浅析发电厂电气监控系统的总体架构和功能

王立妍，张洪亮

华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司生产技术部，内蒙 古包头 014013

0 引言

基于现场总线模式的发电厂电气监控系统，充分发挥电气保护测控设备在电厂自动化监控中的功能。电气监控系统采用的分层分布式结构，可保证系统的实时性和可靠性。电气监控系统ECS后台软件所具有的强大功能，不仅能保证电厂正常运行时采用的DCS为主的操作模式，而且给电厂运行维护人员提供了丰富的控制操作、数据分析、在线故障查找、报表统计、历史曲线等功能，完全可以作为DCS在出现故障或检修调试时的一种安全运行手段[1]。

1 电厂电气监控系统实现的关键点

由于电气监控系统联网以及接入DCS可能带来的问题，在设计一个高效合理的发电厂电气监控系统之前，应先了解ECS系统实现的关键点，主要为[2]：

1）总线协议，即总线标准。一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双向串行数字化通信传输为基本依据。但由于各种原困，各类总线的总线协议存在很大的差异。

2）ECS系统的基础是数字智能现场装置。数字智能现场装置是ECS系统的硬件支撑，是基础，ECS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。如果现场装置不遵循统一的总线协议，不具备数字通信功能，那么所谓的双向数字通信只是一句空话，也不能称之为现场总线控制系统。再者，现场总线的一大特点就是要增加现场一级的控制功能。

3）电气联锁问题。发电厂中存在很多联锁回路，尽管联锁的逻辑比较简单，但是电气设备本身操作复杂，以键基于RS-485／RS-232的通信并不十分稳定，容易出现通信中断，从而造成联锁失效，因此在联锁实现上是采用硬接线还是采用通讯也是一个关键问题。

4）功能问题。电气系统联网后，如果只在DCS中有监视、测量、动作等简单功能，并不能在深层次上提高电气系统的运行维护管理水平，也无法体现出电气系统接入DCS实现联网自动纯的优越性。

2 电厂电气监控系统的组网方案及功能

2.1 系统结构

结合上述存在问题和实施要点，一个完善的ECS系统，其设计思想为：系统采用分散式就地的集保护、测量、控制、通信于一体的只能前端设备，用现场总线把这些设备的通信接口连接起来构成电气监控网络；通过以太网连接设备将数据库服务器、电气运行工作站、维护工程师站、远东工作站等组网构成电气监控管理上位机系统；通过通信管理机连接DCS系统；通过服务组件与电厂的MIS，SIS等互联。厂用电气监控管理系统(ECS)应采用分层分布式的系统结构。系统结构主要分为上位机系统监控层、通讯管理层、现场保护测控单元层三层。

2.2 组网方案

电气监控系统可以理解为DCS系统的一个独立子系统，因此，ECS一般是独立组网，然后与DCS联网实现信息共享。组网方案的优劣，直接关系到电厂运行的可靠性、实时性和安全性。

根据ECS与DCS的联络方式进行分类，可分为：硬接线和现场总线相结合的方式和完全现场总线方式；根据FECS组网的方式分类，又可分为：面向对象的组网模式和面向过程的组网模式。

2.2.1 硬接线和现场总线相结合的方式

大型火力发电厂的现场保护测控单元层的装置数量众多，为了保证系统的实时性和可靠性，需将这些装置分为若干组，再通过现场总线分别组网至对应的通讯主控单元，通讯主控单元通过100m以太网和ECS系统自身的上位机系统监控层进行通讯。在这种方式下，每个主控单元均提供与DCS的通讯接口，该通讯接口可以是串行接口，也可以是以太网。ECS和DCS之间的数据交换可通过通讯主控单元与DCS的DPU直接通讯完成，或者由ECS监控层与DCS监控层经过网桥通讯完成。

2.2.2 完全现场总线方式

本方案的系统结构与上一方案基本相同。不同之处在于将上述保留的硬接线也取消，全部采用通讯方式完成。此时，ECS往往根据DCS系统DPU的配置情况配备通讯主控单元，即把与热工生产流程密切相关的电动机等负载保护、测控设器按DPU分组，接入通讯主控单元，通讯主控单元与DPU一一对应，实现通讯主控单元与DPU进行一对一通讯。通讯接口可以是串行接口(RS232／422／485)，也可以是以太网。

2.2.3 面向对象的组网模式

根据厂用电原理接线的分段对现场保护测控层设备进行分组，按段通过现场总线分别组网至对应的通信管理层主控革元，发交组保护，起/备变保护、励磁调节等智能设备成组接入通信管理机，再由主控单元通过以太网与上位桃系统监控层进行通讯。

在完全现场总线方式下，面向对象的组网模式不便于DCS过程控制，而在硬接线和现场总线相结合的方式下，可通过硬接线方式将实时性要求高参与逻辑控制的工艺流程信息与DCS系统DPU对应，解决此问题。因此面向对象的组网模式多采用硬接线与现场总线相结合的方式。

2.2.4 面向过程的组网模式

根据发电厂的控制流程，把与热工控制流程相关的厂用电动机保护测控设备等按DCS的DPU分组的方式分组，并接入响应的通信管理机与DCS的分布式处理单元DPU对应通信，厂用电源保护测控设备成组接入通信管理机，发变组保护、起／备变保护、励磁调节等智能设备成维接入通信管理机，再由主控单元通过以太网与上位机系统监控层进行通信。

3 结论

面向对象和面向过程的发电厂监控系统，具有通用性好、可维护性强、易操作性强、实用性强等特点和优点。本文从电气系统自身所具有的特点出发，介绍了ECS的发展状况，并着重讨论了ECS系统的系统结构、组网模式和所具备的功能。

[1]杨中，章建民.RCS-9000电气监控系统在燃机电厂的应用[J].电力系统自动化，2004，28（7）.

[2]师法民，吴伟，张克惠，等.电厂电气监控系统组网模式及其与分散控制系统接入方式的研究[J].电网技术，2008，32（11）.