摘 要： 設(shè)各智能化水平的提高使得對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況的精確掌握成為可能，通訊技術(shù)的發(fā)展則為大容量的數(shù)據(jù)傳輸提供了平臺(tái)。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域， 基于 Pc 的控制系統(tǒng)以其靈活性和易于集成的特點(diǎn)正在被更多的采納。 本文通過介紹電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，討論了目前電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想， 展望了將來電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　關(guān)鍵詞： 電氣自動(dòng)化; 控制系統(tǒng); 設(shè)計(jì)思想; 控制應(yīng)用; 系統(tǒng)功能

　　一、 電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能

　　根據(jù)單元機(jī)組的運(yùn)行和電氣控制的特點(diǎn)，應(yīng)將發(fā)電機(jī)一變壓組和廠用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入 ECS 監(jiān)控。其基本功能為

　　1.發(fā)變組出口 220kV/500kV 斷路器、 隔離開關(guān)的控制及操作。

　　2.發(fā)變組保護(hù)、 廠高變保護(hù)、 勵(lì)磁變壓器保護(hù)控制。

　　3.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。包括啟勵(lì)、 滅磁操作， 控制方式切換，增磁減磁操作， PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)的投退。

　　4.220kV/500kV 開關(guān)自動(dòng)同期并網(wǎng)及手動(dòng)同期并網(wǎng)。

　　5.6kV 高壓廠用電源監(jiān)視、操作、廠用電壓快切裝置的狀態(tài)視、投退、手動(dòng)啟動(dòng)等。

　　6.380V 低壓廠用電源監(jiān)視、 操作、 低壓備自投裝置控制。

　　7.高壓?jiǎn)?/ 備變壓器控制和操作(2 臺(tái)機(jī)共用)。

　　8.柴油發(fā)電機(jī)組和保安電源控制和操作。

　　9.直流系統(tǒng)和 LPS 系統(tǒng)的監(jiān)視。

　　對(duì)于發(fā)變組保護(hù)等主保護(hù)和安全自動(dòng)裝置， 因其設(shè)備已經(jīng)很成而且要求全部在 DCS 中實(shí)現(xiàn)其功能尚有一定難度，可能增加相當(dāng)?shù)馁M(fèi)用， 故可以保留。但是它們與 DCS 間要口求接， 控制采用硬接線利用通訊方式傳輸自動(dòng)裝置信息， 并可以通過 DCS 進(jìn)行事故追憶。

　　二、 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

　　1.集中監(jiān)控方式

　　這種監(jiān)控方式優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行維護(hù)方便， 控制站的防護(hù)要求不高， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)容易。但由于集中式的主要特點(diǎn)是將系統(tǒng)的各個(gè)功能集中到一個(gè)處理器進(jìn)行處理， 處理器的任務(wù)相當(dāng)繁重， 處理速度受到影響。 由于電氣設(shè)備全部進(jìn)入監(jiān)控， 伴隨著監(jiān)控對(duì)象的大量增加隨之而來的是主機(jī)冗余的下降、 電纜數(shù)量增加， 投資加大，長(zhǎng)距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)， 隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線， 由于隔離刀閘的輔助接點(diǎn)經(jīng)常不到位， 造成設(shè)備無法操作。這種接線的二次接線復(fù)雜， 查線不方便， 大大增加了維護(hù)量， 還存在由于查線或傳動(dòng)過程中由于接線復(fù)雜而造成誤操作的可能性。

　　2.遠(yuǎn)程監(jiān)控方式

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控方式具有節(jié)約大量電纜、 節(jié)省安裝費(fèi)用、， 節(jié)約材料、 可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)。由于各種現(xiàn)場(chǎng)總線(如 Lonworks 總線， CAN總線等) 的通訊速度不是很高，而電廠電氣部分通訊量相對(duì)又比較大， 所有這種方式適合于小系統(tǒng)監(jiān)控， 而不適應(yīng)于全廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建。廠用電系統(tǒng)的特點(diǎn)。

　　在布置方式和數(shù)量上, 廠用電設(shè)備分散安裝于各配電室和電動(dòng)機(jī)控制中心,元件數(shù)量眾多,運(yùn)行管理信息量大,檢修維護(hù)工作復(fù)雜。與熱工系統(tǒng)相比較,電氣設(shè)備操作頻率低,有的系統(tǒng)或設(shè)備運(yùn)行正常時(shí),幾個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間才操作一次;電氣設(shè)備保護(hù)自動(dòng)裝置要求可靠性高,動(dòng)作速度快,比如保護(hù)動(dòng)作速度要求在 40ms 以內(nèi)完成。在電氣設(shè)備本身構(gòu)造上,其具有連鎖邏輯較簡(jiǎn)單、 操作機(jī)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。在控制方式上,用電系統(tǒng)的主要設(shè)備監(jiān)控需要接入 dcs 系統(tǒng),但在兩臺(tái)機(jī)組共用一臺(tái)起備變的情況時(shí), 由于一臺(tái)機(jī)組的檢修不能影響另一臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)行, 因此需要考慮兩臺(tái)機(jī)組 dcs 電氣控制的模式,確保對(duì)其控制權(quán)的惟一性。總結(jié)以上特點(diǎn),在構(gòu)建 ecs 時(shí),其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、與 dcs 的聯(lián)網(wǎng)方式是確保系統(tǒng)高可靠性的關(guān)鍵。既要實(shí)現(xiàn)正常起停和運(yùn)行操作外, 又要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示異常運(yùn)行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài),并提供相應(yīng)的操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施,保證電氣系統(tǒng)在最安全合理的工況下工作。

　　3.現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式

　　目前，對(duì)于以太網(wǎng)(Ethernet)、 現(xiàn)場(chǎng)總線等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中， 且已經(jīng)積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，智能化電氣設(shè)備也有了較快的發(fā)展，這些都為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)。現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　更加有針對(duì)性，對(duì)于不同的間隔可以有不同的功能，這樣可以根據(jù)間隔的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用這種監(jiān)控方式除了具有遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外， 還可以減少大量的隔離設(shè)備、 端子柜、 I/0 卡件、模擬量變送器等，而且智能設(shè)備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過通信線連接， 可以節(jié)省大量控制電纜，節(jié)約很多投資和安裝維護(hù)工作量，從而降低成本。 另外，各裝置的功能相對(duì)獨(dú)立， 裝置之間僅通過網(wǎng)絡(luò)連接， 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大提高， 任一裝置故障僅影響相應(yīng)的元件， 不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。 因此現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

　　三、 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

　　發(fā)電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)或產(chǎn)品可以分成以下幾個(gè)主要部分：

　　發(fā)變組保護(hù)： 含發(fā)電機(jī)保護(hù)、 變壓器(含主變、 高廠變、 高備變) 保護(hù)，在大中型機(jī)組中， 通常以發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)或發(fā)電機(jī)-變壓器-線路組保護(hù)的形式出現(xiàn)。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng) (AVR) ： 含勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、功率單元、機(jī)端變等。

　　發(fā)電廠升壓站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng) (NCS) ： 含高壓線路保護(hù)、 母線保護(hù)、 低壓線路保護(hù)測(cè)控裝置、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、 “五防” 、 RTU 等。

　　發(fā)電廠廠用電氣自動(dòng)化系統(tǒng) (EFCS) ： 含廠用中壓 6KV/10KV 和低壓 400V 系統(tǒng)的保護(hù)測(cè)控裝置、 安全自動(dòng)裝置、 網(wǎng)絡(luò)通信及后臺(tái)監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)。

　　其他電氣設(shè)備和系統(tǒng)： 如直流電源、 UPS 等的控制系統(tǒng)。

　　發(fā)變組保護(hù)裝置、 勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置是發(fā)電機(jī)組最重要的自動(dòng)化設(shè)備之一， 由于其很高的專業(yè)性和重要性， 傳統(tǒng)上作為獨(dú)立的子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行， 目前普遍采用嵌入式軟硬件開發(fā)實(shí)現(xiàn)， 系統(tǒng)對(duì)外留有通信接口;升壓站的作用是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電升高電壓后輸送入電網(wǎng)， 因此網(wǎng)控系統(tǒng) (NCS) 的主要作用是實(shí)現(xiàn)升壓站運(yùn)行控制的自動(dòng)化，與電網(wǎng)中普通變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)很相似， 由于近年來變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展很快，網(wǎng)控系統(tǒng)得益于此， 基本與之同步發(fā)展。

　　發(fā)電廠廠用電氣自動(dòng)化系統(tǒng) (EFCS) 是近年來隨著網(wǎng)絡(luò)通信和軟件技術(shù)的發(fā)展而演變而來的一個(gè)新的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。總所周知，發(fā)電廠廠用電氣二次系統(tǒng)包含眾多的控制設(shè)備，這些設(shè)備的顯著特點(diǎn)是可靠性要求高、 功能配置專業(yè)化、安裝位置分散。長(zhǎng)期以來， 廠用電氣控制設(shè)備一直是獨(dú)立運(yùn)行的， 控制難以協(xié)調(diào)、 信息難以共享， 也不存在實(shí)際意義上的系統(tǒng)。從二十世紀(jì) 90 年代初期開始， 廠用電氣自動(dòng)化產(chǎn)品經(jīng)歷了一個(gè)重要的歷史過程， 在這一過程中， 大部分設(shè)備完成了從集成電路型向微機(jī)型， 或直接從晶體管型和電磁型向微機(jī)型的升級(jí)換代，實(shí)現(xiàn)了廠用電氣自動(dòng)化的一次飛躍。但隨后， 自 1998 年左右， 圍繞其下一步的發(fā)展目標(biāo)， 在行業(yè)內(nèi)引起了嚴(yán)重的分歧，一種觀點(diǎn)認(rèn)為電氣系統(tǒng)應(yīng)仍以常規(guī)硬結(jié)線方式接入 DCS 系統(tǒng)，電氣二次設(shè)備維持分立狀態(tài)，甚至認(rèn)為可擴(kuò)展DCS 功能，在 DCS 中直接實(shí)現(xiàn)電氣二次設(shè)備的功能; 另一種觀點(diǎn)認(rèn)為應(yīng)利用現(xiàn)場(chǎng)總線和網(wǎng)絡(luò)對(duì)電氣二次設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，一方面以通信方式接入 DCS 系統(tǒng)， 以節(jié)省包括 DCS 在內(nèi)的綜合投資，一方面組建電氣后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)， 提升電氣系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]賀家李， 沈從炬.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京:中國(guó)電力出版社， 1994 年版.

　　[2]薛葵.發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)裝備， 2002 (01)