基于工业以太网的火电厂电气自动化系统应用研究.doc

基于工业以太网的火电厂电气自动化系统应用研究基于工业以太网的火电厂电气自动化系统应用研究.txt 本文由zhoouruisheng8贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 年 第 期 （ 第 总 期 ） 大 众 科 技 ， ： 基于工业以太网的火电厂 电气自动化系统应用研究 马文学 ， 钟汉枢 闫天军 ， （ 华南理工大学自动化科学与工程学院， 广东 广州 ； 许继电气保护及 自动化事业部， 河南 许 昌） 要】 摘 文章通过对火电 厂电气自 动化系 统现状以及电气系统接入 组网方式的分析， 提出了 基于工业 以太网技术的组 网方式， 并介绍了该组网方式在许 昌火电厂 机组的电气自动化 系统 实施的经验 。 【 关键词】 厂； ； 火电 现场总线； 工业以太网； 电气自 动化 【 中圈分类号】 【 文献标识码】 【 文章编号】 （ ） ， 引 言 目前， 随着火电厂单机容量 的增大， 炉 、 机、 电单元 制的出现 ，国内新建或者扩建的大中型火 电厂已广泛 从 世纪 年代末至本世纪初 对于大部分新 建 或改造的火电厂 。电气系统 的 信息接入机组 系统的方式都采用了硬连接方式。这种方式的优 点是电气量的 模件柜集中布置 ， 便于管理 ， 设备运 行环境好 ； 同时 ， 采用硬接线方式也比较成熟 ， 对现场 信号的反应速度快。但随着信息技术的飞速发展和现 采用 了微机分散控制系统 （ ） 。为了适应机组 的设 计、 运行、 管理和 自动化水平的要求 电厂电气控制 火 应采用炉、 电单元集 中控制。尽管 目前国内许多大 机、 型机组电气部分已进入机组 分散控制系统 火 但 力 发电厂的 大都侧重 于机炉控制 对电气系统考 虑较少 ， 电气系统控制发展相对滞后 。 无法满足机 、 炉、 电统一协调发展。 本文通过对火电厂电气 自动化系统现状以及组 网 场总线 、 计算机通信技术的益成熟 硬连接方式的缺 点也 日益明显， 主要包括： 系统的投资随着接人量 的数量增加而增加 ；受硬件设备的影响。信息量 的范 围、 种类 、 系统的扩展性能差 ； 无法完成较为复杂的电 气运行管理工作 难以实现火电厂电气系统的综合 自 动化。 基 于现 场总线 的 火电厂 电气 自动 化 系统 方式 的分析 ， 提出了基于工业以太网技术的组网方式 并介绍 了该组 网方式在许 昌火电厂 发电机组 的电 气 自动化系统实施的经验。 现场总线技术在 电力系统中的应 用是从 世纪 火 电厂 电气 自动化 系统监控 的范围 火 电厂单元机组电气设备监控范围一般 可分为两 年代初在变电站综合 自动化系统开始的 。 之后在各 种电压等级的变电站综合 自动化、 水电站综合 自动化、 调度 自动化系统和 的现场控制层中都得到了广 泛应用 。 也取得 了很好的运行效果。 但是 由于在现场间隔层的通信网络采用了现场总 线。 使得传输速率低、 通信节点有限 、 网络拓扑结构不 合理和通用性差 ，在通信主干网应用时有很大的局限 性 必须要通过通信管理机进行前置中转， 从而增加了 通信环节和设备成本而且通信管理机容易成为通信 大部分 ： 发电机一变压器组部分和厂用电部分。 其中发 电机一变压器组部分包括发电机一变压器组和发电机 磁系统 ； 厂用电系统主要包括高压厂用电源系统 、 低压 厂用电源系统、 主厂房电动机以及厂用电公用部分等。 电气控制系统接入 的组网方案 从火 电厂电气设备进入 监控 的现状及发展 过程来看 。 火电厂电气设备监控接入 主要有 以下 几种方式： 硬接线接入方式 、 现场总线接入方式 、 工业 以太网接入方式。 电气系统通过硬接线方式接入 系统 的瓶颈 通信管理机的故障会造成大量装置通信中断 而 失去 监控 。 基于 以太 网技术 的火 电厂 电气 自动 化 系统 【 收稿日 期】 【 作者简介】 马文学（ 一 ， 河南确山人， ）男， 华南理工大学自 动化科学与工程学院 讲师， 研究方向： 发电厂电 气 系统 自动化 。 近几年来， 工业 以太网技术凭借其传输速度高、 容 量大、 低成本 、 开放性好、 网络拓扑结构灵活等优势， 不 仅在局域 网应 用领域成为唯一 占主导作用的网络 。 而 且已从办公商业领域进入工业控制领域。国内外大的 电力设备供应商纷纷推 出了基于嵌入式 以太网的微机 保护测控设备并成功运用于二次保护控制设备 ，因而 图 许 昌 火电厂 机组 电气 自动 化 系统 结 构 嵌入式以太网是火电厂电气 自动化系统间隔层局域网 的必然发展方向。其组网结构如图 所示。 图 火 电厂 电气 自动化 系统 间隔层局 域 网组 网结 构 一 绞： ： 系 ： 吾 胀 器 器 菲炙 簸 站站 搽撵 太州 一 芸埙 务 中 室 控 弛室 ： 间 隔层 间隔层包括 、 厂用电系统的综合保护测 控装置和火 电厂电气系统的其他微机保护 自动装置 ， 选用的设备是许继公司 一 系列保护、测控单 元 组成 。发 变组测控保 护采 用 台 一 、 台 台 一 、一台 一 一 、 组合而成。 母联 线路测 控保护 由 台 一 、 台 和 台 组合完成。 系统测控保护单元包 括进线 、分段 、馈线采用 台 台 一 一 、 电动机保护 由 ； 台 来完成 ； 一 母 联、 厂用变备 自投采用 台 一 。按照不同的电 气间隔单元 ，厂用电系统的综合保护测控装置分散安 装在各高压设备现场 ， 包括电动机、 低压厂变、 厂用电 火 电厂电气 自动化系统完全通过通信方式接入 系统 把嵌入式 工业以太网应用于现场间 工作进线， 备用进线 、 电压互感器的保护测控装置和低 压系统的备 自投装置以及 公用测控装置。在站 隔层 。 站控层和间隔层通过双光纤 以太 网进行通信 ， 去 掉了通信管理机。 大大提高了网络通信的速率、 可靠性 和开放性。 站控层的通信子站专门负责和厂级 系 统的信息交换 。 可通过多台子站 、 多个 以太网通 道和 皿 规约实现和 的通信 。从而 把火电厂的电气系统完全融入厂级 系统 。 基于工 业以太网的全面解决方案真正实现了火电厂电气系统 控层或通信网络故障的情况下，间隔层仍能独立完成 间隔层的监测和控制功能 。其他微机保护装置和自动 装置通过嵌入式 以太网通讯网关接入监控系统。 网络 层 火电厂电气系统的特点是分散性强、工作环境恶 劣、电磁干扰的强度大 。因而对于火电厂电气监控系 统。 通信 网络是关键的组成部分 因而， 通信 网络的好 坏直接影响着火 电厂 电气监控系统的整体性能。 系统采用星型双光纤以太网结构 。 层次分明、 稳定 和厂级 系统信息交换的无缝联接。 许昌火电厂 怕 机组的电气 自动化系统 系统设计 可靠 。 能够实现数据的平衡高速无瓶颈传输 ， 能够满足 火 电厂现场的实时性和可靠性要求。星型双光纤连接 许昌火 电厂 发电机组工程为新建 发电机 组 是在现有发电设施基础上 。 采用清华大学具有国际 保证了数据通信网络上的任一系统或设备发生故障 ， 都不会导致通信系统瘫痪或影响其它联网系统和设备 的工作。 完全符合火电厂电气 自动化系统安全性要求 。 先进水平的垃圾焚烧发电专利技术 。新增两台 吨， 小时循环流化床垃圾焚烧锅炉。其电气 自动化系统分 为站控层、 网络层、 间隔层 层 ， 如图 所示。 通信协议支持多种规约，方便与其他厂家的设备互联 互接 ： 本地系统 中采用光纤组网 ， 增强了通信抗电磁干 一 一 扰能力 ； 提供远动通信功能 ， 以以不同的协议向不同 可 的调度所或集控站转发不同的信息报文 ；具有与 对时的功能 。 可接收 对时报文 ， 也可接受 脉 够满足 系统对数据的实时性要求。 软件采用模块 化设计 ， 遵循开放系统要求 ， 提供高级数据访问接 口。 作为火 电厂电气监控系统中的一个工作站，全部功能 的实现具有完全独立性可 以直接通过通信子站完成 和 系统的信息交换 ， 从而实现电气系统接入 系统监控的 目的 。 冲对时信号实现硬件对时 不但减少 了 与设备之 间的连线 而且能确保对时的精度。 站控 层 站控层为电厂值班运行人 员提供 电气 系统 的监 整个电气 自动化系统完成的主要功能有 ：实时数 据采集与处理 、 报警处理、 事故追忆数据库建立和管理 维护 、 历史记录处理 、 控制功能、 防误闭锁 、 双机、 双网 切换 ， 系统 自诊断与 自恢复 、 时钟 同步功能 、 画面显示 视、 控制和管理功能 界面友好 ， 易于使用 ， 能很好地满 足综合 自动化系统的需要 。站控层设备包括 ：操作员 站、 工程师站 、 通信子站。 配备 台 ） （ ） ， 中 （ 其 台做操作员站， 台工程师工作站。 通信子站配备 台 爱瑞 工控机 。 操作员站、 工程师站和通信 子站在逻辑上相互独立。 软件系统模块化结构 。 开放性 较好。 站控层操作系统采用 数据库选用 ， 和打印、 报表功能、 运行管理 、 网络拓扑分析功能 、 功能 强大的图形生成功能、 基于 发布的远程诊断功能 总 结 许昌火电厂 拍 机组电气 自动化系统经过近半年 的施工及系统联调 ， 年 于 月进入并 网发电试运 行阶段。试运行表明， 设备运行正常 。 达到系统设计的 。 操作员站可完成的功能包括实时监控、 实时报警、 遥控操作 、 在线设置、 报表 、 曲线、 事故追忆、 运行 日志 、 电气试验等工作。 预期要求 ， 完全能够满足电厂电气自动化要求。 为电厂 的经济可靠运行提供 了技术上的有力保障。 工程师站能实时收集火电厂电气系统的运行和故 【 参考文献】 【 熊淑燕， 】 王兴叶， 田建艳， 张伟 火力发电厂集散 控制系统【 北京： 科学出版社 ， 【 牟道槐 ， 】 李玉盛 ， 良玉 电厂变 电站电气部 马 发 分【 ： 】 重庆 重庆大学出版社 ， 障信息 ， 并通过对故障信息的综合分析 ， 为分析事故 、 故障定位和整定计算工作提供科学依据。并能实现对 保护定值和软压板的查询 、 修改等功能 。 可供计算机管 理员进行系统维护用。 完成数据库的定义、 修改和画面 的编辑 、 修改及在线维护 系统参数定义、 修改、 报表的 制作、 修改 以及网络维护 、 系统诊断等工作。 通信子站作为火电厂电气 监控系统的通信 控制 器。实现和 系统的 数据处理单元和站控层 主机的信息交换 。可满足多种通信接 口和通讯规约实 现和 系统的信息交换 ： 口满