电厂电气自动化技术应用探讨

论文导读：
【摘要】电厂电气自动化系统基于网络通信和交流采样，对于电厂节省成本，提高管理水平有着重要的意义。本文对电厂自动化系统进行了介绍，分析了电厂电气自动化的监控模式和关键技术以及需要注意的问题，并对电厂电气自动化技术的发展趋势进行了简单探讨。
【关键词】电厂；电气自动化；技术应用
近年来，计算机技术和网络技术的发展为电厂电气自动化系统提供了一个更广阔的平台，自动化的结构和功能都有了很大的改革。电气自动化技术的应用带来电气自动化系统的改革，给电厂以及电厂群的管理和监控带来了极大的便利。

一、电厂电气自动化系统

1.概述
电厂电气自动化系统（ECS）是指使用保护、测控、通信接口、监控系统等设备实现所有电厂电气设备的检测、控制、保护和信息管理。国内大部分发电厂都采用集散控制系统来实现热工系统的自动化运行，而传统的电气系统采用“一对一”的硬件连接以及仪表监视，自动化水平相对落后。ESC系统包括升压站子系统、机组子系统和厂用子系统所有电气子系统计，是相对独立的电气控制系统。

2.系统构成

2.1 间隔层：电厂电气自动化系统（ECS）的间隔层设备按间隔分布式布置。厂用电保护测控装置可直接下放至开关场，取消了原本放大量引入主控室的信号、测量、控制、保护等使用的电缆。各设备相对独立，仅通过现场总线与网络通讯层的设备通讯，减少了大量的二次接线，节省了投资，减轻了安装调试及维护工作量。
间隔层的主要设备有：机组子系统：发电机（发变组）保护；升压站子系统：升压变压器保护、线路保护装置、母线保护装置、综合测控装置；厂用电子系统：10论文下载中心www.7ctime.com
/6kV厂用电保护与测控装置、400V厂用电保护与测控装置；安全自动装置：备用电源自投装置/厂用电快速切换装置、自动准同期装置、安全稳定装置；故障录波；直流系统；励磁调节系统。

2.2 网络通讯层：通讯管理装置；规约转换装置；网络中继器；网络交换机。

2.3 站控层：站控层采用分布式、开放式设计，组态完成站内监控功能，可全面实现电厂内所有电气设备的监控、管理等功能。站控层设备可采用多种配置模式，既保证了系统整体的可靠性，也使得功能配置更灵活、合理。
站控层的主要设备有：服务器、操作员站、工程师站、通信服务器、不间断电源（UPS）、卫星对时装置（GPS）。

二、电厂电气自动化技术的应用

1.电厂电气自动化监控模式

电厂用电设备分散安装于各配电室和电动机控制中心，元件数量较多，运行管理信息量大，检修维护工作复杂。目前，电厂电气自动化监控模式主要有三种：（1）集中模式：也就是传统的硬连接方式，将强电信号转变为弱电信号，采用空接点方式和4～20mA标准直流信号，通过电缆硬接线将电气模拟量和开关量信号一对一接至DCS的I/O模件柜，进入DCS进行组态，实现对电气设备的监控。这种方式的优点是采集集中组屏，便于管理，缺点是可靠性及速度不稳定；（2）分层分布模式：即间隔层利用面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计，将测控单元和保护单元就地分布安装在各个开关柜或其他一次设备附近。网络层由通信管理机、光纤或电缆108网络构成，利用现场总线技术，实现数据汇总、规约转换、转送数据和传控制命令的功能。站级监控层通过通信网络，对间隔层进行管理和交换信息。

2.电气自动化监控关键技术

电气自动化监控关键技术有：（1）间隔层终端测控保护单元：分层分布式系统以间隔层一次设备为单位，现场配置测控保护单元。该单元对其可靠性、灵敏性、速动性和选择性都有很高的要求，是保障厂用电系统安全、稳定运行最重要、最有效的技术手段，应该用专有保护装置实现。（2）通信网络：ESC系统的运行环境是高电压、大电厂的恶略环境，电磁干扰大。通信网络是ESC系统的关键组成部分，其性能直接影响到自动化系统的功能。目前大多数电厂采用的用电缆现场总线网络方式和光纤通信。（3）监控主站：监控主站是实现厂用电器设备监控和管理的主要设备，安置在站级监控层，根据发电机机组的容量和运行管理要求设计主站配置的设备和规模，可配置成单机、双机和多机系统，标准的设备主要有有数据库服务器、应用和Web服务器、操作员站、工程师站，以及其他网络设备、GPS和打印机。

3.电气自动化技术应用的问题

在开发电厂自动化技术是，需要注意的问题有：（1）电厂监控系统的控制电源必须有直流和交流两种供电方式，自动化装置和监控系统的LCU应该使用双电源、无扰切换的供电方式[4]。监控系统主站设备要符合国家规定，采用取交流和UPS供电方式。（2）由于监控系统和其他系统的借口采用开关量接口和通信方式联系，开关量接口采用交换的信号一一对应的方式，其优点是接线直观，易于使用人员调试和故障查处，缺点是接线较多，有些控制功能须在LCU 内编制复杂的程序,如果处理不当使调节性能不佳。（3）自动化与监控系统要协调处理，应按照自动化为主、监控为辅的原则。（4）在电厂电气自动化系统中，事件记录与故障录波是常用的运行和施工分析的方法。由于采样速度、内存等因素限制，事件记录并不能得到满足分析事故的波形。而故障录播很容易导致信号的重复收集和信号的残缺，使电缆布置和二次回路复杂化。

三、电厂电气自动化技术的发展趋势

1.嵌入式工业以太网技术的应用为主

目前电厂电气自动化系统成分发挥了网络通信的作用，由于太网传输速度快、容量大、网络拓扑结构灵活以及低成本等特点，在商业领域和工业领域内得到了大规模的应用，也满足了现场总线通信协议技术标准的多样性。

2.综合化智能技术的运用

ECS系统控制发展，使计算机控制取代了传统操作盘控制，目前又向综合智能控制和管理发展，主要表现在间隔层和站控层两方面。间隔层的保护和测控单元由向着集保护、测量、控制、远动于一体的综合化及网络化智能保护测控单元发展，站控层监控系统向全面提高运行和管理自动化水平发展。
总结
与传统的电厂DCS自动化系统相比，ECS系统侧重于电气系统的监控，自动化监控技术的运用，实现了发电厂用电中低压电气系统的保护、测量、计量、控制、分析等综合功能，给人们带来了极大的便利。同时，在对ESC系统运用需要注意相关的技术问题，以确保系统的高效使用。太网技术和综合化智能技术的应用，必将带来电厂自动化系统的新一轮变革。