楊興富 賀國剛
[關(guān)鍵詞] 監(jiān)控系統(tǒng)、綜合自動(dòng)化、通訊網(wǎng)絡(luò)、智能終端、功能擴(kuò)展
1、概述
火力發(fā)電廠中，熱工系統(tǒng)自動(dòng)化及電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，反映了整個(gè)電廠的運(yùn)行管理水平。目前，大多數(shù)電廠都具有DCS系統(tǒng)，完成基本的運(yùn)行、控制等功能，但火力發(fā)電廠的DCS側(cè)重于機(jī)爐，對(duì)電氣系統(tǒng)考慮較少。一般情況下，廠用電氣系統(tǒng)的主要保護(hù)、安全自動(dòng)裝置，如發(fā)-變組保護(hù)、AVR（自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置）、ATS（廠用電源快速切換裝置）、同期裝置等基本獨(dú)立運(yùn)行，與DCS系統(tǒng)間進(jìn)行很有限的信息交換；與輔機(jī)有關(guān)的電氣設(shè)備，如6KV、400V電動(dòng)機(jī)等，其基本控制由DCS系統(tǒng)完成，但電氣運(yùn)行人員關(guān)心的這些設(shè)備的測(cè)量、保護(hù)動(dòng)作、整定、事故追憶等信息在DCS系統(tǒng)卻無法反應(yīng)。提高這些設(shè)備及整個(gè)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平，將直接關(guān)系到電廠運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)性，影響電廠在發(fā)電市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。
電氣系統(tǒng)接入DCS系統(tǒng)已毋容置辯，但怎樣接入值得探討。目前電氣系統(tǒng)接入DCS系統(tǒng)一般采用所謂的“硬連接”方式，接入量主要有三種，即DI、DO和模擬量。DI和DO即開關(guān)量形式的輸入輸出量，一般采用空接點(diǎn)方式，模擬量由變送器將交流量或其它量變換成4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后送至DCS系統(tǒng)。硬連接方式存在的主要缺點(diǎn)，一是DCS系統(tǒng)的投資隨著接入量的數(shù)量而增加。每增加一個(gè)量，不管是DI、DO還是模擬量，在DCS系統(tǒng)中即增加一個(gè)“點(diǎn)”，DCS系統(tǒng)按“點(diǎn)”收費(fèi)；二是浪費(fèi)大量電纜。每增加一個(gè)量，都要額外增加一路電纜，將該量與DCS系統(tǒng)直接相連。三是無法完成較為復(fù)雜的電氣運(yùn)行管理工作，實(shí)現(xiàn)電氣的“綜合自動(dòng)化”。
目前，電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電領(lǐng)域已得到了普遍應(yīng)用和發(fā)展，功能技術(shù)水平也已日臻完善。分散分布式的電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)同樣可應(yīng)用于發(fā)電廠廠用系統(tǒng)。廠用電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心是：6KV和400V系統(tǒng)采用分散式就地安裝的集保護(hù)、測(cè)量、控制、通信于一體的智能前端設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)測(cè)控及綜合保護(hù)裝置、變壓器測(cè)控保護(hù)裝置、電源分支測(cè)控保護(hù)裝置、400V智能脫扣器等，用現(xiàn)場(chǎng)總線將這些前端設(shè)備及發(fā)變組保護(hù)等其它的主要保護(hù)和自動(dòng)裝置的通信接口連接起來，通過通信管理裝置連接至DCS系統(tǒng)、電氣工作站、電廠MIS系統(tǒng)等。采用該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的：設(shè)備就地安裝，與DCS間通過通信線連接，可節(jié)省大量控制電纜；電氣信息量的交換不受限制，與系統(tǒng)投資基本無關(guān)；省略變送器；可實(shí)現(xiàn)防誤、事故追憶、錄波分析等高級(jí)應(yīng)用功能。下面以納雍電廠一廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)為例介紹DCAP-4000的實(shí)際運(yùn)用。
納雍電廠一期安裝4臺(tái)300MW機(jī)組，采用的是南京東大金智公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的DCAP-4000發(fā)電廠廠用電氣監(jiān)控系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，可將DCS、現(xiàn)場(chǎng)總線、電氣保護(hù)及自動(dòng)裝置有機(jī)地結(jié)合起來，既實(shí)現(xiàn)了DCS系統(tǒng)機(jī)、爐、電的一體化，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了電氣的綜合自動(dòng)化。
2、DCAP-4000廠用電氣監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)：
DCAP-4000廠用電氣監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)系統(tǒng)由三個(gè)功能層構(gòu)成（如圖）：
納雍電廠一廠廠用電電氣自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（以1、2#機(jī)單元結(jié)構(gòu)為例）
注：
1、 WDZ—4系列測(cè)控裝置，與1#機(jī)公用及遠(yuǎn)動(dòng)測(cè)控接口；
2、 1#機(jī)發(fā)變組保護(hù)、快切、錄波、勵(lì)磁、UPS等智能設(shè)備；
3、 WDZ—4系列保護(hù)測(cè)控裝置，6KV廠用工作IA、IB段；
4、 WDZ—4系列保護(hù)測(cè)控裝置，6KV廠用公用0IA、0IB段；
5、 其它備用智能設(shè)備；
6、 WDZ—4系列測(cè)控裝置，400V各段；
7、 直流系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)等通訊接口；
8、 WDZ—4系列保護(hù)測(cè)控裝置，6KV廠用工作IIA、IIB段；
9、 WDZ—4系列測(cè)控裝置，與2#機(jī)公用及遠(yuǎn)動(dòng)測(cè)控接口；
10、 2#機(jī)發(fā)變組保護(hù)、快切、錄波、勵(lì)磁、UPS等智能設(shè)備。
l 第一層：測(cè)控保護(hù)層（智能終端層）
由眾多的保護(hù)和自動(dòng)裝置構(gòu)成，包括發(fā)電機(jī)保護(hù)，主變保護(hù)，高廠變，AVR，ATS（快切），自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，廠用保護(hù)測(cè)控裝置和自動(dòng)裝置（電動(dòng)機(jī)、變壓器、電源分支、母線分段、饋線等保護(hù)及分支開關(guān)同期合閘等），及400V智能脫扣器、400V備自投等。這些裝置具有測(cè)量、控制、保護(hù)、信號(hào)、通信等基本功能，并完成各自的特殊功能。該級(jí)裝置數(shù)量眾多且分散，利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)這些裝置的分散控制。
l 第二層：通訊管理層（通訊網(wǎng)絡(luò)層）
該層將DCS對(duì)測(cè)控保護(hù)層的控制命令，或電氣后臺(tái)機(jī)發(fā)出的修改定值命令等，下發(fā)至各有關(guān)裝置，同時(shí)，將各裝置上送的信息，送至DCS系統(tǒng)或電氣后臺(tái)機(jī)。通訊管理層的裝置具有通訊接收、發(fā)送、規(guī)約轉(zhuǎn)換等功能，根據(jù)通訊管理層與上位機(jī)系統(tǒng)的連接方式、現(xiàn)場(chǎng)總線方式、下位機(jī)的數(shù)量等，可有不同的配置。
l 第三層：上位機(jī)系統(tǒng)
DCAP-4000后臺(tái)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行于WINDOWS98/WINDOWS NT平臺(tái)。它完成畫面顯示、報(bào)表生成、打印、人機(jī)接口、事件記錄、報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)廠用電系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控功能。該層可通過以太網(wǎng)接全廠MIS、SIS系統(tǒng)。
3、廠用電監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)：
DCAP-4000廠用電氣監(jiān)控系統(tǒng)由測(cè)控保護(hù)層（智能終端層）、通訊管理層（通訊管理單元或通訊主控單元）和電氣后臺(tái)系統(tǒng)（電氣管理維護(hù)工作站）構(gòu)成。
通訊管理層的主要設(shè)備有：DCM-1型微機(jī)通訊管理單元和DCM-2型微機(jī)通訊主控單元。DCM-1型通訊管理單元主要完成測(cè)控保護(hù)裝置的通訊轉(zhuǎn)發(fā)和通訊規(guī)約轉(zhuǎn)換工作，裝置以高性能單片機(jī)為核心，功能簡(jiǎn)潔，通訊速度較快；DCM-2型通訊主控單元是以工業(yè)級(jí)嵌入式控制器PC104（486DX）為核心，運(yùn)行在pSOS實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS）環(huán)境下的高性能前置通訊主機(jī)，可以通過以太網(wǎng)或串行通訊口與DCS系統(tǒng)和電氣后臺(tái)系統(tǒng)聯(lián)接，并具備多個(gè)通訊口，具有高速度，高可靠性，可擴(kuò)充性強(qiáng)、可維護(hù)性好等特點(diǎn)。
根據(jù)上位系統(tǒng)的接入方式、測(cè)控保護(hù)層裝置的數(shù)量及用戶對(duì)安裝、維護(hù)等方面的要求，通訊管理層中，DCM-1通訊管理單元和DCM-2通訊主控單元的配置可靈活組合。
現(xiàn)場(chǎng)總線分別將廠用6KV和400V系統(tǒng)相連，并通過DCAP—4000M主控單元與DCS系統(tǒng)相聯(lián)，每個(gè)通訊單元對(duì)測(cè)控保護(hù)層的通訊規(guī)約可以不同，但對(duì)DCS系統(tǒng)的通訊規(guī)約相同。圖中勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、發(fā)變組保護(hù)也可直接用其內(nèi)部通訊接口，不需要額外的通訊單元。
通訊管理層采用雙通道切換方式，通訊單元采用高檔次的通訊主控單元。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是與DCS間只需一個(gè)接口。缺點(diǎn)是有通道切換，對(duì)通道切換要求高。
通訊單元與DCS系統(tǒng)和電氣后臺(tái)系統(tǒng)間均留有接口，與二者間有信息交流但側(cè)重不同。設(shè)電氣后臺(tái)系統(tǒng)的目的是為了讓電氣人員對(duì)所有廠用電氣保護(hù)自動(dòng)裝置進(jìn)行日常的監(jiān)視和維護(hù)，一般情況下不進(jìn)行控制操作，但在后臺(tái)機(jī)上的信息量卻可比DCS上多得多，在后臺(tái)系統(tǒng)上，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、主接線畫面顯示、定值查詢修改、動(dòng)作事件記錄、錄波、報(bào)表生成、儲(chǔ)存打印等功能。
4、廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的通訊：
廠用電監(jiān)控通訊系統(tǒng)是數(shù)據(jù)傳輸量相當(dāng)龐大的系統(tǒng)，在經(jīng)過無數(shù)次修改和調(diào)試后，目前正逐漸進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行，特對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)一步介紹。
納雍電廠一廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)層由主控單元、光電轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)交換機(jī)、HUB、各通訊接口及通訊介質(zhì)（光纖、以太網(wǎng)雙絞線、通訊電纜）組成。由于廠房分散，環(huán)境干擾大，所以通訊干線由光纖承擔(dān)。除了遙測(cè)遙控柜內(nèi)發(fā)變組的主控單元與交換機(jī)因?yàn)榻秒p絞線外，其余都是由光纖經(jīng)HUB、光電轉(zhuǎn)換器接入交換機(jī)；主控單元與各終端智能裝置之間是由通訊電纜通過高速RS485口聯(lián)接；主控單元與DCS由通訊電纜通過COM口聯(lián)接；值得注意的是400V段主控單元的通訊由于400V輔助廠房分散且距離較遠(yuǎn)，它的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，400V輔助廠房的終端裝置先經(jīng)過一次電光轉(zhuǎn)換后接入HUB，由該HUB與400V公用段HUB對(duì)接，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器變成電信號(hào)后才接入400V段主控單元。
5、DCAP—4000的功能擴(kuò)展
由于納雍電廠二廠取水升壓泵房電源分別由一廠6KV公用0IA、0IB段供電，因此，對(duì)于升壓泵房6kV電源的監(jiān)控將涉及到兩個(gè)系統(tǒng)的通訊聯(lián)絡(luò)問題，也就是需要解決DCAP—4000與二廠DCAP—3200廠用監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸問題。
二廠升壓泵房是一個(gè)獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)，也有后臺(tái)服務(wù)器、主控單元、保護(hù)測(cè)控終端裝置，可以獨(dú)立完成對(duì)升壓泵房的監(jiān)控。由于凈水站和升壓泵房是無人職守站，加上此段的電源接自一廠，該系統(tǒng)必須與一廠廠用監(jiān)控系統(tǒng)相連，又因?yàn)槎䦶S的用水由此段供給，所以二廠集控室也需要監(jiān)控該段，于是該系統(tǒng)也要與二廠廠用監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接。
DCAP—3000通訊主控單元完成對(duì)升壓泵房段各保護(hù)測(cè)控裝置信息的采集，并把采集的信息送給自己的服務(wù)器的同時(shí)送往DCAP—4000服務(wù)器，再由DCAP—4000送DCS系統(tǒng)，兩服務(wù)器通過接收到的信息對(duì)升壓泵房實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。兩服務(wù)器的配合是通過DCAP——3200自身的程序完成，DCAP—3200通訊主控單元與DCAP—4000通過數(shù)字交換機(jī)對(duì)接來實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。由于DCAP—3200本身是一個(gè)系統(tǒng)，接入DCAP—4000時(shí)，實(shí)現(xiàn)了DCAP—4000的功能擴(kuò)展的同時(shí)也增加了它的負(fù)擔(dān)，對(duì)它的運(yùn)行速度有很大的影響。為此，解決的方法是在升壓泵房段投入一廠監(jiān)控時(shí)，可以退出自身服務(wù)器的運(yùn)行，由該系統(tǒng)的運(yùn)行工作站作為DCAP—4000的一個(gè)遠(yuǎn)方工作站運(yùn)行即可。同理，在二廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)與之聯(lián)接后，也可把另一臺(tái)機(jī)作為二廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)遠(yuǎn)方工作站。當(dāng)與其中一個(gè)由于通訊故障不接時(shí)，再起用該系統(tǒng)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)對(duì)該段的監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)了兩套監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)同一廠用段的監(jiān)控。
6、結(jié)束語：
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為電廠生產(chǎn)過程中廠用電系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、保護(hù)和測(cè)量自動(dòng)化提供了技術(shù)基礎(chǔ)，集保護(hù)、測(cè)量、控制、通訊及數(shù)據(jù)管理于一體的廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了電廠生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。
