【发电厂电气自动化监控管理系统的设计及研究8600字（论文）】

发电厂电气自动化监控管理系统的设计及研究摘要一、绪论 5（一）研究背景和意义 5（二）电气自动化监控系统的国内外发展现状 5二、电气监控系统概念及其特点 7（一）电气监控系统概念及其特点 71.电气监控系统概念 72.电气监控系统特点 7（二）电气监控系统的范围和功能分析 81.数据采集及处理 82.监控和报警 83.操作和控制 9三、电气自动化监控系统方案功能比较分析 9（一）监控范围 91.发电机变压器组 92.主厂房及辅助厂房低压厂用电源 93.PC至MCC电源馈线 94.直流系统 105.交流不停电电源 106.公用系统 10（二）在单元机组DCS网内的监控及监测的设备 10（三）硬接线和现场总线相结合的方式探究 11（四）现场总线通信方式比较 121.可选通讯方式 122.Profibus-DP通讯方案对比 123.RS485通讯方案 13（五）PD通讯设计 13四、电气自动化监控系统功能设计及应注意的问题 14（一）数据采集与处理功能设计 14（二）监视和报警功能的设计 15（三）电气监控配置应注意的问题 15总结 16参考文献 16一、绪论（一）研究背景和意义随着科学技术水平的不断提高，自动化程度水平也得到了显著提升，未来想要加强自动化发展进程，需要从电力等能源着手，确保其能够获得充足供应。发电厂作为电气行业的基础部门有着极为重要的作用，所以为了需要加强对电厂的实施监督，提高整个电厂的管理水平。针对火力发电厂自动化工作过程中，分为两大部分：第一部分为热工自动化，第二部分为电气自动化。前者会在新建机组上和老机组改造过程中使用分散控制系统，对发电的情况进行实时监督，帮助提升监控水平。当前电器的监督还停留在仪表等电子显示器上，虽然电气的保护以及实施装置上向微机化方向迈进，但整体自动化水平依然有待提升。主要因为在电气系统中，涉及的保护等自动装置还处于独立运行阶段。进行电气系统管控时，主要以常规管控手段为主。基于这一原因，虽然电气系统在整体组装上已经达到了较高的自动化水平，但我们从电气系统的整体角度来看，这一水平未来还要加强提升力度，电厂运行能否达到安全高效的水平和电气系统设备的运行管理水平之间有着紧密的关联。电气系统设备的运行管理水平将直接关系到电厂运行的安全经济性，对电厂在发电市场中的运行有着较为直接的影响。当前，很多电厂在进行设计过程中，为了提高电机系统的自动化水平，开始通过各种措施的跟进予以实现，提出了电气系统联网并纳入到DCS方案中。很多电厂认为这试点具有极强的可行性，纷纷加入其中成为试点单位。一些观点认为，当前把电气系统纳入到DCS已经成为未来发展的流行趋势，纳入过程中接入方式转变了传统的连接形式，使用部分取代按“点”收费的“硬连接”方式。本文在研究过程中从电场中电气自动化监控系统着手，对其进行详细探究，通过监控范围，通讯方式和接线方式等比较目前常用的几种方案的优劣势，分析出一种最优的电气自动化监控方案，本课题的研究对于目前我国电厂信息自动化建设有一定的指导意义。（二）电气自动化监控系统的国内外发展现状随着科学技术水平的不断推进，当前的工业发展过程中对于网络的控制方式也逐渐由传统的元件控制方式过渡到了网络控制，控制方式也由手动控制方式逐渐转化成了现场总线技术网络控制。现场总线技术最早开始于80年代中期,从开始到现在有很多的现场总线标准和组织予以显现，其中较为深远的为ISPF和WorldFIP，上个世纪90年代初期，出现了这两个现场总线组织，还成立了总线基金会。该基金会的成立主要为了让整个行业接受现场总线标准，随着基金会的成立现场总线的发展有了显著提升。科技的发展带来了电气化智能时代，在电气化智能时代对电厂自动化要求和以往相比，有了显著提升，电气监控系统近年来随着重视力度的不断加深，内部发生了显著改变。伴随电气时代的来临，电气监控系统由最初的一对一控制模式逐渐变为DCS系统控制模式，又取消了硬手操监控盘，到现在又将现场总线技术应用到了电气监控系统中，在电厂监控系统的控制过程中应用了现场总线技术的称之为电气自动化监控系统，简称ECMS，当前该监控系统也是电厂设计的一个主流。在电厂的集控室内装设模拟硬手操监控盘来对电厂进行监控使得盘面复杂，多种控制开关广泛分布，盘面拥挤不堪，各种状态显示键、控制开关键、仪表测量键以及闪光报警键都比较集中，在操作过程中极其容易出现失误。除此之外在电厂的电气控制过程中会涉及到很多线路，线路连接复杂，检修以及维修难度较大，因此在发展过程中逐渐被DCS系统控制模式所代替。在电厂电气监控系统采用了DCS系统控制模式后采用的是I/O硬接线连接，就地仍然使用常规设备。但是由于DCS系统控制更加侧重于汽轮、锅炉的自动化过程控制，对于电气的控制还不够准确，因此在电气应用过程中采用I/O进行采样时它的频率，测点一家采集到的信息量和控制水平都非常的有限，并且在DCS系统控制模式应用过程中电气与热控存在着一定的差异性，这个差异性在一定程度上使协调产生一定的矛盾。上个世纪90年代初期，很多电厂开始借助信息技术来帮助更好的对电气监控系统进行控制，并且成功运用了现场总线和智能I/O测控装置。在智能I/O的控制过程中不再仅仅是传统的串联模式而是实现了应用交流电进行采样的方式，大大减少了现场设备的数量，提高了工作的便捷性。并且在应用计算机网络控制技术时还对二次回路的接线进行了简化，同时考虑到电气的控制特点在功能和结构上进行了不同程度的优化使得其更加的合理。计算机网络控制技术的应用也使得电气监控不管是从设计理念上还是电气设备智能化控制上都取得了非常大的成绩。从2000年开始我国的几个示范电厂就开始对电气自动化监控系统这一理念进行设想，到现在为止我国的电厂控制过程中已经有绝大一部分采用电机自动化监控系统来作为现场总线，该系统极具先进性和经济性，能够更好的采集数据，控制线路，做到集成保护，对于报警、逻辑的编程、故障的诊断及处理、设备的管理都有非常大的作用。在当前的电厂管理过程中应用比较多的是电监控系统，它的现场总线的应用范围非常受限制，仅仅能够在设备比较集中的主厂房进行应用，并且也还能进行监视管理的功能，在主要控制方面仍然采用的是DCS系统控制为主。二、电气监控系统概念及其特点在新的时代发展需求下发电厂也有了更高的时代使命，随着发电厂的不断发展，人们对于监控系统提出了更为深远的要求。传统的电厂监控系统的技术创新、设备维护以及检修水平都相对比价落后，这种现在很大程度上制约着电厂的发展。随着科技的不断发展电厂电气自动化系统应运而生。电气自动化系统以其高校、科学、可靠的特点在电厂的发展过程中占有非常重要大的作用和影响。（一）电气监控系统概念及其特点1.电气监控系统概念电气监控管理系统是基于计算机信息技术、通信几首、现场总线技术以及测控保护与控制技术发展起来的一种复杂系统。电气监控管理系统能够完成整体运行，并且能够对故障信心进行检测并且进行管理的一种自动化管理模式。电气监控管理系统主要由一些通信设备和电气工作站组成，并且利用线场总线将保护装置与设备很好的连接在一起以此来更好的进行信息的收集和转发。在电厂的电气监控管理过程中有些监控系统还可以支持以太网，并且能够同时发送多种任务，执行多种功能。2.电气监控系统特点在电厂运行过程中，所使用到的用电设备会分散在电机控制中心和其他系统中，各种设备较复杂，元件数量较多管理起来非常麻烦，并且检修非常的困难，因此在正常条件下电气设备的操作频率非常的低。但是电气自动化就能够很好的解决这个问题，自动化电气设备反应快，可靠性高，并且通过在主检测设备上接入DCS系统就能够很好的对设备进行管理。但是在这个过程中要注意的是必须确定主设备和备用设备的唯一性控制权，否则就容易发生控制冲突。因此电厂电气自动化监控除了要进行正常的启动和运行之外还需要对整个系统进行湿湿的监控，如果发现异常时系统应该有自动报警的功能，并且及时做好相关的数据记录，对紧急状况快速做出反应以确保电厂电气系统的正常运行。自动化监管体系中，除了电厂以外还存在火电厂。自动监管系统能否正常运行要看其是否可以正常的进行信息采集，这一过程可以借助多种类型的监控设备来及时探究火电厂的运行情况是否会产生意外等问题进行及时监督。在进行信息采集过程中，只有更为全面的对信息进行收集整理才能保证后续电厂可以正常运作，信息处理可以帮助应对相应措施。当前，火电厂中进行信息收集和检验的设备科技含量较高，所以覆盖到的面积也逐渐广泛，除了对重要设备的运行变化进行监控外，还能及时了解火电厂中其他设备的运行。但在性能上还没有达到使用标准，未来还需要加强提升力度，由于在运营过程中需要收集的信息类型较多，为了在短时间内可以将这些信息进行采集呈现。需要加强自动监控系统的完善性，及时对信息进行过滤收集。除此之外，自动监测是作为整个信息采集的基础性环节，所以电厂在使用这些数据时，要以电厂管理的基础作为要求，帮助监管系统，可以更为有效的应对措施。（二）电气监控系统的范围和功能分析电厂电气监控系统设计范围较为广泛，主要有电源，电动机等，这些设备的具体功能如下所示：1.数据采集及处理在进行自动化监管过程中，可以利用特定的测试单元对相关信息进行采集、收纳，对内部分布情况进行监督，了解其具体运行模式，对采集到的数据实行科学分析与管理。2.监控和报警在电厂电气自动化监控过程中可以利用鼠标、键盘、LCD显示器来对电气设备状态进行监控。一旦发生异常状况可及时进行警报，（如报警声或LCD画面闪烁等），并且可以在报警中对于不同程度、不同方面的报警设计不同的铃声方便人们更好的进行区分。3.操作和控制操作功能涉及的功能内容较为多样，主要有数据输入功能和数据记录功能等。在操作过程中，要确保设备的安全性。只有这样才能在有效的时间内完成高效操作。在进行设备操作时，要聘用专门的人员进行设备的监管和操作，并且做好相应的记录工作。设备、仪器的操作正常与否都应该有相应的信号做参考。除此之外，在电厂电气自动化监控过程中还要特别注意人机接口以及管理工作。三、电气自动化监控系统方案功能比较分析电气自动化监管系统分为多种监管模式。当前，使用较多的主要有以下几点：方案一：应接线方式，这种方式极为传统；方案二：硬接线和现场总线相结合的方式；方案三：不同机组设置所使用的总线技术。都为相同性；（一）监控范围在监管的过程中使用频率较高的是两机一控的管理方式。每台机组都带有保护屏、电度表屏、同期屏、故障录波器屏、ECMS机柜等。并且在监控过程中利用DCS监控和CMS电气监控管理系统通过互联网进行控制。1.发电机变压器组在电厂电气自动化监控管理过程中需要监控的范围主要是发现机系统和主变压器。检测对象主要是上面这些单元相关的设备状态、运行参数、异常信号和保护信号等等。控制对象涉及多项内容，借助不同的方式进行调节和管控。2.主厂房及辅助厂房低压厂用电源在电厂电气自动化监管管理时，所涉及的监管范围较为广泛。主要有照明变压器、公用变压器等，需要对仪表盘上的数据信息进行监测。3.PC至MCC电源馈线对主厂房工作过程中的电源线路进行实时监管要确保信号能够正常运行。4.直流系统在电气自动化监控系统中要对直流系统的各种设备的运行情况进行实时的监测，要保证其正常的运行，对于故障信号和报警信号要及时进行监测。5.交流不停电电源在电气自动化监控系统中要对交流系统的设备进行监控，由于电厂中绝大部分的都属于交流电，因此在电厂的监控过程中必须报这个交流电源不停电，要对主要参数进行实时监测。6.公用系统在电厂的电气自动化监控管理过程中还要对公用系统进行管理和监控，蛀牙包括厂区的水工、照明、检修以及公用低压变压器等等。（二）在单元机组DCS网内的监控及监测的设备在电厂的电气自动化监控过程中也需要对单元机组进行监控，以单元机组DCS网为例，它需要进行监控的设备有：·在发电机选择上选取变压器为·发电机励磁系统·确保电源能够正常运行。·单元机组厂用电动机内部检测设备涉及以下几个内容：·主变压器的信号系统数据和温度大小·高压厂变温度·机组UPS·机组220V动力直流系统·机组110V控制直流系统·发变组保护、同期装置等信号·机组中低压电源开关、母线PT状态电厂电气自动化监控股系统的组网拓扑图见图3-1所示。图1完全现场总线监控系统拓扑图（三）硬接线和现场总线相结合的方式探究在当前的电厂电气自动化监控过程中有些电厂已经采用了将硬接线与DCS进行融合的方式进行监控管理。在电厂电气自动化管理过程中将6kV系统和380V系统中大于75kW的贿回路首先利用间接测量的方法将其经过变压器转化成4-20mA的电流信号然后再利用硬接线方式将其点对点接入DCS的AI卡中，通过带有脉冲的电度表进行计量输出。但是传统的设计方案是利用分立元器件对回路进行保护，依靠继电器、信号灯、转换开关等利用电流变压器测量回路。传统的测量方式与全硬接线纳入DCS系统模式进行比较，全硬接线纳入DCS模式能够更好的控制电信号，能够防止型号的跳动，利用线圈更好的监视回路，并且做到每一个信号逗呢能够有对应的系统交换信息。对于电厂中380V系统中75kW以下的I类、II类电动机回路所选取的设计方案较为传统，要利用接触器对其进行保护，确保电路能够正常运行，并且利用继电器、信号灯、按钮、电阻、转化开关等对其进行操作，利用电流表、电路变送器更好的测量回路。但是在当前的电厂电气自动化监控过程中可以采用间接测量的方式，利用变送器将电流转化为4-20mA的电流信号然后再利用硬接线方式将其点对点接入DCS的AI卡中，通过带有脉冲的电度表进行计量输出。在这个过程中控制信号以及监视信号采用的都是常规的处理方式，每个设备的控制指令也有相应的反馈状态，每个信号都能够被DCS系统进行采集。在电厂的电气自动化监控系统中需要对发电器-变压器进行保护装置，对于发电器-变压器保护装置、AVR等装置可以通过硬节点的方式直接送入DCS模式的控制方式。保证电厂中的所有电气设备在控制管理过程中都采用DCS数字量输出方式，利用DO卡件进行一对一控制。在电厂中要大规模的使用这种控制形式，需要在整个过程中安装保护装置按钮等，由于分立元器件较多因此在实际中需要大量的控制电缆对DCS或PLC系统进行联系。（四）现场总线通信方式比较1.可选通讯方式现行现场总线通讯方式主要如表3-1所示表3-1通讯方式序号通讯方式规约1双ProfibusProfibus-DP2双RS485MODBUS2.Profibus-DP通讯方案对比表3-2Profibus-DP通讯方案对比序号类别方案一方案二方案三1电缆及接线A型头缆+DP头屏蔽双绞线+端子接线屏蔽双绞线+DP头2建议通讯速率500K187.5KBPS187.5K3最大通讯速率500K500K500K4总线允许接入装置数量<=20台<=20台<=20台5通讯电缆长度范围<410米<510米（210米）<510米（210米）6连接形式固定连接到端子固定7系统指标：通信遥测刷新速度<=1秒<=1秒<=1秒8抗干扰性能好良好一般3.RS485通讯方案表3-3RS485模式通讯方案序号分类说明1通讯效率距离>510米时，38.3k2电缆长度<1100米3装置<=30台4电缆长度RVVP2x0.5mm屏蔽双绞线5网络拓扑结构总线型6通讯规约MODBUS7连接方式连接到831端子上8接地方式CSC-8611侧单点接地根据以上的数据分析可以知道Profibus-DP方案比RS485方案的通信速率更加的强，在通信方面Profibus-DP方案占有比较大的优势。对于要考虑网络通信稳定性而言的电厂来说Profibus-DP方案也是更好的一种选择。对于通信介质来说A型头缆+DP头更好一些，因为它的抗干扰性能较好并且通信速率比较高。（五）PD通讯设计在电厂的电气自动化监控系统中可以选用B型电缆（屏蔽双绞线）或A型电缆。这两种电缆都与PD有关，有的是采用PD头，有的是将PD作为端子接线。由于PD规约规定装置地址要小于等于127(0x7f)。要求:0x10<=装置地址<=0x7f，0<主站地址(861)地址<0x10；因此每一个总线要接入的装置数量都不能大于20台。痛死屏蔽层也应该能够连接到CSC-831的端子。再对电厂的电气组自动化进行施工接线时通讯电缆上同一种颜色的芯线要连接到同一个端口上，通讯总线应该与动力电缆或者母排分开，要避免母排与总线靠近或者是平行走向。在电厂电气自动化监控系统的设计过程中需要安装终端电阻。表3-4传输速度与最大通讯距离表波特率（kbit/s）9.619.293.75187.550015003000-6000长度（m）（A型电缆）1200120012001000400200100长度（m）（B型电缆）12001200120060020070不允许综上，因此PD通讯设计中速率应选择500k或500k以下的速率。四、电气自动化监控系统功能设计及应注意的问题通过上述的分析对于电厂的电气自动化监控系统已经有了一定的了解，并且对几种当前所应用的电气自动化方案进行了比较和探究。本章就浅谈一下电气自动化监控系统在功能设计过程中应该注意的一些问题，希望能为电厂电气自动化监控系统的设计提供一定的帮助。（一）数据采集与处理功能设计在电厂电气自动化监控系统的设计过程中可以利用工作现场的测量和通过控制单元来手机各种数据信息，这些数据信息包含检测时设备、单元的状态，是否有事件的发生，故障的大小以及模拟信号、改变信号的变化以及各种预处理数据等等，通过设计这一功能能够更好地对当前电厂的数据库进行实时更新，能够扩充数据哭的数字量和模拟量，有助于电厂电气自动化监控系统的发展和改进。在数据的采集和处理过程中会涉及到模拟量，而模拟量主要包括的是有用功和无用功、发电厂设备工作的效率以及设备工作时电压电流的变化情况等等，同时在数据的采集过程中也要注意采集电厂的非电量数据，例如水温。在电厂电气自动化监控设计过程中的方法采集上要优先使用交流采集方式，当遇到特殊情况无法应用交流进行数据采集时可以恰当的选用直流采集方式。例如通过变压器采集温度。具体进行电厂电气自动化模拟量采集过程中主要有三个采集步骤：第一步要根据系统所扫描的数据确定要采集的实践周期。并且对这两种信号进行恰当、合理的转换，进行滤波、进度校准等等；第二步就是报警，要根据实际情况对数据的思想极限进行设定和处理，参数、规定、报警时间都属于报警信息。第三部就是对所采集的模拟量进行记录，记录时要注意的是记录时间要保持在1-5min内。在电厂电气自动化监控系统中对数字量进行采集时也是通过三个主要步骤来完成的。第一步就是要根据自己想要采集的内容安排采集时间、扫描周期，对数据进行输入、光电隔离、状态监测以及更新数据库；第二步就是在采集过程中发现异常设备时要及时进行报警处理，当设备状态发生变化时能够及时做出合理的动作，而且规定参数和报警时间也都属于重要的报警信息；第三步就是需要对这个事件的发生进行记录，采用中断的方式进行记录并且根据事件实际的发生和变化进行记录序列。（二）监视和报警功能的设计电厂电气自动化监控系统在整个过程中充当着重要作用。进行监控设计的目的就是为了让操作员更好的利用LCD显示器上所显示的各个单元及设备的参数对电厂的设备进行有效监督。监督系统需要电厂的所有图片都需要在1秒之内完全的显示出来，次要场面可以在两秒之内进行显示。并且在监控系统的设计过程中对于数据的更新速度也有一定的要求，一般而言数据的更新速度要保持1次/秒，在操作过程中操作员可以利用键盘和鼠标进行控制。除此之外在电厂电气自动化监控系统的设计过程中报警功能的设计也非常的重要。报警设计主要分为两种类型：第一种是预告报警，第二种是事故报警。顾名思义，预告报警就是一种超前报警，是对危险的一种预知和警惕，在电厂电气自动化监控系统中主要涉及的就是设备变为、异常信号或者模拟量超限而造成的一种报警，属于警告。而事故报警指的是非人为因素而引起的重大的异常情况，李立儒电路短路、保护装置异常等现象。在电厂电气自动化监控系统的设计过程中设计报警功能时应该将这两种状况用不同的声音、不同的颜色分辨出来，并且每一次都要对警报进行确认，确认之后报警信息需要保留，停止警报声音即可。（三）电气监控配置应注意的问题在电厂电气自动化监控系统的设计过程中还需要注意电气监控配置方面的问题：（1