CN1267796C - 电厂电气自动化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电厂电气自动化系统，该系统包括：监控计算机系统及网络层、通信处理机及现场总线层和测控保护装置层。监控计算机系统及网络层包括主计算机、备计算机和虚拟数据处理单元计算机，通过两个双以太网将它们进行连接；通信处理机及现场总线层包括通信处理机、DPU通信处理机，规约转换通信处理机；测控保护装置层通过现场总线与各种通信处理机连接。该系统采用现场总线通信技术，设备就地安装，与DCS间通过通信电缆连接，完成数据交换，可节省大量测量、控制电缆，可省略变送器。该系统可实现运行分析、画面显示、报表生成、打印、人机接口、事件记录、报警、事故追忆、防误闭锁等丰富的电气自动化应用功能。

Description

电厂电气自动化系统

技术领域

本发明涉及一种电力系统中电气的自动化领域，特别是涉及电厂中的一种分层布式的电气监控系统。

背景技术

随着电力行业的技术进步，电厂运行的自动化水平日趋提高，要求电厂锅炉、汽机和电气实现一体化运行，这不仅包括锅炉、汽机自动化而且包括电气的自动化。电厂的电气部分分为厂用电部分、网控部分和发变机组部分。其中厂用电和发变组部分直接关系到电厂的生产与运行：网控部分是电厂与输电网发生联系的重要部分。

目前，大多数电厂都具有侧重于汽机、锅炉自动化控制的DCS系统，以热工自动化部分为龙头的电厂分布式控制系统(DCS)已经在新建和改建电厂中得以大量应用，对电气部分的自动化运行考虑较少。电气系统的测量、保护动作、整定、事故追忆等信息在DCS系统无法反应。电气设备(电动机、变压器、断路器等)与DCS测控单元之间用电缆连接，成本高。电厂电气监控及自动化融入整个电厂的监控系统成为电厂的迫切需要。电厂电气自动化系统的实现将直接完善了DCS系统的监控范围，将大大提高电厂运行的自动化水平。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述缺陷，适应电厂电气监控及自动化融入整个电厂的监控系统为电厂的迫切需要，提出了一种电厂电气自动化系统，所述的系统是通过如下的技术方案实现的，所述的电厂电气自动化系统包括：

监控计算机系统及网络层，该层包括主计算机、备计算机和虚拟数据处理单元计算机，并通过两个双以太网EtherNet将它们进行连接，主、备计算机组成典型的电气监控系统，采用双机、双网冗余热备用方式进行工作，以便确保其可靠性，所述的虚拟数据处理单元计算机用于实现电气监控系统与电厂分布式控制系统DCS的网络通讯；

通信处理机及现场总线层，该层包括数据处理单元(DPU)、通信处理机、DPU通信处理机，并通过Lonworks现场总线将它们进行连接，所述的通信处理机用于通过现场总线Lonworks向以太网Lonworks和RS232传输数据，并对其所连保护测控装置进行数据报文处理和规约转换；

保护测控装置层，该层包括微机保护、测控装置，所述微机保护、测控装置(7)通过Lonworks现场总线与通信处理机进行连接，用于对电厂电气自动化系统的装置进行保护和测控。

所述的微机保护、测控装置(7)与通信处理机采用Lonworks现场总线(8)通信，采用设备层通信规约，设备层通信规约是IEC870-5-101或ModBus；通信处理机与监控计算机系统之间采用双以太网通信，采用监控系统层规约，监控系统层规约是IEC870-5-104。

所述的微机保护、测控装置(7)包括线路保护测控装置、变压器保护测控装置、电动机保护测控装置、电动机差动保护测控装置和测控模块。

采用该系统的优点是：采用现场总线通信技术，替代电缆直连传输模拟信号的落后自动化方式，设备就地安装，与DCS间通过数据交换实现连接，可节省大量测量、控制电缆，可省略变送器，经济效益显著。新系统可提供的电气信息量极大丰富，且交换不受限制；可实现运行分析、画面显示、报表生成、打印、人机接口、事件记录、报警、事故追忆、防误闭锁等丰富的电气自动化应用功能。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图1为本发明的监控计算机系统及网络层构成示意图；

图2为本发明中的通信处理机数据流程图；

图3是本发明的虚拟数据处理单元向监控系统写及数据的过程示意图；

图4是监控系统通过虚拟数据处理单元下发遥控的执行过程示意图。

具体实施方式

图1为本发明的监控计算机系统及网络层构成示意图。如图1所示，本发明的电厂电气自动化系统包括：

监控计算机系统及网络层(第一层)，该层包括主计算机CSPA1、备计算机CSPA2和虚拟数据处理单元计算机SDPU3，并通过两个双以太网EtherNet101，EtherNet102将它们进行连接，主、备计算机CSPA1、CSPA2组成典型的电气监控系统，采用双机、双网冗余热备用方式进行工作，以便确保其可靠性，所述的虚拟数据处理单元计算机SDPU3用于实现电气监控系统与电厂分布式控制系统DCS的网络通讯；通信处理机及现场总线层(第二层)，该层包括数据处理单元DPU4、通信处理机5、DPU通信处理机6，并通过Lonworks现场总线8将它们进行连接，所述的DPU通信处理机6用于接收Lonworks现场总线8的数据，向以太网EtherNet101、以太网EtherNet102传输数据，通过RS232向DPU4传输数据，并处理其所连设备的通信传输数据报文和进行规约转换。Lonworks一种广泛应用的工业控制现场总线技术，通信速率为78K-1.25Mbps；在电力自动化中大量使用。测控、保护装置与CSE200通信处理机采用Lonworks现场总线8通信、设备层通信规约，如IEC870-5-101，ModBus，主流厂家规约等；CSE200与电气监控计算机系统之间采用双以太网通信，监控系统层规约，如IEC870-5-104，主流厂家规约等。CSE200如与DPU通信，则称为CSE200-DPU。与热控有关的电动机保护测控装置通过CSE200-DPU用双RS232连接，进入DPU热控连锁逻辑，并受DPU控制。

保护测控装置层(第三层)，该层微机保护测控装置包括线路保护测控装置、变压器保护测控装置、电动机保护测控装置、电动机差动保护测控装置、测控模块以及其他保护测控装置。这些保护测控装置通过Lonworks现场总线8与通信处理机连接；CSE200通信处理机一般现场安装，支持以Lonworks现场总线8、RS485或者RS232单元接口方式管理分散的智能设备，通过专门的报文解析任务解析设备报文，把测量数据整理为有序的数据库供远动规约的任务访问，把遥信变位、遥控、遥调的响应填写入FIFO的信息队列，激活远动规约任务。远动任务以标准的远动规约形式通过RS232串行远动接口或者高速工业以太网联接终端管理系统，例如调度主站或者当地监控主站。目前配置时可以选择的远动规约有IE101、IE104、DNP3.0、CDT、MODBUS和SC1801。CSE200串行口支持从300到576600bps的波特率，以太网的容量为10M，支持双绞线电缆或者光缆以太网方式。CSE200除了可以报送装置本身实际的物理量外，还能够对每一个设备、端口的信息进行监视，生成装置通讯故障和端口通讯故障的虚遥信，通知主站端进行检修。当判断出装置通讯故障时，报送的测量数据则置数据无效标志，以保障主站数据的有效性。同时，CSE200的数据还支持多个遥信点的合成，这样在必要的条件下，多个相关的遥信可以以一个同时刷新一个数据点，便于主站端配置数据。例如，多个装置的故障告警信号可以合成为一个总告警信号以驱动主站的电笛。

CSE200的以太网固定配置了专用监控规约，可以支持CSPA2000主站。该规约基于以太网UDP通讯，CSE200通过一个UDP端口循环向主站报送带有品质描述的遥测、遥信和遥脉信息，并实时插送遥信变位、SOE、遥控响应报文。CSE200的UDP报文以组播方式发送，当多个CSE200装置工作于一个物理网段下时，可以有效的防止互相之间的报文冲撞。CSE200的CPU为Motorola公司的工业级32位高速通讯处理芯片-68360，内嵌实时操作系统，在快速采集现场数据的同时可以实时响应监控系统中的突发事件。工业级的PCB板设计，保证装置可以在现场的恶劣条件下可靠工作。扁平机箱设计便于现场组屏安装。使用CSE200扩展了商用PC前置机的通讯容量，并将设备的现通讯与监控系统的商业通讯网实现物理上和规约上的有效隔离，增强了其通讯的可靠性，也利于主站系统的标准化。

图2为本发明中的通信处理机数据流程图。如图2所示，对于图1中的CSE200通信处理机5，该CSE200通过现场总线Lonwork接口，接收图1中微机保护、测控装置7的数据报文，进行报文处理。CSE200对报文进行解释，从中得到装置地址、数据索引、数据，将数据写入CSE200自身的实时数据库。CSE200定时的将数据从实时数据库中取出，通过双以太网接口，向图1中的CSPA主机1或CSPA备机2发送数据。CSPA主机1的控制命令，通过以太网发给CSE200，CSE200通过现场总线Lonworks接口发给目标装置。对于图1中的CSE200-DPU通信处理机6，除上述功能外，CSE200定时的将数据从实时数据库中取出，通过串口，向图1中DPU数据处理单元4发送数据。DPU数据处理单元4的控制命令，通过串口发送给CSE200，CSE200通过现场总线Lonworks接口发给目标装置。

图3是本发明的虚拟数据处理单元SDPU向监控系统写入数据的过程示意图。对于图1中的SDPU虚拟数据处理单元3，通过以太网101与图1中的CSPA主机1或CSPA备机2通信，保证SDPU上的实时数据的及时刷新。SDPU定是取实时库数据(遥测YC、遥信YX、遥脉YM)。如果判断遥信数据YX有变化，则将其写入DCS系统，通过以太网102，按照‘DCS的SBP机制’，传到DCS，否则放弃。如果判断遥测数据YC或遥脉数据YM有变化，并且未超出变化的合理范围，则将其写入DCS系统，通过以太网2，按照‘DCS的SBP机制’，传到DCS。如果判数据遥测数据YC或遥脉数据YM不变或超出变化的合理范围，则放弃。

图4是DCS监控系统通过虚拟数据处理单元SDPU下发遥控到最终测控装置的执行过程示意图。发电机组DCS通过以太网2将控制命令下达给SDPU虚拟数据处理单元3，SDPU通过以太网1将此控制命令下达给CSPA主机1，CSPA主机1通过以太网1将此控制命令下达给CSE200通信处理机5或CSE200-DPU通信处理机6，CSE200通过现场总线Lonworks将此控制命令下达给微机保护、测控装置7，保护测控装置最终执行该控制命令。

由于上述的一些通信处理机和线路保护测控装置、变压器保护测控装置、电动机保护测控装置、电动机差动保护测控装置、测控模块以及其他保护测控装置等可以使用现有技术的设备，因此，对于上述装置的具体构成没有进一步描述的必要，但是，本领域的技术人员可能根据本发明权利要求限定的技术方案进行增减某些装置等修改，这些修改都在本发明的权利要求书的保护范围之内。

Claims (2)

1、一种电厂电气自动化系统，所述的电厂电气自动化系统包括：

监控计算机系统及网络层，该层包括主计算机(1)、备计算机(2)和虚拟数据处理单元计算机(3)，并通过两个以太网EtherNet(101、102)将它们进行连接，主、备计算机组成的电气监控系统，采用双机、双网冗余热备用方式进行工作，以便确保其可靠性，所述的虚拟数据处理单元计算机(3)用于实现电气监控系统与电厂分布式控制系统DCS的网络通讯；

通信处理机及现场总线层，该层包括数据处理单元DPU(4)、多个通信处理机(5-1，5-2)、DPU通信处理机，并通过Lonworks现场总线(8)将它们进行连接，所述的多个通信处理机(5-1、5-2)用于通过Lonworks现场总线(8)向以太网EtherNet(101，102)和RS232传输数据，并对其所连保护测控装置进行数据报文处理和规约转换；

保护测控装置层，该层包括微机保护、测控装置(7)，所述微机保护、测控装置(7)通过Lonworks现场总线(8)与通信处理机进行连接，用于对所述电厂电气自动化系统的装置进行保护和测控；所述的微机保护、测控装置(7)与通信处理机采用Lonworks现场总线(8)通信，采用设备层通信规约，设备层通信规约是IEC870-5-101或ModBus；通信处理机与监控计算机系统之间采用双以太网通信，采用监控系统层规约，监控系统层规约是IEC870-5-104。

2、根据权利要求1所述的电厂电气自动化系统，其特征至于：所述的微机保护、测控装置(7)包括线路保护测控装置、变压器保护测控装置、电动机保护测控装置、电动机差动保护测控装置和测控模块。

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