CN103885411B - 发电厂综合自动化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电厂综合自动化系统，包括站控装置，与站控装置连接通信的以太网，多个通过以太网与站控装置连接的主控单元，以及分别与主控单元连接的多个机组电气系统设备、机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备，机组电气系统设备、机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备分成多组并分别通过现场总线连接组网，且机组侧公用电气系统设备与电厂升压站系统设备通过主控单元连接到以太网形成公用电气系统网络。本发明解决了传统ECMS在厂用电气设备的操作、控制上的不足，以及原ECMS和NCS系统互相独立无法通畅地进行数据交流的问题。

Description

发电厂综合自动化系统

技术领域

本发明涉及电厂控制系统领域，特别涉及一种发电厂综合自动化系统。

背景技术

传统的发电厂以DCS(Distributed Control System)作为单元机组的主要控制系统，现场设备主要采用传统的模拟量和开关量信号，即采用1对1模拟或二进制信号传输方式，即每个测点经硬接线接至DCS系统I/O卡件。随着超大容量发电机组陆续投入运行，机组电气部分的操作和控制越来越复杂，但发电厂的DCS侧重于机炉，对电气系统考虑较少，发电厂厂用电系统的测量、保护动作、事故追忆等信息只能通过硬接点有限地进入DCS，形成了较为普遍的机炉与电气之间控制及自动化水平相互不协调的现象，已逐渐不能满足系统要求。

这种情况下，以先进的智能元件和设备为基础，以现场总线构造的厂用电气监控系统ECMS(Electrical Control and Management System)，通过分散分布式网络，实现了电气的信息交互与共享，节省了部分投资，提高了发电厂厂用电系统的自动化水平和可靠性，已在国内大中型发电厂工程设计中推广使用，取得了一定的经验，其主流网络配置一般是ECMS以“硬接线+通信”方式纳入DCS，即ECMS通信现场总线主要用于监测，厂用电系统的测量、保护动作、事故追忆等有限的信息仍通过硬接线送至DCS的I/O模块，电气的操作与控制仍然在DCS实现。这种方案未能充分体现现场总线技术的优势，导致ECMS未能发挥预期的作用。

另一方面，同样以智能元件和设备为基础，通过分散分布式网络构建的变电站自动化系统或电厂升压站网络监控系统NCS(Network Control System)，不仅实现了对站内电气设备快速、全面的数据监测，对站内的电气操作和控制，也已有非常成熟的运行经验可以借鉴。

遗憾的是，当前电厂内的厂用电气监控系统ECMS和升压站网络计算机监控系统NCS是完全割裂的两个系统，厂用电和升压站电力网络缺乏数据交互的渠道，且主机/操作员站各自独立设置，导致了资源重复配置，也不利于电厂运行人员对全局的把握。

发明内容

基于此，针对上述传统ECMS在厂用电气设备的操作、控制上的不足以及原ECMS和NCS系统相互独立的问题，本发明提出一种发电厂综合自动化系统。

本发明提出一种发电厂综合自动化系统，其技术方案如下：

一种发电厂综合自动化系统，包括站控装置，与站控装置连接通信的以太网，多个通过以太网与站控装置连接的主控单元，以及分别与主控单元连接的多个机组电气系统设备、机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备，机组电气系统设备、机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备分成多组并分别通过现场总线连接组网，且机组侧公用电气系统设备与电厂升压站系统设备通过主控单元连接到以太网形成公用电气系统网络。

由站控层、通信管理层以及间隔层组成的发电厂综合自动化系统，将机组、公用系统分别组网，且将间隔层装置即机组电气系统设备、机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备等分为若干组，再通过现场总线分别组网至对应的通信管理层的主控单元，主控单元通过以太网与站控层连接通信。通信管理层的主控单元能将间隔层的各种不同的设备连接在一起，而且也将各种机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备连接到一个网络，经统一的通信接口传送至站控层，完成对所有机组电气系统设备、机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备的检测和控制等。使厂用电气系统的通信现场总线不仅可用于监测，还实现了厂用电气设备的操作、控制功能；将厂用电和升压站电力网络有效连接在一起，使它们之间能方便地进行数据交换，也节约了控制装置资源等。

下面对其进一步技术方案进行说明：

优选的是，多个机组电气系统设备通过主控单元连接到以太网形成机组电气系统网络，机组电气系统网络与公用电气系统网络连接组网。将机组电气系统设备与机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备有效连接在一起，使它们之间能方便地进行数据交换。

优选的是，所述主控单元分别包括与所述机组电气系统设备对应的机组电气系统通信管理机柜，与机组侧公用电气系统设备对应的机组侧公用电气系统通信管理机柜，以及与电厂升压站系统设备对应的电厂升压站系统通信管理机柜。各种通信管理机柜构成的主控单元，其作用是将间隔层的各种不同厂家、不同通信接口和规约的设备连接在一起，经统一的通信接口传送至站控层，完成各种数据和指令的上传下发。主控单元可以同时支持多种类型的通信口，包括以太网、串行通信口、可扩充的其他现场总线接口等；软件上，支持MODBUS、标准网络协议(TCP/IP)等通信协议。

优选的是，多个所述机组电气系统设备分为多组，每组设备通过现场总线连接组网，组网后的每组设备与所述机组电气系统通信管理机柜通信连接；多个所述机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备分为多组，每组设备通过现场总线连接组网，组网后的每组设备与机组侧公用电气系统通信管理机柜或电厂升压站系统通信管理机柜通信连接。可根据设备的不同通信接口和规约分为不同的组别，从而方便将通信接口和规约相同的设备连接组网，以方便与相对应的通信管理机柜连接通信。

优选的是，所述以太网包括机组电气系统以太网，多个与机组电气系统设备连接的主控单元连接到所述机组电气系统以太网，且多个所述主控单元通过所述机组电气系统以太网与站控装置通信连接；所述以太网包括公用电气系统以太网，多个与机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备连接的主控单元连接到所述公用电气系统以太网，且所述主控单元通过所述公用电气系统以太网与站控装置通信连接。通过不同的下层网络将各种电气设备连接通信，并组成一个大的上层综合控制网络。

优选的是，所述站控装置包五防工作站、GPS对时装置以及远动工作站，所述五防工作站、GPS对时装置以及远动工作站均通过以太网与所述公用电气系统网络连接。远动工作站形成的远动装置具有RTU的全部功能，能直接从间隔层获取调度所需的数据，实现远动信息的直采直送。五防工作站形成的五防装置能防止误分、合断路器，防止带负荷分、合隔离开关，防止带电挂接地线，防止带接地线合断路器，防止误入带电间隔。GPS对时装置能接受卫星定位系统GPS/北斗的标准授时信号，对系统内的继电保护测控装置、故障录波装置等各有关智能设备的时钟进行校正。

优选的是，所述站控装置包括值长站，与所述值长站连接的工程师站和主机/操作员工作站，所述工程师站和主机/操作员工作站与所述公用电气系统网络连接。通过值长站对整个系统进行总控，而通过工程师站和主机/操作员工作站对各个系统进行分控。

本发明具有如下突出的优点：

(1)在一种技术、一个标准下对ECMS和NCS进行大系统数字化整合，搭建了全厂综合自动化系统，避免了两个割裂系统资源的重复配置，使NCS和ECMS的数据交换通道畅通，有利于从全局的视野把握对电气设备的监视和控制，提高了电气设备的自动化运行水平；

(2)除发电机-变压器组保护及自动准同期装置的个别信号外，对电气设备采用了完全现场总线控制方式，没有硬接线，没有控制电缆，电气设备全部采用通信方式与综合自动化系统交换信息，不需DCS卡件，平时检修维护量小，投资成本低，可以显著降低项目投资、减少运行费用、提高电厂运行管理水平。

附图说明

图1是本发明实施例中发电厂综合自动化系统中机组电气系统部分示意图；

图2是本发明实施例中发电厂综合自动化系统中公用电气系统部分示意图；

图3是本发明实施例中发电厂综合自动化系统示意图。

附图标记说明：

100-间隔层装置，110-机组电气系统设备，120-机组侧公用电气系统设备，130-电厂升压站系统设备，200-现场总线，300-通信管理机柜，310-机组电气系统通信管理机柜，320-机组侧公用电气系统通信管理机柜，330-电厂升压站系统通信管理机柜，410-机组电气系统以太网，420-机组以太网交换机，430-公用电气系统以太网，440-公用以太网交换机，500-站控装置，510-工程师站，520-主机/操作员工作站，530-五防工作站，540-远动工作站，550-GPS对时装置，560-值长站。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1至图3所示，本发明提出一种发电厂综合自动化系统，包括站控装置500，与站控装置500通过以太网连接的通信管理机柜300（即主控单元），以及通过现场总线200分别与通信管理机柜300连接的多个机组电气系统设备110（其中包括原ECMS设备的一部分，即主厂房6kV测控设备部分、主厂房380V测控设备部分、1#发变组及智能设备部分、2#发变组及智能设备部分等），机组侧公用电气系统设备120（即原ECMS设备的一部分，即辅助厂房380V测控设备部分和其他设备部分等），以及电厂升压站系统设备130（即NCS设备）。在综合自动化系统中,可实现对机组电气系统设备110、机组侧公用电气系统设备120和电厂升压站系统设备130中的发电机－变压器组、启动/备用变压器、高/低压厂用电源及升压站电气设备等的控制、监视和管理。在机组集控室设置综合自动化系统的主机/操作员工作站。

该发电厂综合自动化系统采用分层分布式系统结构，双网、双冗余配置，按照机组、公用系统分别组网。系统分为站控层、通信管理层、间隔层三层。鉴于间隔层装置100数量众多，为了保证系统的实时性和可靠性，将间隔层装置100分为若干组，再通过现场总线200分别组网至对应的通信管理层的主控单元，通信主控单元通过100M以太网和站控层进行通信。

间隔层装置100由就地的保护测控和自动装置构成，这些装置具有测量、控制、保护、信号、通信等基本功能，并完成各自的特殊功能。该层装置数量众多且分散，采用现场总线方式连接。具体主要包括：发电机-变压器组保护装置；启动/备用变压器保护装置；线路保护装置；母线保护装置；自动准同期装置；微机励磁调节装置；微机厂用电综合保护测控装置(含变压器、馈线等)；微机厂用电快速切换装置；智能仪表；电度表；智能脱扣器；UPS；直流系统；升压站、发变组、机组测控装置等等。

该发电厂综合自动化系统通过间隔层装置100采集有关信息，检测出事件，故障，状态，变位信号及模拟量正常，越限信息等，进行包括对数据合理性校验在内的各种预处理，实时更新数据库，其范围包括模拟量，数字量和脉冲量等；还通过CRT对主要电气设备运行参数和设备状态进行监视，画面调用采用键盘、鼠标或跟踪球。

通信管理层的主控单元包括各种通信管理机柜300，其作用是将间隔层中的各种不同厂家、不同通信接口和规约的设备装置连接在一起，经统一的通信接口传送至站控层，完成各种数据和指令的上传下发。主控单元可以同时支持多种类型的通信口，包括以太网、串行通信口、可扩充的其他现场总线接口等；软件上，支持MODBUS、标准网络协议(TCP/IP)等通信协议。站控层设备包括位于站控层最高层的值长站560，与值长站560连接通信的至少两个主机/操作员工作站520、两个工程师站510，还包括一个远动工作站540、一个微机五防工作站530、GPS对时装置550以及若干台打印机等。

具体地，间隔层的各种装置设备可分为机组电气系统设备110、机组侧公用电气系统设备120以及电厂升压站系统设备130。其中，机组电气系统设备110又可根据实际情况分为#1机组电气系统设备、#2机组电气系统设备等等。每个机组电气系统设备110又包括机组智能设备、发变组保护、机组励磁控制单元、机组直流系统、机组UPS电源、柴油机，机组电度表，以及机组测控装置，它们通过现场总线200连接组网，再通过现场总线200与机组电气系统通信管理机柜310（主控单元）连接，此处的主控单元为发变组及智能设备通信管理机柜；机组电气系统设备110还包括多个机组6KV保护测控装置，它们通过现场总线200连接，再与与机组电气系统通信管理机柜310连接，此处的主控单元即主厂房6KV通信管理机柜；机组电气系统设备110还包括多个机组380V保护测控装置，它们通过现场总线200连接，再与主控单元即主厂房380V通信管理机连接。另外，上述的多个发变组及智能设备通信管理机柜、主厂房6KV通信管理机柜、主厂房380V通信管理机柜以及脱硫系统信息采集装置等，通过100M机组电气系统以太网410以及机组以太网交换机420连接形成机组电气系统网络，并与工程师站510和主机/操作员工作站520等通过以太网连接通信。

机组侧公用电气系统设备120包括多个公用380V保护测控装置，通过现场总线200组网，并与的机组侧公用电气系统通信管理机柜320（主控单元）连接通信，此处为辅助厂房380V通信管理机柜；还包括启动/备用变保护装置、机组侧公用测控屏装置、公用UPS等，通过现场总线200组网，并与机组侧公用通信管理机柜连接通信。电厂升压站系统设备130包括升压站1号测控装置、升压站2号测控装置等，以及升压站公用测控装置、线路保护装置、母线保护装置、升压站直流系统、线路电度表等装置设备，通过现场总线200组网，并与电厂升压站系统通信管理机柜330（即主控单元），此处为开关站通信管理机柜连接通信。机组侧公用电气系统通信管理机柜320的辅助厂房380V通信管理机柜和机组侧公用通信管理机柜，以及电厂升压站系统通信管理机柜330的开关站通信管理机柜等，与站控装置500的五防工作站530、运动工作站540等等连接通信，通过100M公用电气系统以太网430以及公用以太网交换机440连接在一起，形成由机组侧公用电气系统和电厂升压站网络系统构成的公用电气系统网络，并与工程师站510和主机/操作员工作站520等通过以太网连接通信。

即机组电气系统设备110、机组侧公用电气系统设备120和电厂升压站系统设备130分成多组并分别通过现场总线200连接组网，且机组侧公用电气系统设备120与电厂升压站系统设备130通过通信管理机柜300（即主控单元）连接到以公用电气系统以太网430成公用电气系统网络。而且，多个机组电气系统设备110通过通信管理机柜300（即主控单元）连接到机组电气系统以太网410形成机组电气系统网络，机组电气系统网络与公用电气系统网络连接组网，从而将机组电气系统设备与机组测公用电气系统设备和电厂升压站系统设备有效连接在一起，使它们之间能方便地进行数据交换。即上述的各个机组电气系统网络和机组侧公用电气系统网络和电厂升压站系统网络相互之间通过机组以太网交换机420和公用以太网交换机440连接成一个大网络，再与站控层的值长站560连接通信，形成整个发电厂综合自动化系统。

可知，发电厂综合自动化系统连接通信过程如下：

分别将多个机组电气系统设备110、机组侧公用电气系统设备120和电厂升压站系统设备130通过现场总线200连接组网，并与其各自相应的通信管理机柜300（即主控单元）连接通信。即多个所述机组电气系统设备110分为多组，每组设备通过现场总线200连接组网，组网后的每组设备与所述机组电气系统通信管理机柜310通信连接；多个所述机组侧公用电气系统设备120和电厂升压站系统设备130分为多组，每组设备通过现场总线200连接组网，组网后的每组设备与机组侧公用电气系统通信管理机柜320或电厂升压站系统通信管理机柜330通信连接。可根据设备的不同通信接口和规约分为不同的组别，从而方便将通信接口和规约相同的设备连接组网，以方便与相对应的通信管理机柜连接通信；

多个通信管理机柜300（即主控单元）分别连接到对应的以太网，并通过各个以太网与相应的站控装置500中的工程师站和主机/操作员工作站连接通信。即多个与机组电气系统设备110连接的机组电气系统通信管理机柜310，连接到相应的机组电气系统以太网410，与站控装置500中的工程师站510和主机/操作员工作站520连接通信；多个分别与机组侧公用电气系统设备120和电厂升压站系统设备130连接的机组侧公用电气系统通信管理机柜320和电厂升压站系统通信管理机柜330，连接到相应的公用电气系统以太网430，与站控装置500中的工程师站510和主机/操作员工作站520连接通信。通过不同的下层网络将各种电气设备连接通信，并组成一个大的上层综合控制网络，以实现设备系统之间的信息交换和流通；

站控装置500中的多个工程师站510和主机/操作员工作站520连接组网，并与值长站560连接通信。且GPS对时装置550、五防工作站530、远动工作站540和工程师站510以及主机/操作员工作站520通过以太网连接组网，并与值长站560连接通信。其中，GPS对时装置550、五防工作站530、远动工作站540与公用电气系统网络直接连接通信。

利用值长站560、主机/操作员工作站520和工程师站510等，操作员通过输入命令可实现对该自动化系统监控范围内的断路器、隔离开关、起备变调压开关等的正常操作，电源切换操作和其它必要的操作。另外，按照运行人员的要求，可对电流、电压、频率、功率、温度和电能量进行统计分析，还能按照数值变换和规定时间间隔不断处理和计算各项数据信息。

此外，站控层中的GPS对时装置550能接受卫星定位系统GPS/北斗的标准授时信号，对系统内的继电保护测控装置、故障录波装置等各有关智能设备的时钟进行校正。系统时间与标准时间GPS/北斗的误差不大于0.5毫秒。站控层中的远动工作站540配置两台互为冗余热备用的远动装置，远动装置具有RTU的全部功能，能直接从间隔层获取调度所需的数据，实现远动信息的直采直送。远动通信规约应满足调度主站的要求，具备同时与多个相关调度通信中心/集控站进行数据通信的能力，并且与不同调度通信中心/集控站通信的实时数据库具有相对独立性，不相互影响数据的刷新。

而且，站控层中的微机五防工作站530构成的五防系统，包括防误站控层、测控单元防误间隔层以及电气闭锁单元。所有操作均经防误闭锁，并有出错报警和判断信息输出。站控层能实现面向全厂设备的综合操作闭锁功能；间隔层测控单元防误实现本单元所控制的设备的的操作闭锁功能；单元电气闭锁实现对本间隔电动操作的隔离开关和接地开关的防误操作。该系统具有防止误分、合断路器，防止带负荷分、合隔离开关，防止带电挂（合）接地线（接地开关），防止带接地线（接地开关）合断路器（隔离开关），防止误入带电间隔等功能。其中，间隔层测控单元间具备直接通信功能，且不依赖于站控层设备。测控单元间联锁逻辑所需要的信号能由其它测控装置传送。测控单元充分考虑通信中断以及逻辑关联的测控装置检修时的防误功能的安全实现。

发电厂综合自动化系统可实现电能量管理、计量等功能，可对电厂用各种方式采集到电能量进行处理，可对电能量进行分时段的统计分析计算，可适应运行方式的改变而自动改变计算方法并在输出报表上予以说明。可将厂内重要设备的状态变化列为事件顺序记录（SOE）。

本发明克服了传统ECMS在厂用电气设备的操作、控制上的不足，有效改变了原ECMS、NCS系统互相割裂的面貌，在一种技术、一个标准下对ECMS和NCS进行大系统数字化整合，搭建了全厂综合自动化系统，避免了两个割裂系统资源的重复配置，使NCS、ECMS的数据交换通道通畅，有利于从全局对电气设备进行监视和控制，提高了电气设备的自动化运行水平；除发电机-变压器组保护及自动准同期装置的个别信号外，对电气设备采用了完全现场总线控制方式，没有硬接线，没有控制电缆，电气设备全部采用通信方式与综合自动化系统交换信息，不需DCS卡件，平时检修维护量小，投资成本低，显著降低项目投资、减少运行费用、提高电厂运行管理水平。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种发电厂综合自动化系统，其特征在于，包括站控装置，与所述站控装置连接通信的以太网，多个通过所述以太网与所述站控装置连接的主控单元，以及分别与所述主控单元连接的多个机组电气系统设备、机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备；

所述机组电气系统设备、机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备分成多组并分别通过现场总线连接组网，且所述机组侧公用电气系统设备与所述电厂升压站系统设备通过主控单元连接到以太网形成公用电气系统网络；

多个所述机组电气系统设备通过主控单元连接到以太网形成机组电气系统网络，所述机组电气系统网络与所述公用电气系统网络连接；

所述主控单元分别包括与所述机组电气系统设备对应的机组电气系统通信管理机柜，与机组侧公用电气系统设备对应的机组侧公用电气系统通信管理机柜，以及与电厂升压站系统设备对应的电厂升压站系统通信管理机柜；

多个所述机组电气系统设备分为多组，每组设备通过现场总线连接组网，组网后的每组设备与所述机组电气系统通信管理机柜通信连接；多个所述机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备分为多组，每组设备通过现场总线连接组网，组网后的每组设备与机组侧公用电气系统通信管理机柜或电厂升压站系统通信管理机柜通信连接。

2.根据权利要求1所述的发电厂综合自动化系统，其特征在于，所述以太网包括机组电气系统以太网，多个与机组电气系统设备连接的主控单元连接到所述机组电气系统以太网，且多个所述主控单元通过所述机组电气系统以太网与站控装置通信连接；所述以太网包括公用电气系统以太网，多个与机组侧公用电气系统设备和电厂升压站系统设备连接的主控单元连接到所述公用电气系统以太网，且所述主控单元通过所述公用电气系统以太网与站控装置通信连接。

3.根据权利要求1所述的发电厂综合自动化系统，其特征在于，所述站控装置包五防工作站、GPS对时装置以及远动工作站，所述五防工作站、GPS对时装置以及远动工作站均通过以太网与所述公用电气系统网络连接。

4.根据权利要求3所述的发电厂综合自动化系统，其特征在于，所述站控装置包括值长站，与所述值长站连接的工程师站和主机/操作员工作站，所述工 程师站和主机/操作员工作站与所述公用电气系统网络连接。