楊興富 賀國剛
[關鍵詞] 監控系統、綜合自動化、通訊網絡、智能終端、功能擴展
1、概述
火力發電廠中，熱工系統自動化及電氣系統的自動化水平，反映了整個電廠的運行管理水平。目前，大多數電廠都具有DCS系統，完成基本的運行、控制等功能，但火力發電廠的DCS側重于機爐，對電氣系統考慮較少。一般情況下，廠用電氣系統的主要保護、安全自動裝置，如發-變組保護、AVR（自動勵磁調節裝置）、ATS（廠用電源快速切換裝置）、同期裝置等基本獨立運行，與DCS系統間進行很有限的信息交換；與輔機有關的電氣設備，如6KV、400V電動機等，其基本控制由DCS系統完成，但電氣運行人員關心的這些設備的測量、保護動作、整定、事故追憶等信息在DCS系統卻無法反應。提高這些設備及整個電氣系統的運行管理水平，將直接關系到電廠運行的安全經濟性，影響電廠在發電市場上的競爭能力。
電氣系統接入DCS系統已毋容置辯，但怎樣接入值得探討。目前電氣系統接入DCS系統一般采用所謂的“硬連接”方式，接入量主要有三種，即DI、DO和模擬量。DI和DO即開關量形式的輸入輸出量，一般采用空接點方式，模擬量由變送器將交流量或其它量變換成4-20mA標準信號后送至DCS系統。硬連接方式存在的主要缺點，一是DCS系統的投資隨著接入量的數量而增加。每增加一個量，不管是DI、DO還是模擬量，在DCS系統中即增加一個“點”，DCS系統按“點”收費；二是浪費大量電纜。每增加一個量，都要額外增加一路電纜，將該量與DCS系統直接相連。三是無法完成較為復雜的電氣運行管理工作，實現電氣的“綜合自動化”。
目前，電氣綜合自動化技術在變電領域已得到了普遍應用和發展，功能技術水平也已日臻完善。分散分布式的電氣綜合自動化系統同樣可應用于發電廠廠用系統。廠用電氣綜合自動化系統的核心是：6KV和400V系統采用分散式就地安裝的集保護、測量、控制、通信于一體的智能前端設備，如電動機測控及綜合保護裝置、變壓器測控保護裝置、電源分支測控保護裝置、400V智能脫扣器等，用現場總線將這些前端設備及發變組保護等其它的主要保護和自動裝置的通信接口連接起來，通過通信管理裝置連接至DCS系統、電氣工作站、電廠MIS系統等。采用該系統的優點是顯而易見的：設備就地安裝，與DCS間通過通信線連接，可節省大量控制電纜；電氣信息量的交換不受限制，與系統投資基本無關；省略變送器；可實現防誤、事故追憶、錄波分析等高級應用功能。下面以納雍電廠一廠廠用電監控系統為例介紹DCAP-4000的實際運用。
納雍電廠一期安裝4臺300MW機組，采用的是南京東大金智公司設計生產的DCAP-4000發電廠廠用電氣監控系統，通過該系統，可將DCS、現場總線、電氣保護及自動裝置有機地結合起來，既實現了DCS系統機、爐、電的一體化，同時又實現了電氣的綜合自動化。
2、DCAP-4000廠用電氣監控系統的組網：
DCAP-4000廠用電氣監控系統采用分層分布式網絡，整個系統由三個功能層構成（如圖）：
納雍電廠一廠廠用電電氣自動化系統結構圖（以1、2#機單元結構為例）
注：
1、 WDZ—4系列測控裝置，與1#機公用及遠動測控接口；
2、 1#機發變組保護、快切、錄波、勵磁、UPS等智能設備；
3、 WDZ—4系列保護測控裝置，6KV廠用工作IA、IB段；
4、 WDZ—4系列保護測控裝置，6KV廠用公用0IA、0IB段；
5、 其它備用智能設備；
6、 WDZ—4系列測控裝置，400V各段；
7、 直流系統、柴油發電機等通訊接口；
8、 WDZ—4系列保護測控裝置，6KV廠用工作IIA、IIB段；
9、 WDZ—4系列測控裝置，與2#機公用及遠動測控接口；
10、 2#機發變組保護、快切、錄波、勵磁、UPS等智能設備。
l 第一層：測控保護層（智能終端層）
由眾多的保護和自動裝置構成，包括發電機保護，主變保護，高廠變，AVR，ATS（快切），自動準同期裝置，廠用保護測控裝置和自動裝置（電動機、變壓器、電源分支、母線分段、饋線等保護及分支開關同期合閘等），及400V智能脫扣器、400V備自投等。這些裝置具有測量、控制、保護、信號、通信等基本功能，并完成各自的特殊功能。該級裝置數量眾多且分散，利用現場總線技術，可以實現這些裝置的分散控制。
l 第二層：通訊管理層（通訊網絡層）
該層將DCS對測控保護層的控制命令，或電氣后臺機發出的修改定值命令等，下發至各有關裝置，同時，將各裝置上送的信息，送至DCS系統或電氣后臺機。通訊管理層的裝置具有通訊接收、發送、規約轉換等功能，根據通訊管理層與上位機系統的連接方式、現場總線方式、下位機的數量等，可有不同的配置。
l 第三層：上位機系統
DCAP-4000后臺機系統運行于WINDOWS98/WINDOWS NT平臺。它完成畫面顯示、報表生成、打印、人機接口、事件記錄、報警等，實現廠用電系統的計算機監控功能。該層可通過以太網接全廠MIS、SIS系統。
3、廠用電監控系統硬件結構：
DCAP-4000廠用電氣監控系統由測控保護層（智能終端層）、通訊管理層（通訊管理單元或通訊主控單元）和電氣后臺系統（電氣管理維護工作站）構成。
通訊管理層的主要設備有：DCM-1型微機通訊管理單元和DCM-2型微機通訊主控單元。DCM-1型通訊管理單元主要完成測控保護裝置的通訊轉發和通訊規約轉換工作，裝置以高性能單片機為核心，功能簡潔，通訊速度較快；DCM-2型通訊主控單元是以工業級嵌入式控制器PC104（486DX）為核心，運行在pSOS實時多任務操作系統（RTOS）環境下的高性能前置通訊主機，可以通過以太網或串行通訊口與DCS系統和電氣后臺系統聯接，并具備多個通訊口，具有高速度，高可靠性，可擴充性強、可維護性好等特點。
根據上位系統的接入方式、測控保護層裝置的數量及用戶對安裝、維護等方面的要求，通訊管理層中，DCM-1通訊管理單元和DCM-2通訊主控單元的配置可靈活組合。
現場總線分別將廠用6KV和400V系統相連，并通過DCAP—4000M主控單元與DCS系統相聯，每個通訊單元對測控保護層的通訊規約可以不同，但對DCS系統的通訊規約相同。圖中勵磁調節裝置、發變組保護也可直接用其內部通訊接口，不需要額外的通訊單元。
通訊管理層采用雙通道切換方式，通訊單元采用高檔次的通訊主控單元。該結構優點是與DCS間只需一個接口。缺點是有通道切換，對通道切換要求高。
通訊單元與DCS系統和電氣后臺系統間均留有接口，與二者間有信息交流但側重不同。設電氣后臺系統的目的是為了讓電氣人員對所有廠用電氣保護自動裝置進行日常的監視和維護，一般情況下不進行控制操作，但在后臺機上的信息量卻可比DCS上多得多，在后臺系統上，可以實現實時數據采集、主接線畫面顯示、定值查詢修改、動作事件記錄、錄波、報表生成、儲存打印等功能。
4、廠用電監控系統的通訊：
廠用電監控通訊系統是數據傳輸量相當龐大的系統，在經過無數次修改和調試后，目前正逐漸進入穩定運行，特對該系統進一步介紹。
納雍電廠一廠廠用電監控系統通訊網絡層由主控單元、光電轉換器、數據交換機、HUB、各通訊接口及通訊介質（光纖、以太網雙絞線、通訊電纜）組成。由于廠房分散，環境干擾大，所以通訊干線由光纖承擔。除了遙測遙控柜內發變組的主控單元與交換機因為近而用雙絞線外，其余都是由光纖經HUB、光電轉換器接入交換機；主控單元與各終端智能裝置之間是由通訊電纜通過高速RS485口聯接；主控單元與DCS由通訊電纜通過COM口聯接；值得注意的是400V段主控單元的通訊由于400V輔助廠房分散且距離較遠，它的結構較為復雜，400V輔助廠房的終端裝置先經過一次電光轉換后接入HUB，由該HUB與400V公用段HUB對接，經過光電轉換器變成電信號后才接入400V段主控單元。
5、DCAP—4000的功能擴展
由于納雍電廠二廠取水升壓泵房電源分別由一廠6KV公用0IA、0IB段供電，因此，對于升壓泵房6kV電源的監控將涉及到兩個系統的通訊聯絡問題，也就是需要解決DCAP—4000與二廠DCAP—3200廠用監控系統數據傳輸問題。
二廠升壓泵房是一個獨立的監控系統，也有后臺服務器、主控單元、保護測控終端裝置，可以獨立完成對升壓泵房的監控。由于凈水站和升壓泵房是無人職守站，加上此段的電源接自一廠，該系統必須與一廠廠用監控系統相連，又因為二廠的用水由此段供給，所以二廠集控室也需要監控該段，于是該系統也要與二廠廠用監控系統聯接。
DCAP—3000通訊主控單元完成對升壓泵房段各保護測控裝置信息的采集，并把采集的信息送給自己的服務器的同時送往DCAP—4000服務器，再由DCAP—4000送DCS系統，兩服務器通過接收到的信息對升壓泵房實現監控。兩服務器的配合是通過DCAP——3200自身的程序完成，DCAP—3200通訊主控單元與DCAP—4000通過數字交換機對接來實現信息的傳輸。由于DCAP—3200本身是一個系統，接入DCAP—4000時，實現了DCAP—4000的功能擴展的同時也增加了它的負擔，對它的運行速度有很大的影響。為此，解決的方法是在升壓泵房段投入一廠監控時，可以退出自身服務器的運行，由該系統的運行工作站作為DCAP—4000的一個遠方工作站運行即可。同理，在二廠廠用電監控系統與之聯接后，也可把另一臺機作為二廠廠用電監控系統的一個遠方工作站。當與其中一個由于通訊故障不接時，再起用該系統服務器來實現對該段的監控。實現了兩套監控系統對同一廠用段的監控。
6、結束語：
現代計算機技術、通信技術和網絡技術的發展，為電廠生產過程中廠用電系統的監視、控制、保護和測量自動化提供了技術基礎，集保護、測量、控制、通訊及數據管理于一體的廠用電監控系統的應用，提高了電廠生產的自動化水平。
