火电厂厂用电气自动化系统 (ECS)的现状和发展

吕宝英

（同煤集团同达热电公司，山西 大同 037003）

【摘　要】主要介绍了火电厂ECS 的现状和发展历程, 结合近年来网络通信技术在变电站综合自动化系统的成功应用, 简单的分析DCS 系统硬接线方式缺点, 对ECS 的发展提出新的展望。

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关键词 火力发电厂；ECS；控制

发电厂厂用电气自动化系统,简称ECS,是发电厂自动化领域近年来兴起的一个新的热点。与发电厂分散控制系统(DCS)侧重于热工系统的监控相对应,ECS侧重于发电厂电气系统的监控;与发电厂网络监控系统(NCS)侧重于发电厂接入电网部分的电气监控相对比,ECS侧重于发电厂内部,实现厂用电中低压电气系统的保护、测量、计量、控制、分析等综合功能。

ECS系统将原先各自独立运行的6KV中压系统及380V低压系统中种类和数量众多的继电保护装置、测控装置、自动装置等通过现场总线或以太网联结起来构成系统,一方面,实现了与DCS系统的通信方式的信息交换,大大减少了DCS的测点投资和硬接线方式下的电缆投资,另一方面,通过网络和后台软件,实现了电气系统的协调控制、故障分析和运行管理,提高了整个发电厂的自动控制水平和运行管理水平。

1　ECS的发展历程

发电厂电气自动化系统可以分成以下几个主要部分:

1.1　发变组保护

含发电机保护、变压器(含主变、高厂变、高备变)保护,在大中型机组中,通常以发电机——变压器组保护或发电机——变压器——线路组保护的形式出现。

1.2　发电机励磁调节系统(AVR)

含励磁调节装置、功率单元、机端变等。

1.3　发电厂升压站网络监控系统(NCS)

含高压线路保护、母线保护、低压线路保护测控装置、后台监控系统、“五防”、RTU等。

1.4　发电厂厂用电气自动化系统(S)含厂用中压6kV和低压3V系统的保护测控装置、智能马达保护器、安全自动装置、网络通信及后台监控应用系统。

1.5　其他电气设备和系统

如直流电源、UPS等的控制系统。发变组保护装置、励磁调节装置是发电机组最重要的自动化设备之一,由于其很高的专业性和重要性,传统上作为独立的子系统设计和运行,目前普遍采用嵌入式软硬件开发实现,系统对外留有通信接口;升压站的作用是将发电机发出的电升高电压后输送入电网,因此网控系统(NCS)的主要作用是实现升压站运行控制的自动化,与电网中普通变电站的综合自动化系统很相似,由于近年来变电站综合自动化系统技术发展很快,网控系统得益于此,基本与之同步发展。

发电厂厂用电气自动化系统(ECS)是近年来随着网络通信和软件技术的发展而演变而来的一个新的综合自动化系统。众所周知,发电厂厂用电气二次系统包含众多的控制设备,这些设备的显著特点是可靠性要求高、功能配置专业化、安装位置分散。长期以来,厂用电气控制设备一直是独立运行的,控制难以协调、信息难以共享,也不存在实际意义上的系统。从20世纪90年代初期开始,厂用电气自动化产品经历了一个重要的历史过程,在这一过程中,大部分设备完成了从集成电路型向微机型,或直接从晶体管型和电磁型向微机型的升级换代,实现了厂用电气自动化的一次飞跃。但随后,自1998年左右,围绕其下一步的发展目标,在行业内引起了严重的分歧,一种观点认为电气系统应仍以常规硬结线方式接入DCS系统,电气二次设备维持分立状态,甚至认为可扩展DS功能,在DS中直接实现电气二次设备的功能;另一种观点认为应利用现场总线和54内蒙古石油化工网络对电气二次设备进行联网,一方面以通信方式接入DCS系统,以节省包括DCS在内的综合投资,一方面组建电气后台应用系统,提升电气系统的运行管理水平。传统DCS技术应用于厂用电气自动化系统时,存在着以下的障碍：

１）在电气自动化系统中,电气系统的电流电压等早已实现了直接交流采样,精度高、速度快、数字化；而DCS对电压电流等需要通过变送器转换后接入DCS,二次接线复杂,造价高,抗干扰性能差。

２）电气暂态过程快,继电保护、厂用电快速切换等通常要求处理的时间为毫秒级,而DCS的反应时间通常为秒级。

３）DCS是论“点”收费的,对一个信息“点”,如温度、压力或电流量,一方面需要提供一路专用电缆芯,上万个点就要上万路芯线,既耗费大量控制电缆,又浪费大量空间、施工时间;另一方面,在DCS设备中,设备卡件也是按“点”收费。而电气自动化系统中,一根通信电缆可以传送成百上千个“点”。

４）由于DCS对电气测点的限制,使电气系统的许多应用功能无法实现,如故障诊断、故障分析、经济性分析、定值管理等。从而无法提升电气系统的运行管理水平。近年来,以现场总线、工业以太网为代表的网络通信技术在变电站综合自动化系统的成功应用,以及DCS系统硬接线方式缺点的逐步暴露,使得全面提高厂用电气系统自动化水平的呼声越来越高。从2000年以来,国内国外一些电力自动化设备制造厂家和电力规划、设计和使用和试验部门一起积极探索,提出了多种ECS方案,并在许多电厂进行了试验,积累了宝贵的经验。这些方案的共同特点是：厂用电气自动化设备通过现场总线联网;电气系统与DCS间采用通信加部分硬接线方式进行联系以减少电缆数量;建立电气后台系统,规划并逐步开发各种应用软件。

2　ECS系统的构成从结构上看，ECS系统可分成三层

第一层：间隔层。这一层主要为完成各种专业化功能的智能装置,包括:厂用电中压6KV10KV系统系列保护测控装置、厂用电低压400V系统系列智能控制器及测控装置、厂用电源快速切换装置、低压备用电源自投装置、自动准同期控制装置、小电流接地选线装置、直流接地选线装置等。这些智能装置通常都以嵌入式软硬件技术开发,有CPU、AD、RAM、EEPROM、现场总线或以太网对外通信接口等。

第二层：通信管理层。这一层包括通信网络及通信管理装置,主要完成与上述各种智能装置、DCS系统、电气后台监控系统、发电厂其他智能设备(如发电机保护、励磁调节装置、马达保护器等)、发电厂其他系统(如厂级监控系统SIS)的通信。通信方式采用工业以太网和现场总线,如PROFIBUS、CAN等,通信管理装置实现不同现场总线接口标准的互联以及不同通信规约的转换。

第三层：站控层。这一层主要包括后台监控系统计算机硬件和各种专业应用软件,硬件有服务器、工作站等,应用软件包括SCADA(数据采集和监控)、厂用电抄表、录波分析、电动机故障诊断等各种基础应用及高级应用功能软件,以及后台系统与发电厂其他管理系统(如MIS系统)间的通信接口软件。

3　今后的发展展望

ECS顺应技术发展大潮,充分利用现场总线和网络通信技术,对发电厂厂用系统实现了全面的技术提升,对厂用电气系统的发展具有重要的现实意义,甚至对DCS系统本身的发展也有重要的参考价值。但是,该系统要达到设计的最终目的,还必须在以下两方面获得实质性的突破：

1）实现对厂用电气全通信控制。由于通信速度和系统可靠性还有一定的距离,目前的ECS系统还不能满足从DCS通过ECS对电气系统的“通信全控”方式,ECS系统与DCS系统间还保留了一部分硬接线。要实现全控模式,首先必须解决好热工工艺连锁问题。

２）目前大部分电气后台系统的实际应用基本处（下转第303页）（上接第234页）于初级阶段,只能进行基本的运行监视功能,离实质性地实现控制逻辑、提高电气控制水平及系统运行理水平的目标还有较大距离。

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参考文献

［１］CSPA-2000 分布式电气自动化控制系统.北京四方电气（集团）有限公司资料[Z].

［２］刘炬,李高俊,毛以军.基于工业以太网和现场总线的火电厂电气自动化系统[Z].自动化博览,6(6).

［３］邱华.电气系统监控纳入D S 应用的探讨[J].湖北电力.

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