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1 引言
為了提高電氣專業的自動化水平，使值班人員對電氣系統有全面的了解，發電廠應設一套包括6kV和380V電氣設備在內的電氣監控管理系統，以現場總線技術為基礎，實現廠用電系統的運行、保護、測量、控制、故障信息管理及故障診斷、電氣性能優化、電度量采集分析等功能，形成一個綜合自動化在線監控管理系統。系統通過通訊方式與DCS相連，既可減少原來大量的硬接線，又能在DCS實現上述的控制功能，該系統還可通過接口交換機與SIS、MIS等進行通信聯系，以達到信息共享的目的。
2 存在的問題及設計思想
目前，以熱工自動化為龍頭的發電廠分散控制系統（DCS）已得到了廣泛的應用，但大都側重于汽機和鍋爐，對電氣系統考慮較少，機爐與電氣之間的控制及自動化水平不協調。
傳統發電廠電氣自動化系統采用物理硬接線和變送器、I/O卡件等大量硬件設備采集電氣信息、控制電氣設備，電氣系統的測量、保護動作、整定、事故追憶等信息在DCS上無法充分反應，也就無法在DCS上實現電氣專業的分析和管理等功能。可以說，目前電氣進入DCS的水平，只是將以前的控制屏放進DCS的顯示器而已，僅僅能滿足日常運行操作和監視的需要，電氣專業的管理還是停留在以前的水平。要想實現電氣專業真正的數字化和信息化，只能建設電氣自己的計算機監控管理系統(FECS)。
目前電氣就地安裝的二次設備絕大部分已實現智能化，而其強大的通訊管理功能未得到充分利用。因而，如何充分
電氣設備保護測控功能分散就地實現，后臺系統通過通訊網絡和就地綜合保護測控設備通訊，實現遙測、遙信、遙控、SOE（事件順序記錄）、事故追憶等功能，在大量數據的基礎上才能實現分析和管理等各種高級功能。綜合保護裝置不依賴于系統，風險最大程度降低，設備信息豐富，是今后設計中發展的主方向，也拓寬和完善了DCS的監控范圍和自動化程度。
3 設計方案介紹
如圖1所示，電氣計算機監控管理系統采用先進的分層分布式系統結構。分上位機系統監控層、通訊管理層、現場保護測控單元層三層。
(1) 現場保護測控層
由眾多的保護和自動裝置構成，這些裝置具有測量、控制、保護、信號、通信等基本功能，并完成各自的特殊功能。該級裝置數量眾多且分散，利用現場總線技術予以連接。主要有：
? 發電機保護；
? 主變保護；
? 自動準同期裝置；
? 微機勵磁調節裝置；
? 微機廠用電綜合保護測控裝置（含電動機、變壓器、饋線等）；
? 微機廠用電快速切換裝置；
? 微機備用電源自投裝置；
? 微機廠用分支保護裝置；
? 微機同期合閘裝置；
? 400V智能脫扣器；
? 400V微機備自投；
? UPS；
? 直流系統等。
(2) 通訊管理層
通訊管理層由主控單元組成，其作用是將現場保護測控層的各種不同廠家、不同通訊接口和規約的設備連接在一起，經統一的通訊接口傳送至系統監控層，完成各種數據和指令的上傳下發。主控單元可以同時支持多種類型的通訊口，包括以太網、串行通信口、可擴充的其他現場總線接口等，軟件上，采用規約庫，支持MODBUS、標準網絡協議（TCP/IP）等。
圖1 電氣計算機監控管理系統(FECS)結構圖
(3) 系統監控層
可包括的設備有：兩臺運行服務器（主備關系）、一臺數據庫服務器（可選）、一臺Web服務器（可選）、多臺運行工作站和監視工作站、 電量抄表系統工作站（可選）、 其他高級應用工作站（可選），以及衛星時鐘接收和同步系統等。
鑒于現場保護測控單元層的裝置數量眾多，為了保證系統的實時性和可靠性，需將這些裝置分為若干組，再通過現場總線分別組網至對應的通訊主控單元，通訊主控單元通過100M以太網和上位機系統監控層進行通訊。本方案中FECS根據DCS系統DPU的配置配備FECS的通訊主控單元，即把與熱工生產流程密切相關的6kV和400V電動機等負載的保護、測控設備分在同一組接入通訊主控單元，通訊主控單元與DPU一一對應，實現通訊主控單元與DPU進行一對一通訊。通訊接口可以是串行接口（RS232/422/485），也可以是以太網。只有與熱工生產流程密切相關的數據和控制命令由這些通訊完成。由于每個通道的數據較少，沒有中間間隔，因此實時性、可靠性很高，可以取消全部硬接線。對于進線、低壓變壓器、廠用電源饋線等與生產流程關聯不大的保護測控設備以及發變組、高備變的保護測控設備、快切屏、同期屏、勵磁調節控制屏等設備的數據和命令，由于對實時性要求不高，考慮成本，則可通過以太網橋進行數據交換。
4 發電廠電氣監控管理系統的優點
在發電廠廠用電系統中，每個開關柜均需裝設測量儀表及保護裝置，以滿足運行人員和電氣檢修人員對設備的監測和維護要求。傳統的做法是通過控制電纜將各種信息送至DCS，由于受DCS以及電纜投資的限制，只是將部分重要的信息送至DCS，而大量的信息仍需運行，需檢修人員到現場查看，工作量相當大。而電氣監控管理系統，是在微機綜合繼電保護裝置和測控裝置的基礎上將控制、保護、測量、報警等信號在就地單元內處理成數據信息后經現場通訊總線傳輸至主控室的監控計算機，全面滿足用戶對電氣設備的測量、保護和控制等要求。對比傳統DCS系統配置I/O卡件實現對廠用配電設備的控制和采集數據的手段，該系統有以下優點：
? 二次保護和測控裝置分布于各電氣間隔，真正做到了分層分布。保護、測控可在底層由各自動化設備完成，不受通訊是否中斷的限制，系統的可靠性極高；
? 數據交換由硬接線信號變為計算機通訊方式，數據量大，改變了以往只有重要電氣量才進入DCS而電氣運行人員仍需要到現場才能了解更多的設備詳細情況的狀況，真正地實現了電氣信息化和自動化，提高了運行和管理水平，為減員增效創造了條件；
? 電氣系統可獨立運行，實時響應速度高；
? 減少了DCS硬件設備，減輕了DCS負擔，為用戶節省了投資；
? 用極少量的通訊電纜就可將各就地設備連接到管理機，節省從配電裝置到DCS I/O柜的大量電纜，成本低，接線方式簡單靈活，敷設工作量及安裝工程費用相應降低；
? 簡化了二次接線，系統清晰，方便運行和檢修；
? 采用光纖及屏蔽雙絞線，抗干擾能力強；
? 使電氣與DCS的控制水平相一致，適應技術發展，電氣保護控制一步到位，避免了將來二次改造造成的投資浪費；
? 數據量的增加不需再增加電纜和I/O卡件；
? 電氣監測管理系統可先于DCS安裝調試完畢，在廠用電受電時發揮重要作用，正常運行時也可作為DCS的后備操作手段。
5 經濟效益比較
現場總線和計算機網絡技術已經在工業領域和變電站得到了廣泛的應用，有多年成熟的運行經驗，其可靠性、實用性和優異的性能已得到認可，成本也在逐步降低。發電廠電氣監控管理系統是以現場總線技術為基礎發展起來的，其主要目的在于及時、準確反映發電廠電氣設備的運行狀態，在深層次的數據發掘中提高電氣系統的運行維護管理水平，使電氣專業邁上信息化、數字化的臺階，大大前進一步。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號