摘要：发电厂作为各国经济发展的特殊企业群体，并且其电气自动化系统集监控、测量、继电保护、通讯、安全自动装置等为一体，其中电气自动化控制系统的国产化，为发电厂的安全稳定运行、提高生产效率、降低发电成本、用电企业降低成本具有十分重要的意义。
关键词：发电厂；电气自动化系统；监控
前言
电力关系到国计民生，电力工业也是国民经济的重要部门之一，在国民经济中具有举足轻重的地位，它为现代农业、现代工业、现代科学技术和现代国防提供必不可少的动力，并且与人们的日常生活息息相关。伴随着科技进步和近年自动化控制系统技术的飞速发展，由自动化技术所产生的快速技术变革，使国内传统的劳动密集型产业受到了巨大冲击。工业生产要求以及生产设备的不同，对构建合理的系统控制结构、实时更新数据、保障系统快速通讯和稳定运行提出各种挑战，也是当今工业自动化领域需要解决的重要问题。
1、发电厂电气系统自动化的现状概述
1.1发电厂自动化中计算机的应用
目前，国外先进国家的发电厂自动化程度已相当高。电网调度控制中心己普遍采用了以电子计算机为核心的自动化监控系统，进行数据收集与安全监控、自动发电控制与经济调度及安全分析等。现代电力系统的计算机应用已成为电力系统自动化的重要标志。
1.2发电厂应用计算机必要性和自动化技术可行性
1.2.1发电厂应用计算机的必要性
电力系统的发展往往是从一个发电厂供给一个孤立的用电系统，形成简单的电力系统。对电力系统的要求是，首先要能连续不断地安全供电，然后取得最经济的效果，因此电厂的可靠运行是整个电力系统稳定性的基础。
当电厂容量不大时，可以靠单项自动装置、远方控制及手动操作来控制汽轮机的运行和锅炉的燃烧，以得到需要的安全性和经济性。当单机达到一定容量时，配置的锅炉蒸发量达700~1000Uh，虽有单项自动及远动装置，但操作起来仍是十分困难的，设置综合调节的自动化装置己属必需的手段。由于信息太多，如果不经过一定的综合分析，不易直观地辩识问题，此时，不用计算机来协助监控是不行的。同时，对于多个电厂联合供电的电力系统，更加需要用计算机来进行监控。
1.2.2电气综合自动化技术的可行性
电气自动化技术在功能上已日趋完善，在变电领域已得到了广泛的应用与发展，因此，分散分布式的电气综合自动化技术也可以在发电厂电气系统中加以应用。目前，微机设备已经取代了传统的依靠电磁、晶体管、集成电路等所构成的电气保护及安全装置，实现了发电厂电气自动化水平的提升。电气自动化技术在功能上已日趋完善，在变电领域已得到了广泛的应用与发展，因此，分散分布式的电气综合自动化技术也可以在发电厂电气系统中加以应用。目前，微机设备已经取代了传统的依靠电磁、晶体管、集成电路等所构成的电气保护及安全装置，实现了发电厂电气自动化水平的提升。微机综合自动化电气系统的保护与自动装置有：发电机保护，变压器综合保护，高厂变、高备变保护，电源分支保护，母线分段保护，馈线保护，励磁自动调节，电源瞬时切换等装置。这些装置的内部均具有处理器、数字与信号转换器、存储器等，可以将模拟量、信号的输入与输出等利用软件进行相应的测量、判断、逻辑、执行、记忆、输出。从而达到保护与自动的目的，并通过通信接口实现现场总线与上位机系统间的信息交换。
2、发电厂电气自动化监控系统的功能
2.1基本功能
2.1.1实时数据采集与处理
通过现场测控单元采集有关信息，检测出事件、故障、状态、变位信号及模拟量正常和越限信息等，进行包括对数据合理性校验在内的各种预处理，实时更新数据库。其中采集的信号类型分为：模拟量、脉冲量和开关量。电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数和温度为模拟量；有功电能及无功电能为脉冲量；断路器和隔离开关及接地开关的位置信号、继电保护装置和安全自动装置的动作和报警及运行监视信号等为开关量。
2.1.2画面显示
模拟画面真实显示一次设备和系统的运行状态，可实时显示电流、电压等所有模拟量、计算量以及隔离开关、断路器等实际开关状态及挂牌检修状态，能生成历史趋势图。
2.1.3运行监视和报警
CRT能显示开关站运行状态的全部实时信息，包括系统运行状态、设备参数和各种操作指导等。两个CRT终端能显示系统不同的实时信息，并可同时或单独提供报告和画面显示。当模拟量越限时，显示并打印报警信息，包括越限对象名称、编号、越限参数值及越限时间，并能累计越限次数。报警方式分为事故报警和预告报警两种。事故报警和预告报警应采用不同颜色、不同音响加以区别。
2.1.4操作控制
控制方式分为两级控制：就地控制、上位机或DCS控制。操作命令的优先级为：就地控制、上位机或DCS控制。当地与远方监控结合，协调当地与远方实时监控以及与现场保留的常规监控的统一；确保控制行为的一致性及安全性。
2.1.5事件顺序记录
当运行设备发生事故时，将动作的继电保护、安全自动装置和断路器的信息，包括信号名称、编号、动作时间、动作性质及信号状态等按时间顺序记录下来，形成事件顺序记录表格，可在CRT上显示或在打印机上打印输出，也可存人磁盘长期保存。为分析事故起因、判明保护动作及断路器跳闸顺序提供直接依据。
2.2高级应用功能
2.2.1电气设备管理
包括保护和自动装置的台帐、档案、维修记录等。更为重要的是，电气主站系统可以实现在线设备管理，如统计设备动作情况、运行情况等。这部分可以传送至MIS系统。
2.2.2故障信息管理
包括动作及一般的事件信息、事件追忆、事故重演、录波分析等功能。事故重演及录波分析对分析事故原因进而实现事故防范有重要意义。
2.2.3自动发电控制
电厂自动发电控制（AGC）是指按预定条件和要求，以迅速、经济的方式自动控制电厂有功功率来满足系统需求的技术，在保证电厂安全运行的前提下，以经济运行为原则，根据不同的运行方式和运行工况，对全厂的机组作出实时的控制决策，确定电厂机组运行台数、运行机组的组合和机组间的负荷分配，以自动维持系统频率或全厂有功功率为当时的设定值，提高电厂的整体自动运行水平。
3、发电厂电气自动化监控系统的构建
发电厂电气综合自动化系统按分层（级）分布式多CPU的体系结构设计，每一层完成不同的功能，每一层由不同的设备或不同的子系统组成。整个系统的二次设备可分为二层，即站控层、单元层（现场保护测控层）。现场保护测控层主要包括：各发电机组子系统和公共端子系统。由于发电厂里各个保护装置设备新旧交错，自动化程度高低不同，有些保护装置不具备CAN接口，而只具有RS485、RS232接口。这时就必须在各监控保护单元中设置CAN/RS485转换卡和CAN/RS232转换卡。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆各单元装置通过CAN总线进行通信。站控层包括全站的监控主机等。站控层设以太网，供各主机间以及监控机与单元层之间的信息交换。发电厂电气监控系统是在总结具有丰富运行经验的发电厂、变电站电气综合自动化的基础上，吸收国外先进技术推出的。提高了整个电厂设备及整个电气系统的运行管理水平，使电厂运行的经济性安全得到保证，提升了发电厂在发电市场上的竞争能力。
3.1站控层
发电厂监控管理系统采用Client/Server体系结构，由主机兼操作员工作站、通信站、运行工作站（操作员站）、维护工程师站、远动工作站、打印机及网络设备组成，操作系统可以采用Windows NT Server和Windows NT Workstation，完成对电厂电气系统的模拟量、交流量、开关量、脉冲量、数码量、温度量等信息的数据采集、计算、判别、报警、保护、事件顺序记录（SOE）、报表统计、曲线分析，并根据需要向现场保护测控单元层发布命令实现对电气设备的控制和调节。
3.1.1主机兼操作员工作站
主机兼操作员工作站用于完成对下层测控单元的电气运行参数的处理和远程控制工作，主机采用双机配置，主机－热备用机工作方式，主机故障时热备用机自动升格为主机工作。操作员工作站对电厂电气设备实施运行监视、操作控制（包括所有断路器合分闸；发电机有功调节；发电机AVR控制；主变有载调压分接头调节；6kV无功补偿进行投切以及整个动力厂的无功补偿联调；备用电源慢速自投；低周减载低频解列等）、电气测量计算、实时画面报表记录和文件的生成修改及打印、声光信号报警、实时数据库存储及历史数据库修改、系统时钟管理等。其中采集信号的类型分为：模拟量、脉冲量和状态量（开关量）。
3.1.2运行工作站
运行工作站亦称操作员工作站，主要供运行人员实时监控电厂电气系统的运行工况，自动抄表、小电流接地选线、故障信息管理、设备管理等高级应用软件也可在运行工作站上运行。系统可配置两个运行工作站，按主、备方式运行。在上位机系统设立运行工作站，可以运行发电厂电气监控管理系统的高级应用软件可对电厂进行优化控制、设备管理、运行管理、定值管理，保证电厂可靠、安全、稳定运行具有重大的经济和社会意义。
3.1.3远动工作站
设置一台远动工作站实现监控管理系统和远动中心的远程联接，把电厂电气系统的部分运行信息传送到远动中心，同时接收远动中心传送来的数据，以及实现定值远程管理等功能。
3.1.4工程师维护工作站
配备一台工程师维护工作站，供维护技术人员进行数据库、界面、报表等修改维护、以及网络监视维护等功能。同时工程师维护工作站也可作为培训工作站，进行操作流程的预演，以及对运行工作人员的培训仿真等。
3.1.5通信站
选配通信站实现与电厂DCS系统、电厂MIS/SIS等系统的连接，共享信息，同时通过通信站可以实现INTERNET/INTRANET的连接，可通过便捷式移动工作站、家庭工作站等远程工作站对系统进行实时访问、维护。
3.2现场保护监控层（单元层）
现场保护测控层可分为：发电机组子系统和公共端子系统。各个子系统通过现场总线与通信管理机相连。另外由于微机自动调速装置（DEH）已经具备接入以太网的条件所以直接接入。本系统采用高速、可靠的CAN总线作为通讯现场总线网络。为提高网络的可靠性，采用双网连接方式。双网同时运行，无缝切换。当其中一网故障时，系统单网运行，并报警检修，保证系统运行的不间断。对于发电机组子系统主要包括：发变组保护单元、发变组测控单元、微机准同期测控单元、微机励磁调节器测控单元、厂用电快速切换测控单元、启备变测控单元、微机准同期控制器、微机厂用电快速切换装置和微机励磁调节器装置。由于微机准同期控制器、微机厂用电快速切换装置和微机励磁调节器装置只具有RS485接口，为了能够连入到CAN总线里在前端配置一个CAN/RS485转换卡。对于公共端子系统主要包括：公共端保护单元、公共端测控单元、微机母线保护装置和电动机保护单元。同样对那些只具有RS485接口的微机保护装置，在前端设置一个CAN/RS485转换卡。
4、发电厂电气监控系统的设计
4.1系统数据库组态
系统数据库是分布式控制系统的信息来源，一个工程项目中所有需要监测和控制的点都必须在系统数据库中定义。所以，首先要完成系统数据库的组态，然后才能进行监控系统中其它部分的组态工作。对于用户来说系统数据库组态要完成的工作实际上是按约定的格式和要求填写表格。
建立系统数据库方法通常有三种：
（1）使用常用的关系数据库来生成数据库文件，（2）使用通用的文本编辑器直接编辑一个ASCI数据源文件，然后通过一个转换程序将源文件的各项转换成实时系统所需要的格式。（3）创建专用的屏幕编辑格式，
4.2图形组态
在当今的计算机监控系统中，过程监控画面己经代替传统的模拟仪表盘，运行人员不需要时刻在排列的仪表盘上检查各仪表的数据，而只需要轻松地坐在显示器前，就可观看整个流程的工作情况，还可以通过计算机监控系统实现对设备的操作。
因此，标准的组态软件都提供了组态图形编辑器，工程技术人员利用编辑器就可以很方便的绘制监控画面，以及实现数据显示和远程操作等功能，在本系统中图形编辑器系统是重点开发的一个子系统。
5、结语
电气监控系统的开发，从开始设计到成熟定型的产品需要经过较长的过程，通过计算机控制技术、计算机网络通讯技术，提高了发电厂电气控制系统的自动化、信息化水平，为发电厂的安全性、可靠性开辟了新途径。利用计算机控制技术对发电厂二次变电站的模拟量、开关量、脉冲量等信号进行监测、保护、遥控等功能的实现奠定了现实基础。而利用现代的计算机技术、电子技术、信息处理技术和网络通信技术，开发出一套具有自主知识产权的发电厂电气自动化控制系统，可以实现发电厂全部运行设备的遥测监控、数据测量和联网运转的国产化，为发电厂的安全稳定运行、提高生产效率、降低发电成本提供支撑平台。发电厂作为各国经济发展的特殊企业群体，真正实现其控制系统的高自动化、国产化，才能更好的为我国国民经济的高速运转提供源源不断的电力之源。
参考文献：
[1]李本藩.计算机在电力系统中应用概论[M].北京：中国电力出版社，1997.
[2]杜永春，程光坤，沈炳华，等.火电厂实时数据库监控信息系统的应用[J].华东电力，2002（12）
[3]廖培鸿.发电厂的计算机控制[M].北京：水利电力出版社，1987.
[4]高爱国，韩伟，等.基于CAN总线的低压变电站监控组态软件的设计与开发[J].仪器仪表用户，2005（12）.
[5]王刚，王悦.发电厂电气自动化监控系统功能分析[J].工程技术，2011（03）.
[6]刘艳.浅谈发电厂电气设备检修的必要性与实践措施[J].民营科技，2010（08）.
[7]于晓，冯保文，汪燕东.发电厂电气综合自动化系统浅析[J].科技创新导报，2011（06）.
[8]郭松梅.发电厂电气自动化控制系统软件模块技术研究[J].科技传播，2010（11）.
论文作者:周雄龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/26
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