國電哈爾濱平南熱電廠2×330MW新建工程現(xiàn)場總線在廠用電電氣監(jiān)控系統(tǒng)的應用

1、    國電哈爾濱平南熱電廠2×330mw新建工程現(xiàn)場總線在廠用電電氣監(jiān)控系統(tǒng)的應用    唐士明摘要針對330mw大型火力發(fā)電廠廠用電部分采用電氣監(jiān)控自動化系統(tǒng)(ecms)的設計優(yōu)化問題,與傳統(tǒng)的電氣監(jiān)控硬接線納入dcs方案相比較,詳細介紹了本系統(tǒng)的設計方案,通過綜合技術比較,指出優(yōu)化后的電氣監(jiān)控系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)構成及可行性方案。關鍵詞熱電廠;新建工程;現(xiàn)場總線;ecms;應用tm621a1673-9671-(2009)112-0017-011概述目前國內(nèi)外的大型火力發(fā)電廠爐、機及輔助設備的檢測、控制、調(diào)節(jié)及聯(lián)鎖保護已全部采用分散控制系統(tǒng)(d

2、cs)來完成,在發(fā)電廠dcs系統(tǒng)是電廠自動化的主體,經(jīng)過多年的推廣應用,獲得了普遍應用,達到發(fā)電廠實用化水平,但dcs系統(tǒng)在發(fā)電廠電氣部分的監(jiān)控中,由于牽涉到很多電氣系統(tǒng)的自動裝置和廠用電的特殊性,往往在實現(xiàn)控制和聯(lián)鎖功能上不夠理想。電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)(ecms)應運而生,它是為提高發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的自動化、數(shù)字化、信息化、可靠性和運行管理水平,應用計算機、測量保護與控制、現(xiàn)場總線及通信技術,實現(xiàn)發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的電氣運行、保護、控制、故障信息管理及故障診斷、電氣性能優(yōu)化等功能的分層分布式綜合自動化在線監(jiān)控管理系統(tǒng)。2常規(guī)廠用電氣系統(tǒng)進入dcs的方式及特點按照常規(guī)方式,廠用電氣設備與分散控制系統(tǒng)系

3、統(tǒng)(dcs)的聯(lián)系一般采用硬接線方式,該方案具有如下的特點:1)數(shù)據(jù)一對一傳輸,安全可靠,但傳輸線多,易受干擾影響。dcs系統(tǒng)i/o卡件多,現(xiàn)場開關柜變送器多,設備投資增加。2)所有i/o量均是通過電纜由開關柜(盤)處連到計算機系統(tǒng)的i/o 柜上,隨著dcs采集的數(shù)據(jù)量的不斷增大,電纜的數(shù)量不斷增多,使電纜通道擁擠不堪。增加了大量的電纜工程量和調(diào)試工作量,增大了計算機系統(tǒng)的調(diào)試周期及調(diào)試難度。3)由于上述量均是通過電纜由開關柜(盤)處連到計算機系統(tǒng)的i/o柜上,為降低電纜及dcs卡件費用,僅重要的量才能進入計算機系統(tǒng),計算機系統(tǒng)監(jiān)測信息不完整,無法及時判斷何種保護動作。4)整個系統(tǒng)由分離裝置通

4、過控制電纜構成,系統(tǒng)維護工作量大、易受干擾、系統(tǒng)可靠性差、投資成本高。5)延長運行人員處理時間,不能實現(xiàn)在工程師站上對電器元件進行管理維護,給電廠運行維護造成不便。6)由于上述量均是通過硬接線由開關柜(盤)處連到dcs的i/o柜上,調(diào)試均集中到最后dcs系統(tǒng)的調(diào)試上。而dcs設備一般是電廠最后訂貨的設備,其調(diào)試一般是最后進行,且調(diào)試工作量也是電廠控制系統(tǒng)最大的,調(diào)試時間要求也很緊。由開關柜(盤)處連到dcs的這些量的調(diào)試必然增加最后dcs的調(diào)試周期,增加調(diào)試難度。7)由于倒送廠用電,要求發(fā)電廠廠用電源系統(tǒng)通常在dcs未調(diào)試之前投入運行,即要求廠用電系統(tǒng)及其控制能提前進行調(diào)試并投運,此種接入方式

5、通常無法滿足此要求。8)dcs通常都是由電廠的熱工人員進行日常的維護,如果采用這種接入方式,使廠用電控制系統(tǒng)不利于電氣檢修人員的管理。3廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的應用可行性80年代中期以來,為適應現(xiàn)場總線技術的發(fā)展趨勢,世界上各電氣制造商紛紛推出智能化電氣前端產(chǎn)品。這些智能化的前端產(chǎn)品為利用通訊技術構成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡創(chuàng)造了條件,同時計算機控制和網(wǎng)絡通訊技術在變電站綜合自動化系統(tǒng)上的成熟應用,也使現(xiàn)場總線技術應用到電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)變得可行。廠用電系統(tǒng)采用全計算機控制、crt監(jiān)視,全面按功能分散和物理分散的原則進行設計,有利于電廠的安全高效運行及管理,提高全廠綜合自動化水平,與“數(shù)字化”電廠的要求相適應

6、,實現(xiàn)全廠監(jiān)控和信息系統(tǒng)網(wǎng)絡化。4廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的結構和功能廠用電監(jiān)測管理系統(tǒng)采用分散式就地安裝的集保護、測量、控制、通信于一體的智能前端設備,采用冗余的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡將前端電氣智能設備、自動裝置的通信接口連接起來構成電氣實時控制層網(wǎng)絡;數(shù)據(jù)庫服務器、電氣操作員兼工程師站組成以太網(wǎng),構成電氣監(jiān)控層網(wǎng)絡;處于中間的通訊管理機與下層的控制網(wǎng)絡和上層的監(jiān)控網(wǎng)絡連接,構成通訊管理層。同時廠用電監(jiān)測管理系統(tǒng)還可以通過通訊接口接入dcs系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是:與dcs系統(tǒng)間通過100m工業(yè)以太網(wǎng)絡連接,可省卻與dcs控制器的多個聯(lián)絡通訊接口的設計,根據(jù)工藝系統(tǒng)的具體控制要求上傳dcs監(jiān)視必要的電氣信息量。

7、電氣工作站除實現(xiàn)畫面顯示、報表生成、打印、人機接口、事件記錄、報警、事故追憶、分析、系統(tǒng)維護等功能外,還可以充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后信息全面的優(yōu)勢避免了電氣信息孤島的出現(xiàn),加強電氣信息的有效應用,完成較為復雜的電氣運行管理工作,如實現(xiàn)自動抄表、故障信息管理、設備管理、定值整定等高級應用功能。5國電哈爾濱平南熱電廠廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)的初步配置本期工程新建2×330mw供熱機組,每臺機組設一套電氣綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ecms),具體介紹如下:本方案的系統(tǒng)采用可靠的分布式結構設計,為保證系統(tǒng)的可靠性,系統(tǒng)結構分為三層,即間隔層,通信層和站控層。間隔層負責各間隔的就地控制,間隔層的設備主要由6kv綜

8、合保護測控裝置、400v智能型電動機控保裝置、400v饋線綜合保護測控裝置、微機自動準同期裝置ass、微機自動勵磁調(diào)節(jié)裝置avr、微機廠用電源快速切換裝置、微機直流電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置、微機發(fā)變組保護裝置、故障錄波器、微機起動/備用變壓器保護裝置等。間隔層的設備6kv和400v綜合保護測控裝置安裝于開關柜內(nèi),采用高速現(xiàn)場總線(can、lanworks、profibus可選)與通信層的通訊管理機通信。通信層(通信管理機,通信網(wǎng)絡等)主要由工業(yè)級嵌入式控制器-通訊管理機組成。硬件上采用通信模塊化設計,可同時支持多種類型的通信口,包括以太網(wǎng)、串行通信口、can、lanworks、profibus等現(xiàn)場總

9、線接口等。軟件上采用規(guī)約庫,支持各種國際通用的網(wǎng)絡通訊協(xié)議。用以實現(xiàn)間隔層設備和站控層設備的“上傳下發(fā)”,并監(jiān)視和管理各測控單元等設備。通信管理機根據(jù)監(jiān)控對象設置,布置于各機組電氣繼電器室。站控層是ecms系統(tǒng)管理的核心,對間隔層裝置采集并通過通信層上傳的信息進行處理,具有顯示、對時、打印、控制操作、報表生成、系統(tǒng)自診斷/自恢復、數(shù)據(jù)庫管理等功能。系統(tǒng)的特點是采用“硬接線+通訊”的方式接入dcs,是目前國內(nèi)大多數(shù)工程采用的ecms模式。主廠房6kv開關柜、400/230v pc、mcc各段中各個回路的i/o控制信息,保護定值,測量量等,由各個回路的保護測控裝置通過總線方式進入電氣ecms系統(tǒng)的

10、通訊管理機 ,但對于參加工藝系統(tǒng)控制的、有嚴格邏輯聯(lián)鎖和高適時性要求的廠用電源及高、低壓電動機,為了機組安全運行及停機考慮,保留了與dcs的硬接線啟?？刂坪蛶讉€關鍵信號的硬接線。對于電氣其余的自動裝置如:微機自動準同期裝置ass、微機自動勵磁調(diào)節(jié)裝置avr、微機廠用電源快速切換裝置、微機直流電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置、微機發(fā)變組保護裝置、故障錄波器、微機起動/備用變壓器保護裝置等,則專門設置機組通訊管理機,將這些自動裝置的大量信息通過較為通用的rs485通訊方式進入ecms控制系統(tǒng)。為機組安全考慮,所有廠用電源部分及電動機控制仍沿用dcs i/o單通道硬接線方式及ecms的高速現(xiàn)場總線方式(雙通道) 兩種方式,兩種控制方式要有明顯的操作閉鎖。6技術與經(jīng)濟比較6.1廠用電系統(tǒng)納入dcs的二種模式技術比較6.2技術分析國電哈爾濱平南熱電廠采用保留關鍵硬接線型方案比常規(guī)接入dcs(電氣信息全部采用硬接線)控制方案時,全廠的dcs中電氣i/o點數(shù)節(jié)省大約1200點(包括電動機)。雖然全通訊方案較保留關鍵硬接線的方案更加徹底,減少的dcs i/o點數(shù)也更多,但是由于運行經(jīng)驗極少,還有待進一步完善。同時總線可采集的信息量為:模擬量ai:1400點;di/do約8700點,總共約10100點。7結論國電哈爾濱平南熱電廠采用廠用電監(jiān)測管理系統(tǒng),不僅