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摘要：电厂电气监控系统是确保电厂稳定工作的一项重要措施，其可以使工作人员时刻注意到电厂的异常情况并及时处理。分析了电厂电气监控系统的工作原理、存在的问题、系统的调试情况，总结了电气监控系统的优缺点。
关键词：电厂电气；监控系统；解决方案；ECS；DCS
作者简介：马岩（1984-），男，辽宁沈阳人，辽宁电力勘测设计院，助理工程师。（辽宁 沈阳 110179）
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0237-02
电厂电气监控与电厂的正常运转密切相关，随着信息技术的发展，电厂电气监控系统都是采用计算机技术，通信技术、测量保护与控制及现场总线技术等最新技术来设计和实现，对ECS系统的进一步发展起着巨大的推动作用。然而现阶段的发展过程中还存在很多误区和问题。其发展趋势又会怎样？为此本文进行了深入的探讨。
一、电厂电气监控系统概况
电厂电气监控系统主要利用分散控制系统技术进行联网，接入分散控制系统技术的过程中可能会出现很多问题。进行实际的技术实施之前，需要分析和了解电厂电气监控系统的技术实施的主要措施和指标，寻找其中的关键点，这样方能早日把电厂电气监控系统的实施方案规划好。
系统功能：电厂电气监控系统主要作用就是要对整个电厂运行系统进行监管，单纯的分散控制系统的功能技术测量、监视及控制不能将其良好的控制功能体现出来。设计的监控系统要将分散控制系统的功能和技术所具有的深层次控制水平充分体现出来，方可以有效地监控电厂电气监控系统及完成对它的预期管理和运作。充分利用电厂电气监控系统不仅可以保障电厂平日的生产安全有序进行，还可以通过对设备运行的有效监控来达到电厂电气控制系统的接入分散控制系统技术在联网条件下性能的优越性。[1]
总线标准：通常称电厂电气监控系统总线标准为监控系统利用的总线协议，进行总线标准的确定实际上就是确定监控设备间相互通信协议。此举同时将要采用的技术及控制设备一并确定，从总线协议运行的基本原理来看，其实大部分类型的总线均是十分类似的，在实际系统当中能够非常有效完成系统双向的数字化通信问题。然而不同的总线协议其实际作用效果和使用功能水平存在一定的差别，设计人员需对不同的总线协议进行科学筛选及鉴定，这样才能为电厂选取适合其监控与管理的标准。[2，3]
二、电气系统监控范围与职能
1.监测范围
电气设备监控系统由两个主要监测单元组组成：变压器—发电机监测单位监测组和辅助动力装置组。这两个单元组的检测范围还包括功率单元直流系统、UPS和安全的电力系统。
2.单元组功能
变压器—发电机监控单元组根据实际操作水平和设备的可靠性，应设置序列网格间断点，一步一步进行。第一步，由DEH零到额定起升速度。第二步，启动电网，主要完成电网前铸背板保护的相关准备工作，投入灭磁开关等。第三步，DCS将投入AVR，AVR通过整套的发电机升压完成从零到预期电压。第四步，主要工作是完成定子及转子接地的检查，投入ASS自动准同步装置，在同步过程中自动准同期装置DCS控制AVR、DEH，当同步条件都满足时，发电机断路器合闸命令一起同步，发电机的电力负荷达到一定水平之后，DCS将迅速改变高压厂用电系统启动/备用变压器厂，切换到高压力的变化。
分离单元操作顺序大致相反：单位正常停运，DCS控制降低机组负荷，当机组负荷下降到一定值时，DCS高压厂用电系统就会快速切换到启动/备用变压器系统供电，当机组负荷继续下降至零，跳主控开关汽轮机主汽阀关闭，发电机励磁跳闸。[4，5]
三、电厂电气控制系统的发展问题
1.通信问题
通信接口不规范，不能可靠和实时通信，通信设备差、可扩展性不强。这些问题都将成为制约其发展的阻力。没有标准化的通信接口，ECS系统网络的工作量是相当大的。
2.操作权限问题
电厂电气设备一般包括DCS系统集中控制，ECS系统为DCS系统备件，往往保留了远程控制功能，此外，开关柜或设备、业务职能也要到位。要有阻断措施，以确保在同一时间允许只有一个控制是激活的。只有在某些紧急情况下，通过授权的操作人员，可以操作ECS控制设备。此方法的缺点是，没有硬件闭锁装置存在DCS和ECS可同时操作的操作权限，操作权限不能对硬件进行闭锁，可能会是DCS与ECS共同操作。方式二、三位置或四位置转换开关设置在间隔层控制单元上，将设备就地、开关柜、ECS、DCS 放在不同操作位置。此方式导致控制地点过多，不便于运行。
3.ECS性能差异大
ECS系统基本功能：数据的实时采集及处理，建立与维护数据库，控制与检测：报警处理事件序列；生成及显示屏幕，时钟同步；制表和计算；电能调制；人机通信，系统自行诊断与修复，与相关设备通信、管理；远程控制功能等等。很多功能都有独特的内容，如操作及管理功能包含：事故分析检索；操作指令；在线设备分析；模拟操作；工作单管理；运行记录和转移记录管理设备运行；操作票；缺陷的维修记录管理；法规和规章。
4.和DCS接口的问题
现在，国内的DCS硬件大多为进口设备，然而国外的DCS通信开放性受到极大的约束。DCS与ECS的通信接口存在许多问题。
（1）DCS系统主要用于机炉的控制，而在电气的自动化控制方面的性能比较有限，所以，其与ECS的许多数据均不兼容。
（2）DCS系统扫描一周大约需要200ms，相对较快。而其信息量、通信周期、数据包长度等并不完善，都将影响通信的实时性，且ECS通信速率稳定性不好。
四、调试过程存在的问题与解决方案
进行电气监控系统性能的测试时我们发现很多问题：在电厂电气监控系统的架构和运行过程中，时常有分散控制系统监控失灵、电磁信号干扰、数据传送丢失等问题产生。对某市电厂发生的各类问题所属类型进行统计，此市一共6家电厂，其中有3家发生过分散控制系统监控失灵情况，有2家发生过信息数据存放丢失情况，有1家发生过电磁干扰情况。对分散控制系统控制而言，在运用分散控制系统技术从事过程控制时，设备的实时情况、整个系统的实时性及可靠性是必须要保障的。为确保设备安全性，系统调试过程中需对设备变压器、进线开关及电动机控制开关等控制设备预先进行调试，防止因设备的意外问题而造成财物、人员伤亡等损失。 信息数据的存放问题：电厂电气监控系统设备在与各设备通信过程中会有大量信息数据产生，这些数据要通过ECS技术来完成信息交换，从而进一步由分散控制系统技术对这些数据进行处理和分配。电厂电气监控系统的调试当中，这些步骤均具有十分重要的作用，监控系统将信息数据的命令传达给分散控制系统，ECS系统会对多余的数据进行存放。
电磁干扰问题：在调试电厂电气监控系统的阶段中所有与总线连接的设备都需要大量具有屏蔽作用的双绞线，所以电磁干扰问题往往会在电气监控系统当中出现。系统调试的过程中，传输数据或者对数据进行互访很可能会对周围其他器件造成大量电磁信号的干扰，全部设备在通电启动后就会成为电磁干扰源，这样会形成相互影响的恶性循环，会最终导致分散控制系统技术出现显示坏点以及在数据传送途中造成数据乱码甚至数据丢失的情况。为确保信号传输的可靠、稳定，需要对传输线缆进行布线线缆的屏蔽层的接地工作，并且线缆过长时还要分段进行接地。
五、电厂电气监控的优缺点
1.优点
（1）系统采用分层分布式结构，结构清晰、灵活，可分阶段实施，易于扩展。现场主要设备简单地通过增加相应智能终端的通信和管理底层系统扩展连接就可以实现。
（2）兼容性。管理或前端机通信管理单元通信提供了各种接口。
2.缺点
（1）采取了很多DCS的I/O点数，投资大、卡件多。
（2）电气保护、测量、开关位置以及其他所需信息检测不完整。
（3）不能达到远程保护信号复位。
（4）模拟直流采样，设备投资高。
（5）电气二次接线复杂，花费了大量的电缆施工和维护的工作量。
（6）所有信息都集中在DCS、DAS系统，系统风险比较大。
（7）无法完成以上操作和管理复杂的电气工作，诸如电力系统运行维护人员的医疗管理、保护设置、事故追忆和其他信息。
六、总结
DCS引进到电厂电气控制系统，将大大提高整个电厂的电气系统运行及管理能力，提高电厂运行的安全性，降低电厂的经济成本，这样必将使得电厂的市场竞争力得到极大提高。随着DCS在电气监控系统中的不断发展和完善，电气控制系统也已经由单纯的监测转向监控与控制合一，由过去的集中I/O方式、远程I/O方式向现场总线方式发展。随着信息科学技术和电子通讯技术的持续发展，具有智能前端设备与现场总线的监控方式将会是电厂电气监控系统的发展趋势，这有待我们不断实践总结经验。
参考文献：
[1]王诗然.发电厂厂用电电气监控管理系统的设计与应用[D].北京：华北电力大学，2012.
[2]侯永强，陈立新，杨星利，等.电厂电气监控系统中存在的问题探析[J].华章，2013，（9）：331.
[3]黄璟.电厂电气监控系统发展问题探讨[J].现代商贸工业，2011，（1）：261-262.
[4]陈力俊.电厂电气监控系统浅谈[J].民营科技，2011，（5）：38.
[5]王海源.电厂电气监控管理系统研究[J].科技创新与应用，2012，（27）：184.
关键词：电厂电气；监控系统；解决方案；ECS；DCS
作者简介：马岩（1984-），男，辽宁沈阳人，辽宁电力勘测设计院，助理工程师。（辽宁 沈阳 110179）
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0237-02
电厂电气监控与电厂的正常运转密切相关，随着信息技术的发展，电厂电气监控系统都是采用计算机技术，通信技术、测量保护与控制及现场总线技术等最新技术来设计和实现，对ECS系统的进一步发展起着巨大的推动作用。然而现阶段的发展过程中还存在很多误区和问题。其发展趋势又会怎样？为此本文进行了深入的探讨。
一、电厂电气监控系统概况
电厂电气监控系统主要利用分散控制系统技术进行联网，接入分散控制系统技术的过程中可能会出现很多问题。进行实际的技术实施之前，需要分析和了解电厂电气监控系统的技术实施的主要措施和指标，寻找其中的关键点，这样方能早日把电厂电气监控系统的实施方案规划好。
系统功能：电厂电气监控系统主要作用就是要对整个电厂运行系统进行监管，单纯的分散控制系统的功能技术测量、监视及控制不能将其良好的控制功能体现出来。设计的监控系统要将分散控制系统的功能和技术所具有的深层次控制水平充分体现出来，方可以有效地监控电厂电气监控系统及完成对它的预期管理和运作。充分利用电厂电气监控系统不仅可以保障电厂平日的生产安全有序进行，还可以通过对设备运行的有效监控来达到电厂电气控制系统的接入分散控制系统技术在联网条件下性能的优越性。[1]
总线标准：通常称电厂电气监控系统总线标准为监控系统利用的总线协议，进行总线标准的确定实际上就是确定监控设备间相互通信协议。此举同时将要采用的技术及控制设备一并确定，从总线协议运行的基本原理来看，其实大部分类型的总线均是十分类似的，在实际系统当中能够非常有效完成系统双向的数字化通信问题。然而不同的总线协议其实际作用效果和使用功能水平存在一定的差别，设计人员需对不同的总线协议进行科学筛选及鉴定，这样才能为电厂选取适合其监控与管理的标准。[2，3]
二、电气系统监控范围与职能
1.监测范围
电气设备监控系统由两个主要监测单元组组成：变压器—发电机监测单位监测组和辅助动力装置组。这两个单元组的检测范围还包括功率单元直流系统、UPS和安全的电力系统。
2.单元组功能
变压器—发电机监控单元组根据实际操作水平和设备的可靠性，应设置序列网格间断点，一步一步进行。第一步，由DEH零到额定起升速度。第二步，启动电网，主要完成电网前铸背板保护的相关准备工作，投入灭磁开关等。第三步，DCS将投入AVR，AVR通过整套的发电机升压完成从零到预期电压。第四步，主要工作是完成定子及转子接地的检查，投入ASS自动准同步装置，在同步过程中自动准同期装置DCS控制AVR、DEH，当同步条件都满足时，发电机断路器合闸命令一起同步，发电机的电力负荷达到一定水平之后，DCS将迅速改变高压厂用电系统启动/备用变压器厂，切换到高压力的变化。
分离单元操作顺序大致相反：单位正常停运，DCS控制降低机组负荷，当机组负荷下降到一定值时，DCS高压厂用电系统就会快速切换到启动/备用变压器系统供电，当机组负荷继续下降至零，跳主控开关汽轮机主汽阀关闭，发电机励磁跳闸。[4，5]
三、电厂电气控制系统的发展问题
1.通信问题
通信接口不规范，不能可靠和实时通信，通信设备差、可扩展性不强。这些问题都将成为制约其发展的阻力。没有标准化的通信接口，ECS系统网络的工作量是相当大的。
2.操作权限问题
电厂电气设备一般包括DCS系统集中控制，ECS系统为DCS系统备件，往往保留了远程控制功能，此外，开关柜或设备、业务职能也要到位。要有阻断措施，以确保在同一时间允许只有一个控制是激活的。只有在某些紧急情况下，通过授权的操作人员，可以操作ECS控制设备。此方法的缺点是，没有硬件闭锁装置存在DCS和ECS可同时操作的操作权限，操作权限不能对硬件进行闭锁，可能会是DCS与ECS共同操作。方式二、三位置或四位置转换开关设置在间隔层控制单元上，将设备就地、开关柜、ECS、DCS 放在不同操作位置。此方式导致控制地点过多，不便于运行。
3.ECS性能差异大
ECS系统基本功能：数据的实时采集及处理，建立与维护数据库，控制与检测：报警处理事件序列；生成及显示屏幕，时钟同步；制表和计算；电能调制；人机通信，系统自行诊断与修复，与相关设备通信、管理；远程控制功能等等。很多功能都有独特的内容，如操作及管理功能包含：事故分析检索；操作指令；在线设备分析；模拟操作；工作单管理；运行记录和转移记录管理设备运行；操作票；缺陷的维修记录管理；法规和规章。
4.和DCS接口的问题
现在，国内的DCS硬件大多为进口设备，然而国外的DCS通信开放性受到极大的约束。DCS与ECS的通信接口存在许多问题。
（1）DCS系统主要用于机炉的控制，而在电气的自动化控制方面的性能比较有限，所以，其与ECS的许多数据均不兼容。
（2）DCS系统扫描一周大约需要200ms，相对较快。而其信息量、通信周期、数据包长度等并不完善，都将影响通信的实时性，且ECS通信速率稳定性不好。
四、调试过程存在的问题与解决方案
进行电气监控系统性能的测试时我们发现很多问题：在电厂电气监控系统的架构和运行过程中，时常有分散控制系统监控失灵、电磁信号干扰、数据传送丢失等问题产生。对某市电厂发生的各类问题所属类型进行统计，此市一共6家电厂，其中有3家发生过分散控制系统监控失灵情况，有2家发生过信息数据存放丢失情况，有1家发生过电磁干扰情况。对分散控制系统控制而言，在运用分散控制系统技术从事过程控制时，设备的实时情况、整个系统的实时性及可靠性是必须要保障的。为确保设备安全性，系统调试过程中需对设备变压器、进线开关及电动机控制开关等控制设备预先进行调试，防止因设备的意外问题而造成财物、人员伤亡等损失。 信息数据的存放问题：电厂电气监控系统设备在与各设备通信过程中会有大量信息数据产生，这些数据要通过ECS技术来完成信息交换，从而进一步由分散控制系统技术对这些数据进行处理和分配。电厂电气监控系统的调试当中，这些步骤均具有十分重要的作用，监控系统将信息数据的命令传达给分散控制系统，ECS系统会对多余的数据进行存放。
电磁干扰问题：在调试电厂电气监控系统的阶段中所有与总线连接的设备都需要大量具有屏蔽作用的双绞线，所以电磁干扰问题往往会在电气监控系统当中出现。系统调试的过程中，传输数据或者对数据进行互访很可能会对周围其他器件造成大量电磁信号的干扰，全部设备在通电启动后就会成为电磁干扰源，这样会形成相互影响的恶性循环，会最终导致分散控制系统技术出现显示坏点以及在数据传送途中造成数据乱码甚至数据丢失的情况。为确保信号传输的可靠、稳定，需要对传输线缆进行布线线缆的屏蔽层的接地工作，并且线缆过长时还要分段进行接地。
五、电厂电气监控的优缺点
1.优点
（1）系统采用分层分布式结构，结构清晰、灵活，可分阶段实施，易于扩展。现场主要设备简单地通过增加相应智能终端的通信和管理底层系统扩展连接就可以实现。
（2）兼容性。管理或前端机通信管理单元通信提供了各种接口。
2.缺点
（1）采取了很多DCS的I/O点数，投资大、卡件多。
（2）电气保护、测量、开关位置以及其他所需信息检测不完整。
（3）不能达到远程保护信号复位。
（4）模拟直流采样，设备投资高。
（5）电气二次接线复杂，花费了大量的电缆施工和维护的工作量。
（6）所有信息都集中在DCS、DAS系统，系统风险比较大。
（7）无法完成以上操作和管理复杂的电气工作，诸如电力系统运行维护人员的医疗管理、保护设置、事故追忆和其他信息。
六、总结
DCS引进到电厂电气控制系统，将大大提高整个电厂的电气系统运行及管理能力，提高电厂运行的安全性，降低电厂的经济成本，这样必将使得电厂的市场竞争力得到极大提高。随着DCS在电气监控系统中的不断发展和完善，电气控制系统也已经由单纯的监测转向监控与控制合一，由过去的集中I/O方式、远程I/O方式向现场总线方式发展。随着信息科学技术和电子通讯技术的持续发展，具有智能前端设备与现场总线的监控方式将会是电厂电气监控系统的发展趋势，这有待我们不断实践总结经验。
参考文献：
[1]王诗然.发电厂厂用电电气监控管理系统的设计与应用[D].北京：华北电力大学，2012.
[2]侯永强，陈立新，杨星利，等.电厂电气监控系统中存在的问题探析[J].华章，2013，（9）：331.
[3]黄璟.电厂电气监控系统发展问题探讨[J].现代商贸工业，2011，（1）：261-262.
[4]陈力俊.电厂电气监控系统浅谈[J].民营科技，2011，（5）：38.
[5]王海源.电厂电气监控管理系统研究[J].科技创新与应用，2012，（27）：184.