韶關(guān)市坪石發(fā)電B廠 宋曉東

發(fā)電廠ECS系統(tǒng)的簡介及設(shè)計(jì)應(yīng)用

韶關(guān)市坪石發(fā)電B廠 宋曉東

筆者針對(duì)電廠ECS系統(tǒng)的實(shí)際使用情況，介紹了電氣控制系統(tǒng)ECS的特點(diǎn)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。同時(shí)也提出ECS在電廠應(yīng)用中的一些設(shè)計(jì)方法。

ECS DCS 網(wǎng)絡(luò)接口

一、前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電廠自動(dòng)化控制水平也越來越高。分散控制系統(tǒng)（DCS）已經(jīng)成為了國內(nèi)新建電廠的標(biāo)準(zhǔn)配置。為適應(yīng)企業(yè)現(xiàn)代化管理的需要，采用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)而建立的SIS（廠級(jí)實(shí)時(shí)信息監(jiān)視系統(tǒng)）、MIS（生產(chǎn)管理系統(tǒng)），也已紛紛登上電廠信息管理平臺(tái)。為最大限度提高機(jī)組自動(dòng)化控制水平，DCS系統(tǒng)已經(jīng)能與多個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享，共同構(gòu)建一個(gè)全新的信息管理、決策的平臺(tái)。

二、概述

ECS為Electric Control System發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的簡稱，有的又叫作電氣DCS。但不管如何稱呼，電氣作為一個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)入DCS，可達(dá)到機(jī)、爐、電控制界面的統(tǒng)一，便于全能值班，容易實(shí)現(xiàn)電廠一體化管理。常規(guī)的DCS系統(tǒng)主要有以下子系統(tǒng)組成：DAS（數(shù)字采集系統(tǒng)）、MCS（模擬量控制系統(tǒng)）、SCS（順序控制系統(tǒng)）、FSSS（鍋爐安全監(jiān)視系統(tǒng)）、DEH（數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）、ETS（汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)）、MEH（小汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）、ECS（電氣控制系統(tǒng)）等。

但目前大多數(shù)電廠都側(cè)重于鍋爐、汽機(jī)自動(dòng)化控制的DCS系統(tǒng)，對(duì)電氣系統(tǒng)考慮較少，機(jī)爐和電氣之間的控制及自動(dòng)化水平不協(xié)調(diào)。因?yàn)閺S用電氣系統(tǒng)的繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置，如發(fā)變組保護(hù)、同期裝置、勵(lì)磁系統(tǒng)、故障錄波等基本上是獨(dú)立運(yùn)行。與機(jī)組有關(guān)的電氣設(shè)備，如發(fā)變組開關(guān)、勵(lì)磁系統(tǒng)、變壓器、6kV、400V電動(dòng)機(jī)等，雖然基本控制均由DCS系統(tǒng)完成。但電氣人員所關(guān)心的保護(hù)投退、保護(hù)動(dòng)作、定值整定、故障測量、事故追憶等信息在DCS系統(tǒng)中卻無法反映。因此，隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，對(duì)電力等能源供應(yīng)的可靠性提出了越來越高的要求；且發(fā)電廠本身向著電壓等級(jí)提高、規(guī)模擴(kuò)大、自動(dòng)化水平提高的方向發(fā)展；盡管電氣系統(tǒng)個(gè)體裝置的自動(dòng)化程度已達(dá)到一定水平，但從電氣系統(tǒng)的整體自動(dòng)化水平來看，電氣ECS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、分析控制、管理水平，還有待進(jìn)一步的提高。

本文將筆者在實(shí)際工程中所遇到的ECS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置、通信接口等設(shè)計(jì)方案作一一介紹，以供大家了解。

三、ECS系統(tǒng)接口的問題

目前很多電廠對(duì)于電氣與DCS系統(tǒng)聯(lián)系采用的是直接連接方式，即開關(guān)量（DI/DO）與模擬量（AI）用控制電纜直接接入DCS的測量或輸出模塊上，俗稱硬連接。這種接口方式受限于電纜及DCS采樣點(diǎn)的數(shù)量，一臺(tái)300MW機(jī)組電氣系統(tǒng)其I/O點(diǎn)進(jìn)入DCS數(shù)量約在3000點(diǎn)左右。由于數(shù)據(jù)量的有限，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)的測量、保護(hù)動(dòng)作、定值整定、事故追憶、電量和潮流報(bào)表等電氣運(yùn)行參數(shù)在DCS系統(tǒng)無法完整反應(yīng)。此種接口方式屬比較常規(guī)的設(shè)計(jì)，可靠性高。要想完善DCS系統(tǒng)中電氣量的監(jiān)測，勢必增加控制電纜和DCS系統(tǒng)的I/O插件模塊，導(dǎo)致整個(gè)電廠投資增大。

如若采用通信方式接口，通過通信線纜接至ECS主機(jī)則可解決DCS顯示的數(shù)據(jù)量不夠的問題。采用通信方式接口，首先要求電氣系統(tǒng)的每一個(gè)對(duì)象均安裝有獨(dú)立的微機(jī)型保護(hù)測控裝置，且這些裝置具備現(xiàn)場總線通信接口（RS485、RJ45等），并支持Lonworks、Canbus、Profibus、Modbus等多種通信規(guī)約。那么電氣人員所需要的開關(guān)量、模擬量就由保護(hù)測控裝置采集后，經(jīng)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)傳輸至ECS系統(tǒng)，ECS系統(tǒng)再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸與DCS通信，達(dá)到信息共享的目的。其優(yōu)點(diǎn)毋庸置疑，大量的電氣保護(hù)裝置運(yùn)行信息和參數(shù)既能被監(jiān)視到，又省去了大量的DCS系統(tǒng)I/O插件和控制電纜以及電量變送器。按照300MW機(jī)組電氣系統(tǒng)信息量約占DCS系統(tǒng)中10%～20%的“I/O點(diǎn)”來估計(jì)，整體工程的投資造價(jià)將大大降低。

四、ECS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置

就電廠電氣系統(tǒng)本身來說，220/500KV升壓站的網(wǎng)控部分已經(jīng)獨(dú)立形成一個(gè)NCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，采用全通訊方式進(jìn)行控制，除受電網(wǎng)調(diào)度部門外不受任何系統(tǒng)管轄。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用已相當(dāng)成熟穩(wěn)定。而ECS作為DCS的一個(gè)子系統(tǒng)，更多側(cè)重于發(fā)電廠內(nèi)部的廠用系統(tǒng)（6KV、400V、直流、UPS、快切、同期、勵(lì)磁、發(fā)變組保護(hù)及測控、計(jì)量等裝置），與DCS聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息共享。下面就介紹下ECS系統(tǒng)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)配置與結(jié)構(gòu)（見圖1）。

圖1 ECS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置簡圖

說明

1．系統(tǒng)層

由監(jiān)控服務(wù)器、電氣工程師站、打印服務(wù)器、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)具有監(jiān)視、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，其所有設(shè)備集中放置。另外，系統(tǒng)層為其他外部系統(tǒng)（DCS、SIS）提供網(wǎng)絡(luò)和串行通訊接口，達(dá)到資源信息共享。

在現(xiàn)場工程應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要配置操作員站，以供運(yùn)行人員操作。同時(shí)也可以取消操作員站，完全讓DCS操作員站來操作，僅保留一臺(tái)工程師站作為備用和維護(hù)，這樣真正達(dá)到機(jī)爐電一體化管理。ECS系統(tǒng)層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2．通訊層

通訊層在整個(gè)ECS中最為關(guān)鍵，它的性能、配置及可靠性直接影響著ECS的好壞。通訊層由通訊服務(wù)器、通訊網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)設(shè)備組成。要求其具有先進(jìn)的實(shí)時(shí)操作性，配備大量的多種類型的通訊端口，并支持大量行業(yè)通訊規(guī)約。才能適應(yīng)不同的間隔層設(shè)備通訊需求。

為滿足與間隔層通訊，可根據(jù)間隔層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、間隔層位置來配置通訊管理機(jī)。在電廠實(shí)際工程中，通訊管理機(jī)按照電氣設(shè)備安裝地點(diǎn)來配置，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

3．間隔層

由各電壓等級(jí)繼電保護(hù)裝置、機(jī)組智能設(shè)備、其他電子設(shè)備及具有通訊功能的儀器儀表綜保裝置等構(gòu)成。間隔層的設(shè)備主要負(fù)責(zé)遙測、遙信、遙脈數(shù)據(jù)的采集，遵循指定的通訊規(guī)范和協(xié)議以數(shù)字方式向通信層和系統(tǒng)層傳輸信息，并由ECS系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行監(jiān)視。同時(shí)可執(zhí)行系統(tǒng)層下達(dá)的遙控、遙調(diào)命令。

我們以300MW機(jī)組為例，進(jìn)入ECS系統(tǒng)的電氣間隔的設(shè)備粗略統(tǒng)計(jì)見下表：

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4．帶有控制要求的間隔層設(shè)備的接口方式

因電廠的生產(chǎn)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，大量的輔機(jī)設(shè)備和電機(jī)的啟停須經(jīng)DCS順控邏輯的綜合判斷來控制。例如：一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、流化風(fēng)機(jī)、給水泵、凝結(jié)水泵等設(shè)備，這些設(shè)備為保證運(yùn)行的可靠，可保留部分硬接線——合閘、分閘、開關(guān)合位、開關(guān)分位四個(gè)I/O點(diǎn)，可不執(zhí)行遙控命令，即半通訊方式。其他項(xiàng)工作/備用電源進(jìn)線、變壓器等電氣設(shè)備，無須經(jīng)過DCS順控邏輯判斷的，可采用通訊方式上傳數(shù)據(jù)信息和執(zhí)行遙控命令，即全通訊方式。

（1）采用半通訊方式的二次接線圖

下面我們以6KV一次風(fēng)機(jī)為例：

（2）采用全通訊方式的二次接線圖

（3）間隔層接口的應(yīng)用

我們以一臺(tái)300MW機(jī)組的6KV間隔為例：

序號(hào) 間隔名稱 負(fù)荷類型數(shù)量是否須經(jīng)過DCS順控邏輯對(duì)ECS的要求1 1A/1B電源進(jìn)線 2 否 全通訊（帶遙控）2 1A/1B備用電源 2 否 全通訊（帶遙控）3 1A/1B電壓互感器 2 否 全通訊（帶遙控）4 1A/1B汽機(jī)變 1250KVA 2 否 全通訊（帶遙控）5 1A/1B鍋爐變 2000KVA 2 否 全通訊（帶遙控）6 1A/1B電除塵變 3150KVA 2 否 全通訊（帶遙控）

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類似的發(fā)電廠400V間隔的設(shè)備或高壓變頻設(shè)備等，均可依照上表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)和配置。

五、總結(jié)

綜上所述，發(fā)電廠ECS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)讓大家有個(gè)初步認(rèn)識(shí)了，但其實(shí)際結(jié)構(gòu)和配置，受設(shè)計(jì)院、設(shè)備廠家、安裝和調(diào)試等很多不確定因素影響，最主要還是在于設(shè)計(jì)。作為信息化發(fā)展的今天，ECS系統(tǒng)為電廠電氣管理水平提高起著不可替代的作用。