發(fā)電廠電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

崔曉靜+石婕+許麗麗

摘 要：隨著發(fā)電機(jī)組逐步向高參數(shù)、大容量發(fā)展，發(fā)電廠電氣自動(dòng)化程度的要求不斷提高，而要實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是必不可少的、文章重點(diǎn)介紹了電氣監(jiān)控系統(tǒng)的概念及其特點(diǎn)，簡(jiǎn)單介紹了電氣監(jiān)控系統(tǒng)的范圍，并對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了功能分析，最后，強(qiáng)調(diào)了電氣監(jiān)控系統(tǒng)的配置及其需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；電氣自動(dòng)化；監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

發(fā)電廠逐步向高電壓、大規(guī)模、自動(dòng)化方向發(fā)展，使得對(duì)電廠的實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理水平的要求也不斷提高，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)、維護(hù)和檢修水平落后，不足以滿足現(xiàn)代化發(fā)電廠的要求，電廠電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。高效、可靠的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在電廠中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

1 電氣監(jiān)控系統(tǒng)概念及其特點(diǎn)

電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、測(cè)控保護(hù)與控制、通信技術(shù)等來提高電氣系統(tǒng)的管理及其自動(dòng)化水平，即為實(shí)現(xiàn)電氣運(yùn)行、控制、保護(hù)、故障信息診斷及管理、電氣性能優(yōu)化等功能而提出的在線自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)主要由電氣工作站和一些通信管理設(shè)備組成，現(xiàn)場(chǎng)總線使得通信設(shè)備與保護(hù)裝置相連，以達(dá)到收集并轉(zhuǎn)發(fā)信息等功能，有些監(jiān)控系統(tǒng)還可以支持以太網(wǎng)或者兩種都支持，并具有多任務(wù)并行實(shí)時(shí)操作等功能。

電廠用電系統(tǒng)中的用電設(shè)備常常分散安裝于電機(jī)控制中心和各配電室，設(shè)備及元件數(shù)量大導(dǎo)致需要管理的數(shù)據(jù)量大，進(jìn)而使得檢修維護(hù)困難。正常情況下，對(duì)電氣設(shè)備的操作頻率通常很低，但是電氣設(shè)備要求其自動(dòng)化保護(hù)裝置反應(yīng)快、可靠性高。主監(jiān)控設(shè)備通常需要接入DCS系統(tǒng)，同時(shí)，在主設(shè)備與備用設(shè)備的控制權(quán)上要確保唯一性，否則有可能造成控制沖突的發(fā)生。因此，電廠電氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)除了具備最基本的正常運(yùn)行和啟動(dòng)、停止操作外，還應(yīng)具備對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，如異常運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警并顯示和分別記錄異常狀態(tài)時(shí)各部分的數(shù)據(jù)，及能根據(jù)相應(yīng)的錯(cuò)誤和異常給出對(duì)應(yīng)的操作和應(yīng)急處理方案，以確保電廠電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2 電氣監(jiān)控系統(tǒng)的范圍和功能分析

電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍主要有：發(fā)變組、電源、變壓器、電動(dòng)機(jī)、直流系統(tǒng)等。具體功能如下：

2.1 數(shù)據(jù)采集及處理

I/O測(cè)控單元可以定時(shí)采集相關(guān)信息，以檢測(cè)和分析異常點(diǎn)和故障點(diǎn)及其相應(yīng)的狀態(tài)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性檢驗(yàn)及一些預(yù)處理，并實(shí)時(shí)更新數(shù)字量、模擬量及脈沖量等數(shù)據(jù)庫。

2.2 監(jiān)控和報(bào)警

站控層的LCD顯示器可以使用鼠標(biāo)、鍵盤等調(diào)用畫面對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。報(bào)警即當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)異常時(shí)系統(tǒng)能夠及時(shí)提供報(bào)警信息（如報(bào)警聲或LCD畫面閃爍等），分為預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警，在報(bào)警中，這兩種的報(bào)警顏色及報(bào)警鈴聲應(yīng)給以區(qū)別，并能啟動(dòng)事件記錄操作以便事故跟蹤和分析。

2.3 操作和控制

操作功能包括操作權(quán)限限制功能、狀態(tài)顯示功能、標(biāo)牌功能、信息提示功能、數(shù)據(jù)輸入功能、操作和數(shù)據(jù)記錄功能，及在對(duì)設(shè)備的操作必須安全可靠，操作過程中必須能保證能高效和實(shí)時(shí)的檢測(cè)到所有開關(guān)信息，對(duì)同一設(shè)備的操作必須有序的進(jìn)行。操作正常和異常情況下都應(yīng)該有相應(yīng)的信號(hào)以供操作人員或機(jī)器本身參考。

除此之外，還要注意人機(jī)接口及管理功能，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠電氣系統(tǒng)監(jiān)控及對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的在線自診斷和增加或撤掉某些設(shè)備的目的。

3 電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及應(yīng)注意的問題

通過上述分析，對(duì)于發(fā)電廠電氣自動(dòng)化監(jiān)控的特點(diǎn)以及功能有了比較清晰的了解，那么接下來筆者就談一下自己對(duì)電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及應(yīng)注意的問題的一些看法與建議，希望能為相關(guān)專業(yè)提供可以參考的理論依據(jù)。

3.1 數(shù)據(jù)采集與處理功能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集可以依靠工作現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量和控制單元收集相關(guān)信息，包括檢測(cè)狀態(tài)、事件、故障、改變信號(hào)和模擬信號(hào)，超負(fù)荷的信息，各種預(yù)處理數(shù)據(jù)等事項(xiàng)，通過該功能的設(shè)計(jì)可以實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)庫，包括模擬量、數(shù)字量。

模擬量主要包括有用及無用功、發(fā)電廠設(shè)備工作頻率以及功率、電流電壓變化等，同時(shí)也要注意對(duì)非電量數(shù)據(jù)的采集，如水溫信息。而在采集方法選擇這一功能選擇上，要優(yōu)先使用交流采集方式，對(duì)于特殊情況無法采用交流采集的數(shù)據(jù)，可以適當(dāng)?shù)牟扇≈绷鞑杉绞剑缱儔浩鳒囟鹊?。具體的模擬量采集過程有三步，第一根據(jù)掃描數(shù)據(jù)采集周期時(shí)間，進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換、濾波、校準(zhǔn)進(jìn)度等；第二步就是報(bào)警，根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)的思想極限設(shè)定進(jìn)行處理，報(bào)警信息應(yīng)包括規(guī)定、參數(shù)，報(bào)警時(shí)間等；第三步就是模擬量的記錄，記錄時(shí)間一般保持在1-5min內(nèi)。

針對(duì)數(shù)字量采集來說，在實(shí)際工作中也包括三個(gè)步驟，第一步是定時(shí)采集根據(jù)掃描周期時(shí)間，定時(shí)采集、輸入、光電隔離、狀態(tài)檢測(cè)和數(shù)據(jù)庫的更新；第二就是對(duì)異常設(shè)備進(jìn)行報(bào)警處理，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)變化時(shí)，能夠做出合理的報(bào)警處理，而報(bào)警信息應(yīng)該包括設(shè)備規(guī)定參數(shù)、報(bào)警時(shí)間；第三步就是對(duì)整體事件的記錄，采用中斷方式，并根據(jù)變化發(fā)生在時(shí)間順序記錄序列。

3.2 監(jiān)視和報(bào)警

監(jiān)控功能的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的目的是操作員通過LCD顯示器的主要電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，任何圖片都要求能夠在1秒時(shí)間內(nèi)完全顯示出來，次要換面可以在兩秒之內(nèi)予以顯示。且對(duì)于展示數(shù)據(jù)的更新速度也要有句要求，一般來說刷新速度要保持在1次/秒，并可用鼠標(biāo)或者鍵盤進(jìn)行操作控制。

同時(shí)，報(bào)警功能的設(shè)計(jì)也很重要，報(bào)警功能設(shè)計(jì)應(yīng)分為兩種類型：一是預(yù)告報(bào)警；一種是事故報(bào)警，前者針對(duì)的狀況主要是設(shè)備變位、模擬量超限或者異常信號(hào)、發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)異常等事件；后者針對(duì)的情況主要包括非人為引起的短路或者保護(hù)裝置異常等情況。因此對(duì)于這兩種情況應(yīng)設(shè)置不同的報(bào)警提示聲音，并以不同顏色加以區(qū)分，每確認(rèn)一次報(bào)警，自動(dòng)確認(rèn)時(shí)間可調(diào)。報(bào)警確認(rèn)后，報(bào)警信息保存，但聲音、閃光停止。

3.3 電氣監(jiān)控配置應(yīng)注意的問題

通過上述兩點(diǎn)，對(duì)于電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有了具體的認(rèn)識(shí)，但是在具體配置過程中還是需要注意幾個(gè)問題的：

（1）現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)問題，由于保護(hù)和自動(dòng)裝置的生產(chǎn)廠家不同，各廠家采用現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)也許不同，不能簡(jiǎn)單地相連。（2）要明確現(xiàn)場(chǎng)總線交換的電氣信息內(nèi)容，及交換信息的大小和速度的要求等。（3）發(fā)電廠大多采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，因而整個(gè)電廠系統(tǒng)時(shí)鐘統(tǒng)一問題應(yīng)該給予足夠的重視。（4）采用DCS系統(tǒng)時(shí)要處理好接口問題，接口處理不當(dāng)勢(shì)必會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。（5）現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)置問題，即可以根據(jù)具體的工程控制對(duì)象的位置及范圍的不同而設(shè)置不同的分段。

4 結(jié)束語

總之，發(fā)電廠電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在維護(hù)電廠正常運(yùn)行中的發(fā)揮巨大作用，DCS系統(tǒng)的引進(jìn)也極大的提高了監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平，提高了電廠運(yùn)行的安全性及經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)場(chǎng)總線的方式已成為今后電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，不過，目前電廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化水平還有待提高，在可靠性和穩(wěn)定性方面也有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1]何磊.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件在發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2016（33）.

[2]吳秋寧，張雪萍，舒星，等.發(fā)電廠電氣部分教學(xué)改革初探[J].赤子（中旬），2013（12）.

[3]付險(xiǎn)峰.黃龍灘水力發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題及改造建議[J].水電與新能源，2016（09）.

[4]楊傳將，李彬，於宇琛.核電應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].船電技術(shù)，2012（S1）.

作者簡(jiǎn)介：崔曉靜（1991-），女，籍貫：河南省洛陽市，學(xué)歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：電氣信息技術(shù)。