS系統(tǒng)是電廠自動(dòng)化的主體,經(jīng)過多年的推廣應(yīng)用,獲得了普遍應(yīng)用,達(dá)到發(fā)電廠實(shí)用化水平,但DCS系統(tǒng)在發(fā)電廠電氣部分的監(jiān)控中,由于牽涉到很多電氣系統(tǒng)的自動(dòng)裝置和廠用電的特殊性,往往在實(shí)現(xiàn)控制和聯(lián)鎖功能上不夠理想。

電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS)應(yīng)運(yùn)而生,它是為提高發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化、可靠性和運(yùn)行管理水平,應(yīng)用計(jì)算機(jī)、測(cè)量保護(hù)與控制、現(xiàn)場總線及通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的電氣運(yùn)行、保護(hù)、控制、故障信息管理及故障診斷、電氣性能優(yōu)化等功能的分層分布式綜合自動(dòng)化在線監(jiān)控管理系統(tǒng)。

2常規(guī)廠用電氣系統(tǒng)進(jìn)入DCS的方式及特點(diǎn)

按照常規(guī)方式,廠用電氣設(shè)備與分散控制系統(tǒng)系統(tǒng)(DCS)的聯(lián)系一般采用硬接線方式,該方案具有如下的特點(diǎn):

1)數(shù)據(jù)一對(duì)一傳輸,安全可靠,但傳輸線多,易受干擾影響。DCS系統(tǒng)I/O卡件多,現(xiàn)場開關(guān)柜變送器多,設(shè)備投資增加。

2)所有I/O量均是通過電纜由開關(guān)柜(盤)處連到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的I/O 柜上,隨著DCS采集的數(shù)據(jù)量的不斷增大,電纜的數(shù)量不斷增多,使電纜通道擁擠不堪。增加了大量的電纜工程量和調(diào)試工作量,增大了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試周期及調(diào)試難度。

3)由于上述量均是通過電纜由開關(guān)柜(盤)處連到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的I/O柜上,為降低電纜及DCS卡件費(fèi)用,僅重要的量才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)信息不完整,無法及時(shí)判斷何種保護(hù)動(dòng)作。

4)整個(gè)系統(tǒng)由分離裝置通過控制電纜構(gòu)成,系統(tǒng)維護(hù)工作量大、易受干擾、系統(tǒng)可靠性差、投資成本高。

5)延長運(yùn)行人員處理時(shí)間,不能實(shí)現(xiàn)在工程師站上對(duì)電器元件進(jìn)行管理維護(hù),給電廠運(yùn)行維護(hù)造成不便。

6)由于上述量均是通過硬接線由開關(guān)柜(盤)處連到DCS的I/O柜上,調(diào)試均集中到最后DCS系統(tǒng)的調(diào)試上。而DCS設(shè)備一般是電廠最后訂貨的設(shè)備,其調(diào)試一般是最后進(jìn)行,且調(diào)試工作量也是電廠控制系統(tǒng)最大的,調(diào)試時(shí)間要求也很緊。由開關(guān)柜(盤)處連到DCS的這些量的調(diào)試必然增加最后DCS的調(diào)試周期,增加調(diào)試難度。

7)由于倒送廠用電,要求發(fā)電廠廠用電源系統(tǒng)通常在DCS未調(diào)試之前投入運(yùn)行,即要求廠用電系統(tǒng)及其控制能提前進(jìn)行調(diào)試并投運(yùn),此種接入方式通常無法滿足此要求。

8)DCS通常都是由電廠的熱工人員進(jìn)行日常的維護(hù),如果采用這種接入方式,使廠用電控制系統(tǒng)不利于電氣檢修人員的管理。

3廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的應(yīng)用可行性

80年代中期以來,為適應(yīng)現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),世界上各電氣制造商紛紛推出智能化電氣前端產(chǎn)品。這些智能化的前端產(chǎn)品為利用通訊技術(shù)構(gòu)成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件,同時(shí)計(jì)算機(jī)控制和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)上的成熟應(yīng)用,也使現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用到電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)變得可行。

廠用電系統(tǒng)采用全計(jì)算機(jī)控制、CRT監(jiān)視,全面按功能分散和物理分散的原則進(jìn)行設(shè)計(jì),有利于電廠的安全高效運(yùn)行及管理,提高全廠綜合自動(dòng)化水平,與“數(shù)字化”電廠的要求相適應(yīng),實(shí)現(xiàn)全廠監(jiān)控和信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。

4廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

廠用電監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)采用分散式就地安裝的集保護(hù)、測(cè)量、控制、通信于一體的智能前端設(shè)備,采用冗余的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)將前端電氣智能設(shè)備、自動(dòng)裝置的通信接口連接起來構(gòu)成電氣實(shí)時(shí)控制層網(wǎng)絡(luò);數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、電氣操作員兼工程師站組成以太網(wǎng),構(gòu)成電氣監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò);處于中間的通訊管理機(jī)與下層的控制網(wǎng)絡(luò)和上層的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)連接,構(gòu)成通訊管理層。同時(shí)廠用電監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)還可以通過通訊接口接入DCS系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:與DCS系統(tǒng)間通過100M工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)連接,可省卻與DCS控制器的多個(gè)聯(lián)絡(luò)通訊接口的設(shè)計(jì),根據(jù)工藝系統(tǒng)的具體控制要求上傳DCS監(jiān)視必要的電氣信息量。

電氣工作站除實(shí)現(xiàn)畫面顯示、報(bào)表生成、打印、人機(jī)接口、事件記錄、報(bào)警、事故追憶、分析、系統(tǒng)維護(hù)等功能外,還可以充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后信息全面的優(yōu)勢(shì)避免了電氣信息孤島的出現(xiàn),加強(qiáng)電氣信息的有效應(yīng)用,完成較為復(fù)雜的電氣運(yùn)行管理工作,如實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表、故障信息管理、設(shè)備管理、定值整定等高級(jí)應(yīng)用功能。

5國電哈爾濱平南熱電廠廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的初步配置

本期工程新建2×330MW供熱機(jī)組,每臺(tái)機(jī)組設(shè)一套電氣綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS),具體介紹如下:

本方案的系統(tǒng)采用可靠的分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為保證系統(tǒng)的可靠性,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三層,即間隔層,通信層和站控層。

間隔層負(fù)責(zé)各間隔的就地控制,間隔層的設(shè)備主要由6kV綜合保護(hù)測(cè)控裝置、400V智能型電動(dòng)機(jī)控保裝置、400V饋線綜合保護(hù)測(cè)控裝置、微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置ASS、微機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置AVR、微機(jī)廠用電源快速切換裝置、微機(jī)直流電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置、微機(jī)發(fā)變組保護(hù)裝置、故障錄波器、微機(jī)起動(dòng)/備用變壓器保護(hù)裝置等。間隔層的設(shè)備6kV和400V綜合保護(hù)測(cè)控裝置安裝于開關(guān)柜內(nèi),采用高速現(xiàn)場總線(CAN、LANWORKS、PROFIBUS可選)與通信層的通訊管理機(jī)通信。

通信層(通信管理機(jī),通信網(wǎng)絡(luò)等)主要由工業(yè)級(jí)嵌入式控制器-通訊管理機(jī)組成。硬件上采用通信模塊化設(shè)計(jì),可同時(shí)支持多種類型的通信口,包括以太網(wǎng)、串行通信口、CAN、LANWORKS、PROFIBUS等現(xiàn)場總線接口等。軟件上采用規(guī)約庫,支持各種國際通用的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。用以實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備的“上傳下發(fā)”,并監(jiān)視和管理各測(cè)控單元等設(shè)備。通信管理機(jī)根據(jù)監(jiān)控對(duì)象設(shè)置,布置于各機(jī)組電氣繼電器室。

站控層是ECMS系統(tǒng)管理的核心,對(duì)間隔層裝置采集并通過通信層上傳的信息進(jìn)行處理,具有顯示、對(duì)時(shí)、打印、控制操作、報(bào)表生成、系統(tǒng)自診斷/自恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫管理等功能。

系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用“硬接線+通訊”的方式接入DCS,是目前國內(nèi)大多數(shù)工程采用的ECMS模式。主廠房6kV開關(guān)柜、400/230V PC、MCC各段中各個(gè)回路的I/O控制信息,保護(hù)定值,測(cè)量量等,由各個(gè)回路的保護(hù)測(cè)控裝置通過總線方式進(jìn)入電氣ECMS系統(tǒng)的通訊管理機(jī) ,但對(duì)于參加工藝系統(tǒng)控制的、有嚴(yán)格邏輯聯(lián)鎖和高適時(shí)性要求的廠用電源及高、低壓電動(dòng)機(jī),為了機(jī)組安全運(yùn)行及停機(jī)考慮,保留了與DCS的硬接線啟?？刂坪蛶讉€(gè)關(guān)鍵信號(hào)的硬接線。對(duì)于電氣其余的自動(dòng)裝置如:微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置ASS、微機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置AVR、微機(jī)廠用電源快速切換裝置、微機(jī)直流電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置、微機(jī)發(fā)變組保護(hù)裝置、故障錄波器、微機(jī)起動(dòng)/備用變壓器保護(hù)裝置等,則專門設(shè)置機(jī)組通訊管理機(jī),將這些自動(dòng)裝置的大量信息通過較為通用的RS485通訊方式進(jìn)入ECMS控制系統(tǒng)。

為機(jī)組安全考慮,所有廠用電源部分及電動(dòng)機(jī)控制仍沿用DCS I/O單通道硬接線方式及ECMS的高速現(xiàn)場總線方式(雙通道) 兩種方式,兩種控制方式要有明顯的操作閉鎖。

6技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較

6.1廠用電系統(tǒng)納入DCS的二種模式技術(shù)比較

6.2技術(shù)分析

國電哈爾濱平南熱電廠采用保留關(guān)鍵硬接線型方案比常規(guī)接入DCS(電氣信息全部采用硬接線)控制方案時(shí),全廠的DCS中電氣I/O點(diǎn)數(shù)節(jié)省大約1200點(diǎn)(包括電動(dòng)機(jī))。雖然全通訊方案較保留關(guān)鍵硬接線的方案更加徹底,減少的DCS I/O點(diǎn)數(shù)也更多,但是由于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)極少,還有待進(jìn)一步完善。同時(shí)總線可采集的信息量為:模擬量AI:1400點(diǎn);DI/DO約8700點(diǎn),總共約10100點(diǎn)。

7結(jié)論

國電哈爾濱平南熱電廠采用廠用電監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng),不僅能節(jié)約投資,更主要的是使全廠的電氣控制的自動(dòng)化程度和管理水平提高到一個(gè)更高的層次。采用保留關(guān)鍵點(diǎn)硬接線且與通訊相結(jié)合的廠用電監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)的方式,不僅在運(yùn)行時(shí)與以往硬接線方式差別小,符合傳統(tǒng)運(yùn)行習(xí)慣,容易掌握,而且可以減少大量的檢修及維護(hù)量,精簡了電氣維護(hù)人員的數(shù)量,節(jié)省大量計(jì)算機(jī)電纜及電纜橋架等直接投資。