卢光玉
云南电力建设监理咨询有限公司 云南昆明 650231
摘要：北京四方公司的CSPA2000电厂电气自动化系统的设计思想是：厂用电系统间隔层设备采用分散式就地安装的集保护、测量、控制、通信于一体的基于微处理器的微机综合智能终端设备，如电动机综合保护测控装置、低压变压器保护测控装置、厂用分支保护测控装置、同期合闸装置、厂用电快切装置等。用现场总线（或以太网）将这些终端设备的通信接口连接起来，通过通信处理机实现设备的分层管理；通信处理机进而与厂用电监控主站相联，最终由厂用电监控主站（主控单元）连接至DCS系统及电厂MIS系统；同时也可通过通信处理机直送DCS的DPU等设备，以提高测控的可靠性和响应速度。
关键词：现场总线；电气监控系统（ECS）；应用
一、系统优点
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，经济效益显著，宣威电厂2×30MW电厂电气自动化工程应用后直接经济效益约600万元；采用CSPA2000后，系统的电气信息量极大丰富，且交换不受限制，与系统投资基本无关；省略变送器；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。
二、分层分布式的电气监控系统
CSPA2000通过通信网络（现场总线/网络）将厂用电电气部分的微机保护测控装置组织成一个分层分布式的电气监控系统。首次将微机保护技术，现场总线技术实际应用到电厂电气自动化，实现了电厂厂用电部分的综合自动化。
CSPA2000率先实现了电厂电气自动化系统和DCS系统紧密集成。通过CSE通信处理机与DPU以RS232方式互联直接交换数据，通过SDPU（虚拟DPU）以太网方式与DCS系统交换数据，将电气监控系统的功能全面融入DCS系统，并可接受DCS系统的遥控命令，实时性、可靠性达到实用要求，从而实现发电厂的机、炉、电监控一体化。这种综合的电厂电气自动化技术方案大大发展了DCS系统，同时也全面提高了发电厂运行的自动化程度，将成为该领域技术的发展趋势。
CSPA2000体系结构
CSPA2000电厂电气自动化系统由三个层次组成，分别为：
1、监控计算机系统及网络层；
2、通信处理机及现场总线层；
3、测控保护装置层。
现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信系统。可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信数率快，系统安全符合环境要求，造价低廉，维护成本低。
三、以太网结合现场总线的通信模式
以太网结合现场总线的通信模式，即CSPA2000监控计算机系统和通信处理机采用双以太网通信方式，组成电气自动化网；CSPA2000监控计算机系统同时通过DCS网连接到DCS；通信处理机CSE与保护测控装置之间采用现场总线通信方式（Lonworks）；通信处理机作为现场总线到电气自动化网的转换装置，并完成数据处理和规约转换。在该模式下，厂用电的数字式综合保护、测量、控制单元一方面通过通信接口和总线网络与电气自动化监控系统进行通信，并通过SDPU实现与DCS系统的数据交换；同时厂用电系统中与热工联系紧密的电动机等负载的数字式测量、控制单元通过DCS系统的DPU与DCS系统进行直接通信，省去了所有的测量变送器、控制电缆。通信处理机CSE和虚拟数据处理单元SDPU是两个关键通信接口环节。
由于现场总线通信技术已在电力系统输配电综合自动化中具有多年成熟的运行经验，不但运行可靠，管理、维护也极为方便。
现场总线网络（通信介质可采用屏蔽双绞线、同轴电缆、光纤等），通常采用按电压等级分段的方法。间隔层总体分段原则如下：
1、6KV/400V厂用电电源及公用段的电气部分的保护、测控设备；
2、与热工有关的电动机等负载设备的保护、监测（控制）设备。
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3、发变组、励磁系统等其它设备的接入；
4、升压站保护、测控设备的接入；
对厂用电系统电气设备的控制权有两种方式：
1、通常与热工联系紧密的电动机等负载的控制以DCS系统为主；2、对纯电气开关、设备的控制，则可通过权限设置来决定控制模式：
第一种模式以CSPA电气自动化系统进行控制为主；
第二种模式是以DCS系统控制为主，也可通过权限下放由CSPA电气自动化系统来实现，后者作为前者的后备手段。
以太网结合现场总线的通信模式，在保证DCS系统与电气自动化系统相对独立性的同时，使厂用电自动化监控系统与DCS系统的紧密联系，实现了电厂机、炉、电的一体化运行、管理。
CSPA2000电气测控装置：设为测控装置层、保护装置层
1、测控装置层：
（1）6KV厂用电系统的保护测控装置：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。
（2）380V厂用电系统的保护测控装置：线路保护测控装置、电动机保护测控装置、测控模块、直流测控模块。
2、保护装置层
（1）线路微机保护测控装置、电动机微机保护测控装置、电抗器（含电动机）微机保护测控装置、电抗器（含电动机）微机保护测控装置、低压厂用变微机保护测控装除了测量、控制、通信功能外，还具有对电气系统所涉及的各系统进行保护的保护功能
四、ECS监控系统存在的问题
1、同步时钟问题：监控系统时钟同步采用的方案是用一台GPS接收机提供标准时间，ECS和DCS两系统均以此时间为基准，分别对两系统内的装置进行网络对时。DCS系统由一对能得到GPS标准时间的对时DPU单元，绕开了联网上位机及网络通讯的延时误差，将系统时间误差控制在1ms；ECS采用GPS秒脉冲硬接线对时，将系统时差控制在10ms以内。两系统的相对误差为10ms左右，基本满足发电运行监控要求。
由于ECS和DCS两系统时间还存在10ms左右的偏差，发生事故时，在一些较极端的工况下会给事故的追忆分析带来一定困难。
2、安装和调试过程注意事项：
（1）做好设备开箱检查见证工作，核对设备型号；
（2）电缆敷设前在电脑上做好三维模拟敷设方案，确定电缆走向，重点是控制好动力电缆和信号电缆特别是光缆的分层布置，避免分布电容干扰光缆，电缆敷设过程中和二次接线中，重点检查控制电缆和光缆的外壳接地，做好防静电措施。
（3）测控装置和控制装置上盘后，在接入二次接线前要认真核对对应电缆型号和编号并与就地设备电缆编号是否一致，电缆信号校队正确后方可以二次接线接入设备。接线端子上的光隔元件也要同时装上，预防干扰信号闯入破坏测控装置。
（4）做好电气监控系统ECS和计算机分散控制系统DCS的联调，做好总线的信号传输检查和对一次设备控制的调试工作。
五、后评价效果
云南省科技厅以“云科鉴字〔2005〕005号文”正式下发了宣威电厂六期扩建工程《火力发电机组控制系统一体化技术应用研究项目》科学技术成果鉴定证书。鉴定意见认为该项目以创新的设计理念成功地构成DCS和ECS一体化的控制系统，其整体技术处于国内领先水平、国际先进水平，可以推广应用。
火力发电机组控制系统一体化技术应用研究项目是宣威电厂六期工程的一个科技创新成果。该项目采用计算机实时信息通讯网络技术成功地将DEH、MEH、ETS纳入DCS系统，ECS以通讯方式接入DCS系统，实现了控制功能一体化、实时信息一体化、监控集中一体化，将控制范围扩展到汽机、锅炉和电气系统，机组监控功能全面完整。这种控制方式与常规运行监控方式相比有以下显著特点：一是信息量增大。运行监控信息量增加了一倍，尤其是电气系统监控信息提到扩展，并且高度集中；二是技术经济性优越。按一台新建300MW机组控制系统应用计算，采用一体化控制系统设计方案，机组自动化水平得到整体提高，可节约投产683万元至742万元。三是应用前景广阔。一体化控制系统的技术原则合理，技术观念实用、技术应用先进，符合目前控制系统计算机技术、网络技术、控制技术现状及发展方向，为国内火力电源建设项目提供了领先的机组控制系统设计方案及其应用技术。研究项目涉及业主、设计、施工、调试、控制系统供货厂商等多家单位和热控、电气二次两个专业，突破了专业技术界限，为电源建设项目控制系统设计提供了一种多单位、多专业技术联合的模式。四是投入产出率高。一体化控制系统根据工程建设的实用要求，结合建设过程进行技术研究和开发，研究费用仅为技术应用的1/23.5，投资收益高。
参考文献：
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[6]、高飞.电厂电气现场总线控制系统的应用[J]科技与企业，2014.03.27
论文作者:卢光玉
论文发表刊物:《基层建设》2015年28期供稿
论文发表时间:2016/4/1
标签：系统论文; 装置论文; 电气论文; 通信论文; 控制系统论文; 电厂论文; 现场总线论文; 《基层建设》2015年28期供稿论文;