杨兴富 贺国刚

　　[关键词] 监控系统、综合自动化、通讯网络、智能终端、功能扩展

1、概述
　　火力发电厂中，热工系统自动化及电气系统的自动化水平，反映了整个电厂的运行管理水平。目前，大多数电厂都具有DCS系统，完成基本的运行、控制等功能，但火力发电厂的DCS侧重于机炉，对电气系统考虑较少。一般情况下，厂用电气系统的主要保护、安全自动装置，如发-变组保护、AVR（自动励磁调节装置）、ATS（厂用电源快速切换装置）、同期装置等基本独立运行，与DCS系统间进行很有限的信息交换；与辅机有关的电气设备，如6KV、400V电动机等，其基本控制由DCS系统完成，但电气运行人员关心的这些设备的测量、保护动作、整定、事故追忆等信息在DCS系统却无法反应。提高这些设备及整个电气系统的运行管理水平，将直接关系到电厂运行的安全经济性，影响电厂在发电市场上的竞争能力。
　　电气系统接入DCS系统已毋容置辩，但怎样接入值得探讨。目前电气系统接入DCS系统一般采用所谓的“硬连接”方式，接入量主要有三种，即DI、DO和模拟量。DI和DO即开关量形式的输入输出量，一般采用空接点方式，模拟量由变送器将交流量或其它量变换成4-20mA标准信号后送至DCS系统。硬连接方式存在的主要缺点，一是DCS系统的投资随着接入量的数量而增加。每增加一个量，不管是DI、DO还是模拟量，在DCS系统中即增加一个“点”，DCS系统按“点”收费；二是浪费大量电缆。每增加一个量，都要额外增加一路电缆，将该量与DCS系统直接相连。三是无法完成较为复杂的电气运行管理工作，实现电气的“综合自动化”。
　　目前，电气综合自动化技术在变电领域已得到了普遍应用和发展，功能技术水平也已日臻完善。分散分布式的电气综合自动化系统同样可应用于发电厂厂用系统。厂用电气综合自动化系统的核心是：6KV和400V系统采用分散式就地安装的集保护、测量、控制、通信于一体的智能前端设备，如电动机测控及综合保护装置、变压器测控保护装置、电源分支测控保护装置、400V智能脱扣器等，用现场总线将这些前端设备及发变组保护等其它的主要保护和自动装置的通信接口连接起来，通过通信管理装置连接至DCS系统、电气工作站、电厂MIS系统等。采用该系统的优点是显而易见的：设备就地安装，与DCS间通过通信线连接，可节省大量控制电缆；电气信息量的交换不受限制，与系统投资基本无关；省略变送器；可实现防误、事故追忆、录波分析等高级应用功能。下面以纳雍电厂一厂厂用电监控系统为例介绍DCAP-4000的实际运用。
　　纳雍电厂一期安装4台300MW机组，采用的是南京东大金智公司设计生产的DCAP-4000发电厂厂用电气监控系统，通过该系统，可将DCS、现场总线、电气保护及自动装置有机地结合起来，既实现了DCS系统机、炉、电的一体化，同时又实现了电气的综合自动化。
2、DCAP-4000厂用电气监控系统的组网：
　　DCAP-4000厂用电气监控系统采用分层分布式网络，整个系统由三个功能层构成（如图）：

纳雍电厂一厂厂用电电气自动化系统结构图（以1、2#机单元结构为例）

注：

1、 WDZ—4系列测控装置，与1#机公用及远动测控接口；
2、 1#机发变组保护、快切、录波、励磁、UPS等智能设备；
3、 WDZ—4系列保护测控装置，6KV厂用工作IA、IB段；
4、 WDZ—4系列保护测控装置，6KV厂用公用0IA、0IB段；
5、 其它备用智能设备；
6、 WDZ—4系列测控装置，400V各段；
7、 直流系统、柴油发电机等通讯接口；
8、 WDZ—4系列保护测控装置，6KV厂用工作IIA、IIB段；
9、 WDZ—4系列测控装置，与2#机公用及远动测控接口；
10、 2#机发变组保护、快切、录波、励磁、UPS等智能设备。

l 第一层：测控保护层（智能终端层）
　　由众多的保护和自动装置构成，包括发电机保护，主变保护，高厂变，AVR，ATS（快切），自动准同期装置，厂用保护测控装置和自动装置（电动机、变压器、电源分支、母线分段、馈线等保护及分支开关同期合闸等），及400V智能脱扣器、400V备自投等。这些装置具有测量、控制、保护、信号、通信等基本功能，并完成各自的特殊功能。该级装置数量众多且分散，利用现场总线技术，可以实现这些装置的分散控制。
l 第二层：通讯管理层（通讯网络层）
　　该层将DCS对测控保护层的控制命令，或电气后台机发出的修改定值命令等，下发至各有关装置，同时，将各装置上送的信息，送至DCS系统或电气后台机。通讯管理层的装置具有通讯接收、发送、规约转换等功能，根据通讯管理层与上位机系统的连接方式、现场总线方式、下位机的数量等，可有不同的配置。
l 第三层：上位机系统
　　DCAP-4000后台机系统运行于WINDOWS98/WINDOWS NT平台。它完成画面显示、报表生成、打印、人机接口、事件记录、报警等，实现厂用电系统的计算机监控功能。该层可通过以太网接全厂MIS、SIS系统。

3、厂用电监控系统硬件结构：
　　DCAP-4000厂用电气监控系统由测控保护层（智能终端层）、通讯管理层（通讯管理单元或通讯主控单元）和电气后台系统（电气管理维护工作站）构成。
　　通讯管理层的主要设备有：DCM-1型微机通讯管理单元和DCM-2型微机通讯主控单元。DCM-1型通讯管理单元主要完成测控保护装置的通讯转发和通讯规约转换工作，装置以高性能单片机为核心，功能简洁，通讯速度较快；DCM-2型通讯主控单元是以工业级嵌入式控制器PC104（486DX）为核心，运行在pSOS实时多任务操作系统（RTOS）环境下的高性能前置通讯主机，可以通过以太网或串行通讯口与DCS系统和电气后台系统联接，并具备多个通讯口，具有高速度，高可靠性，可扩充性强、可维护性好等特点。
根据上位系统的接入方式、测控保护层装置的数量及用户对安装、维护等方面的要求，通讯管理层中，DCM-1通讯管理单元和DCM-2通讯主控单元的配置可灵活组合。
　　现场总线分别将厂用6KV和400V系统相连，并通过DCAP—4000M主控单元与DCS系统相联，每个通讯单元对测控保护层的通讯规约可以不同，但对DCS系统的通讯规约相同。图中励磁调节装置、发变组保护也可直接用其内部通讯接口，不需要额外的通讯单元。
　　通讯管理层采用双通道切换方式，通讯单元采用高档次的通讯主控单元。该结构优点是与DCS间只需一个接口。缺点是有通道切换，对通道切换要求高。
　　通讯单元与DCS系统和电气后台系统间均留有接口，与二者间有信息交流但侧重不同。设电气后台系统的目的是为了让电气人员对所有厂用电气保护自动装置进行日常的监视和维护，一般情况下不进行控制操作，但在后台机上的信息量却可比DCS上多得多，在后台系统上，可以实现实时数据采集、主接线画面显示、定值查询修改、动作事件记录、录波、报表生成、储存打印等功能。

4、厂用电监控系统的通讯：
　　厂用电监控通讯系统是数据传输量相当庞大的系统，在经过无数次修改和调试后，目前正逐渐进入稳定运行，特对该系统进一步介绍。
　　纳雍电厂一厂厂用电监控系统通讯网络层由主控单元、光电转换器、数据交换机、HUB、各通讯接口及通讯介质（光纤、以太网双绞线、通讯电缆）组成。由于厂房分散，环境干扰大，所以通讯干线由光纤承担。除了遥测遥控柜内发变组的主控单元与交换机因为近而用双绞线外，其余都是由光纤经HUB、光电转换器接入交换机；主控单元与各终端智能装置之间是由通讯电缆通过高速RS485口联接；主控单元与DCS由通讯电缆通过COM口联接；值得注意的是400V段主控单元的通讯由于400V辅助厂房分散且距离较远，它的结构较为复杂，400V辅助厂房的终端装置先经过一次电光转换后接入HUB，由该HUB与400V公用段HUB对接，经过光电转换器变成电信号后才接入400V段主控单元。

5、DCAP—4000的功能扩展
　　由于纳雍电厂二厂取水升压泵房电源分别由一厂6KV公用0IA、0IB段供电，因此，对于升压泵房6kV电源的监控将涉及到两个系统的通讯联络问题，也就是需要解决DCAP—4000与二厂DCAP—3200厂用监控系统数据传输问题。
　　二厂升压泵房是一个独立的监控系统，也有后台服务器、主控单元、保护测控终端装置，可以独立完成对升压泵房的监控。由于净水站和升压泵房是无人职守站，加上此段的电源接自一厂，该系统必须与一厂厂用监控系统相连，又因为二厂的用水由此段供给，所以二厂集控室也需要监控该段，于是该系统也要与二厂厂用监控系统联接。
　　DCAP—3000通讯主控单元完成对升压泵房段各保护测控装置信息的采集，并把采集的信息送给自己的服务器的同时送往DCAP—4000服务器，再由DCAP—4000送DCS系统，两服务器通过接收到的信息对升压泵房实现监控。两服务器的配合是通过DCAP——3200自身的程序完成，DCAP—3200通讯主控单元与DCAP—4000通过数字交换机对接来实现信息的传输。由于DCAP—3200本身是一个系统，接入DCAP—4000时，实现了DCAP—4000的功能扩展的同时也增加了它的负担，对它的运行速度有很大的影响。为此，解决的方法是在升压泵房段投入一厂监控时，可以退出自身服务器的运行，由该系统的运行工作站作为DCAP—4000的一个远方工作站运行即可。同理，在二厂厂用电监控系统与之联接后，也可把另一台机作为二厂厂用电监控系统的一个远方工作站。当与其中一个由于通讯故障不接时，再起用该系统服务器来实现对该段的监控。实现了两套监控系统对同一厂用段的监控。

6、结束语：
　　现代计算机技术、通信技术和网络技术的发展，为电厂生产过程中厂用电系统的监视、控制、保护和测量自动化提供了技术基础，集保护、测量、控制、通讯及数据管理于一体的厂用电监控系统的应用，提高了电厂生产的自动化水平。