論電氣系統(tǒng)的綜合自動化

陳安利

摘 要：電力系統(tǒng)的綜合自動化技術(shù)一直是電力各個部門著力研究的問題，符合電力系統(tǒng)發(fā)展的迫切需要。發(fā)電廠作為電力系統(tǒng)的樞紐部門，自動化技術(shù)更是在里面扮演了重要的角色。文章概述了自動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及相關(guān)研究狀況，比較了各種自動控制模式的優(yōu)劣；討論了建立在微機保護系統(tǒng)和電

1 自動控制系統(tǒng)簡介

自動控制系統(tǒng)主要有集中監(jiān)控方式、遠程監(jiān)控方式和現(xiàn)場總線監(jiān)控方式以對系統(tǒng)進行控制。此三種方式各有其優(yōu)點，在系統(tǒng)設(shè)計時可根據(jù)實際情況靈活選用。

1.1 集中監(jiān)控

集中式，顧名思義，其突出特征是用一個處理器集中處理系統(tǒng)的各項功能。這種監(jiān)控方式方便運行維護，對于控制站的防護要求少，容易做系統(tǒng)設(shè)計。然而在集中式的模式下，處理器往往負擔(dān)著相當(dāng)繁重的任務(wù)，其處理的速度受到很大的影響。當(dāng)開始監(jiān)控全部電氣設(shè)備后，由于監(jiān)控對象的大量增加，將導(dǎo)致電纜數(shù)量增加、主機冗余下降和投資加大；而長距離電纜將會引入干擾，也會導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性受到影響。

1.2 遠程監(jiān)控

遠程控制裝置在最早研發(fā)的一批自動化系統(tǒng)中占有重要地位。遠程控制裝置的主體部分是模擬電路，組成部件有電話繼電器和電子管等分立元件。在這一階段中，自動控制系統(tǒng)還不依靠軟件，主要是依靠硬件來實現(xiàn)。而由硬件來完成數(shù)據(jù)收集和判斷是無法很好地完成自動控制和遠程調(diào)解的作用的。

1.3 現(xiàn)場總線監(jiān)控

這是后期發(fā)展起來的一種監(jiān)控方式，使得系統(tǒng)設(shè)計能夠更有針對性，間隔不同功能不同。這使得我們根據(jù)間隔的情況，把握實際需求來進行設(shè)計。這種特性使得現(xiàn)場總線監(jiān)控方式具有遠程監(jiān)控的全部優(yōu)點而且所需隔離設(shè)備、I/O卡件、端子柜和模擬量變送器等的數(shù)目大大減少。

不僅如此，可以做到智能設(shè)備的就地安裝，而且可以用通信線將智能設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)連接，這樣做無疑節(jié)省了大量的控制電纜，從而節(jié)約了很多投資和安裝維護工作量，也就是降低了成本。

2 綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 現(xiàn)有模式的介紹

2.1.1 集中模式

即為傳統(tǒng)的硬接線方式：

①轉(zhuǎn)變強電信號為弱電信號；

②采用標準直流信號（4mA～20mA）和空接點方式；

③通過電纜硬接線將電氣模擬量和開關(guān)量信號一對一接至DCS的I/O模件柜；

④在DSC中進行組態(tài)以實現(xiàn)對電氣設(shè)備的監(jiān)控。

2.1.2 分布式設(shè)計

按功能模塊分布實施，結(jié)構(gòu)：采用主從CPU協(xié)同工作通過串行方式或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)各功能模塊間的數(shù)據(jù)通信。

2.1.3 分層分布式模式

分層指的是將ECS從邏輯上劃分為三層：間隔層（終端保護測控單元）、通信層（由電纜108網(wǎng)絡(luò)或光纖和通信管理機構(gòu)成）和站級監(jiān)控層。分布指的是設(shè)計間隔層時利用面向電氣一次回路或電氣間隔的方法以到達將保護單元和測控單元就地分布安裝。

在監(jiān)控過程中，通信網(wǎng)絡(luò)使得站級監(jiān)控層能夠管理間隔層和進行信息交換。

2.2 三種模式評估

集中方式有著便于管理、設(shè)備運行環(huán)境好、響應(yīng)速度快的優(yōu)點，所以在小型電力系統(tǒng)中仍舊有著重要的作用。而在大型電力系統(tǒng)中采用集中模式管理將造成電纜鋪設(shè)的難題，引進長距離電纜也往往會引進干擾，故不常使用。

分布式具有便于系統(tǒng)擴展和維修的特點，但占地較大，常用于中低壓變電站。分層分布式模式是“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計的，是前面兩種模式的改進和提升，在降低成本和增強抗干擾方面有很大的優(yōu)勢。其工作原理方便系統(tǒng)進行擴展，各個部分相對獨立而便于維修、分布調(diào)試和投運。特點是功能分散，管理集中。得到了廣泛應(yīng)用。

2.3 綜合自動化技術(shù)的發(fā)展展望

我國電力系統(tǒng)的綜合自動技術(shù)與國外相比具有起步晚、技術(shù)含量低、自主研發(fā)少等劣勢，而且國外的電力系統(tǒng)標準與我國有很大的出入。

這就需要我們根據(jù)我國的實際情況，鉆研和借鑒國外先進技術(shù)，以開發(fā)出符合我國國情、有利于社會主義建設(shè)、高技術(shù)低消耗的綜合自動化系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會對電力系統(tǒng)運行要求的提高，以后自動化控制技術(shù)將會沿著以下的方向發(fā)展：

①保護、測量和控制做到一體化，進一步提高其工程實用性，方便用戶；

②國家標準的進一步規(guī)范；

③現(xiàn)場總線技術(shù)將會結(jié)合工業(yè)過程應(yīng)用，掀起以以太網(wǎng)為核心的技術(shù)革新。

同時，可以預(yù)見到新技術(shù)和新理論的應(yīng)用必然導(dǎo)致一些概念重新定義和引入，那么或許到那時那些傳統(tǒng)的技術(shù)界線將不再明確，原本被看做不相關(guān)聯(lián)的技術(shù)將滲透、融合來解決舊的問題、應(yīng)付新的局面，到時又會出現(xiàn)什么方法來改進綜合自動化技術(shù)呢？我們拭目以待。

3 如何搭建分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)

以下以發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)的搭建為例，其他的電氣系統(tǒng)可借鑒和搬用這種方法來研制綜合自動化系統(tǒng)。

一般的發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型分為六個層面，依次是管理決策層、監(jiān)控分析層、機組控制層、功能群控層和現(xiàn)場控制層。按照功能分，此六層又構(gòu)成了四個系統(tǒng)，分別為管理信息系統(tǒng)——管理和決策，動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)——監(jiān)控管理、實時生產(chǎn)調(diào)度，自動化系統(tǒng)——自動控制、保護報警，網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)——存儲各項數(shù)據(jù)、生成報表、為個系統(tǒng)間進行通訊和協(xié)調(diào)，是綜合自動化系統(tǒng)的骨架和樞紐。

一般綜合自動化系統(tǒng)需實現(xiàn)以下功能：

①微機保護，包括電動機保護、電壓切換裝置、變壓器保護、線路保護、母聯(lián)保護等，使系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵；

②數(shù)據(jù)采集，保證了系統(tǒng)的可靠性；

③數(shù)據(jù)處理和挖掘；

④統(tǒng)計報表；

⑤一次圖顯示；

⑥系統(tǒng)自診斷，計算機監(jiān)控系統(tǒng)和分布式控制箱要能夠在線自診斷和報警；

⑦遙控操作；

⑧數(shù)據(jù)集成；

⑨通訊平臺，建設(shè)一個穩(wěn)定高效而又安全可靠的系統(tǒng)通訊平臺才能完成信息的集成。

3.1 設(shè)計準備

上面的層次化結(jié)構(gòu)模型是以監(jiān)控分析管理和過程控制為主，發(fā)電廠應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的綜合自動化系統(tǒng)架構(gòu)進行參閱、分析和比較，結(jié)合本廠的實際需求，在已有的電氣設(shè)備分布結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上來設(shè)計和研制用分層分布式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的綜合自動化控制系統(tǒng)。

可根據(jù)實際需求分層，按照通訊順序和信號發(fā)送，可分為站控層（管理數(shù)據(jù)庫，發(fā)出指令）、間隔層（數(shù)據(jù)通信）和現(xiàn)場層（數(shù)據(jù)通信）。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計

采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，層次化的結(jié)構(gòu)來設(shè)計應(yīng)用支撐平臺。平臺建立的質(zhì)量對于防止誤判斷和誤操作，提高現(xiàn)場管理水平、實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享和減少設(shè)備停電和檢修時間等具有重要的意義。

通過此平臺的建立，我們可以減少企業(yè)人力物力的投入，能夠深入分析和研究重要模塊如操作票、數(shù)據(jù)展現(xiàn)、數(shù)據(jù)采集與發(fā)布等的實現(xiàn)技術(shù)。

3.3 研究數(shù)據(jù)庫體系

建立面向?qū)ο蟮?、以?shù)據(jù)一致性、可靠性、事實性和共享性為原則的高性能多層分布式數(shù)據(jù)庫體系。改體系應(yīng)涵蓋數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)安全性和數(shù)據(jù)查詢等方面的實現(xiàn)。以保證企業(yè)信息交換的安全和速度。在實際操作中可利用已有的自動系統(tǒng)的信息，將其集成起來，以降低成本。

3.4 搭建網(wǎng)絡(luò)平臺和和硬件平臺

硬件平臺由微機保護系統(tǒng)和電力參數(shù)測控系統(tǒng)組成，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性；網(wǎng)絡(luò)平臺選用相關(guān)總線技術(shù)和通訊規(guī)約，保證數(shù)據(jù)的快速、準確地安全傳輸。

在整個搭建過程中一定要符合相關(guān)規(guī)范，盡可能地優(yōu)化設(shè)計，建設(shè)自動化程度高且快速響應(yīng)的可靠系統(tǒng)，才能方便以后的運行和維護，發(fā)揮其操作簡單和可擴展性強的特點。

4 結(jié) 語

電力系統(tǒng)的綜合自動化技術(shù)一直是電力各個部門著力研究的問題，符合電力系統(tǒng)發(fā)展的迫切需要。發(fā)電廠作為電力系統(tǒng)的樞紐部門，自動化技術(shù)更是在里面扮演了重要的角色。只有當(dāng)一個系統(tǒng)能夠集事務(wù)管理、經(jīng)營決策管理和實時信息管理于一體，它才能真正擔(dān)負起高水平自動化的管理和高效率運營電廠的任務(wù)。發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、依靠計算機技術(shù)實現(xiàn)的整合二次設(shè)備的功能、優(yōu)化設(shè)計控制全部設(shè)備的綜合性自動化系統(tǒng)。搭建這樣一個系統(tǒng)對于提高效率、降低成本有著極其重要的意義。

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