编辑: 施信荣 2019-09-08
D O I :

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0 0 / A E P S

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4 基于数字化技术的火电厂电气监控管理系统方案 侯§,严∥,石铁洪 ( 南京南瑞继保电气有限公司,江苏省南京市

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0 2 ) 摘要:详细介绍了基于I E C6

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5 0数字化技术的火电厂电气监控管理系统方案, 分别从只包含厂 用电系统的数字化厂用电气监控管理方案和综合全厂电气系统的一体化电气监控管理方案进行介 绍.新数字化方案包含了现场常规系统所不具备的厂用电数字式母线差动保护、 失灵保护、 数字化 厂用电快切装置、 电动机工艺联锁等功能.此外, 升压站电子式互感器及智能终端的方案可大量节 省电缆、 减少占地面积、 提高电气自动化水平, 节省投资. 关键词:火电厂;

电气监控管理系统;

数字化技术;

I E C6

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5 0 收稿日期:

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1 2 0606;

修回日期:

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1 2 0906. 0∫ 火电厂电气系统涵盖了线路、 母线、 变压器、 发 电机、 电动机等设备及相应的保护装置, 此外, 根据 运行需求还设有同期、 快切、 备自投等装置, 涉及专 业内容较多.为了便于对所有设备的监控, 一般在 现场设置升压站计算机监控系统( N C S) 、 厂用电气 监控管理系统( E CM S ) 等多个系统.由于系统内包 含设备较多, 通常由不同厂商的装置组成, 这些装置 由于没有统一的数据建模和通信传输机制, 模型和 协议不统一, 需要进行通信协议转换.但经过协议 转换后会降低通信速度, 同时可靠性也有所下降, 增 加了系统的复杂度, 给电厂设计、 施工、 运行与维护 带来了众多不便. I E C6

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5 0数字化技术已成为全球电力行业的 热门技术, 它代表了当前全球电力企业技术和管理 模式的最新发展方向.国内I E C6

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5 0数字化技术 已经在变 电站方面取得了重大进展[ 1] , 当前, I E C

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8 5 0已从变电站走向整个电力行业自动化领域, 明确了在各发电厂领域的应用, 例如I E C6

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5 0 7410和I E C6

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5 0 7510水电站发电应用标准、 I E C

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0 7420分布式能源发电标准和I E C6

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0 0 25风电场通信标准等.这为I E C6

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5 0数字化技术在 发电厂领域的推广应用指明了方向. 现阶段, 以I E C6

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5 0为基础, 先期整合电厂内 电气控制装置的数据通信、 在线监测、 智能操控和继 电保护等功能产品, 逐步实现与其他系统的数字化 整合, 以统一的一体化标准来逐步规范发电厂电气 设备的设计和制造将是发展趋势[

2 ] .本文对该设计 方案进行探讨. 1∩杓扑悸 数字化电气系统是由智能化一次设备( 电子式 互感器、 智能化开关等) 和网络化二次设备分层( 过 程层、 间隔层、 站控层) 构建, 建立在I E C6

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5 0通信 标准基础上, 能够实现智能电气设备间信息共享和 互操作的现代化电气系统. 数字化电气系统主要解决现有系统可能存在的 以下问题: 传统互感器的绝缘、 饱和、 谐振等问题, 电缆、 屏间电缆较长问题及通信标准不统一等问题. 基于I E C6

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5 0, 可以实现全厂电气设备的统 一监控, 这样也可以消除现有不同厂商的产品在应 用时需要协议转换、 运行效率降低的情况. 火电厂升压站电压等级高, 一次设备距离二次 保护、 测控装置较远, 采用电子式互感器及智能终端 等具有较大优势, 可节省升压站及网控室面积, 节省 电缆, 解决传统互感器的绝缘、 饱和、 谐振等问题. 火电厂厂用电综合保护测控装置就地安装开关柜, 距离一次设备很近, 且电子式互感器相对常规互感 器价格较高, 采用电子式互感器及智能终端不具有 优势, 因此, 采用常规采样及出口方案, 综合保护测 控装置之间经通用面向对象变电站事件( GOO S E) 网络实现现阶段 E CM S所不具备的功能. 2∈只 E CM S 火电厂 E CM S作为除升压站以外的全厂电气 总监控系统, 一般不配置操作员站, 只在分散控制系 统( D C S ) 投运 前或退出运行后才实现对电源的操作, 通过与 D C S通信传送部分信息, 达到减少 D C S 电缆的目的[ 3] .E CM S更多地作为电气系统的事故 分析及生产运行的备用系统, 且该系统包含设备较 ―

3 9 ― 第37卷〉

3 期2013年2月10日Vol.37N o .

3 F e b .

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1 3 多, 包括发电机―变压器组( 以下简称发变组) 保护 装置、 起动备用变压器( 以下简称起备变) 保护装置、 高/低压厂用电综合保护测控装置、 机组故障录波 器、 厂用电快切装置、 准同期装置、 直流系统、 不间断 电源( U P S ) 系统等.由于包含设备较多, 且不同设 备通信协议不同, 因此需要用到大量通信管理单元 进行通信协议转换, 影响了系统的响应速度及稳定 性.如果以上设备基于I E C6

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5 0进行开发, 则任 何公司的产品都可以进行直接的信息交互, 能够大 大提高现场的可靠性, 减少用户不必要的维护, 而且 利用I E C6

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5 0 GOO S E 网络, 可以实现现阶段ECM S所不具备的功能. 2. 1》桨附峁 图1为ECM S 的数字化方案, 其中 G P S 表示 全球定位系统, MM S表示制造报文规范, S NT P 表 示简单网络时间协议, S I S表示监控信息系统, M I S 表示管理信息系统. 图1∈只 E CM S网络结构示意图 F i g . 1D i a g r a mo fd i g i t a lE CM Sn e t w o r ks t r u c t u r e ∮捎3

8 0V 低压厂用电保护装置数量庞大, 而且3

8 0V 设备信息量较少, 用户对故障录波等不作 要求, 如果采用以太网, 则网络成本大.综合考虑, 将该部分采用总线方式接入通信管理单 元转换成 I E C6

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5 0协议, 除此以外, 其他环节采用以太网双 网结构、 I E C6

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5 0协议.发变组保护所需互感器 除机端电压互感器( T V) 采用常规互感器以外, 其他 均可采用电子式互感器, 可有效解决目前互感器存 在的电流互感器( T A) 饱和问题, 且电子式互感器具 有动态范围大、 精度与负载无关、 绝缘简单、 T A 无 开路危险等优势.高压厂用电保护测控装置按I E C

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8 5 0通信标 准实现, 装置同时支持站控层MM S 通信和过程层 GOO S E 通信.为安全可靠起见, 在 过程层需建立独立的过程层光纤以太网双网. 在站控层以太网通信中, 各高压厂用电综合保 护测控装置直接通过以太网口与厂用电监控系统通 信, 通信协议以 MM S为主.站控层设置操作员站, 发变组、 高/低压厂用电源等电气设备的控制、 监视 和管理在 E CM S实现, 电动机的控制仍由机组 D C S 实现.由于 E CM S间隔层电气综合保护测控装置 在开关柜就地布置, 故ECM S对厂用电源部分的监 控及对电动机状态的监测所需电缆很少, 所有监控 通过通信方式节省大量电缆.此外, 电源的控制闭 锁逻辑由 E CM S实现, D C S可以不设置用于厂用电 源监控的电气监控系统( E C S ) , 以节省投资. 在过程层, 原间隔层装置间的大部分复杂二次 接线被快速 GOO S E 专网所取代, 大大简化了电厂 二次系统结构. 另外, 基于过程层 GOO S E星形专网, 还新增了 一些数字化 GOO S E 保护新应用, 如基于 GOO S E 的高压厂用电母差与失灵保护、 厂用电快切开关位 置采集及出口的数字化等就可大量应用于本方案 中, 可提高保护系统的灵活性, 节省大量电缆投资, 减少现场电缆敷设.星形 GOO S E网络结构避免了 网络风暴的发生, 提高了 GOO S E网络的安全性. 通信网关( 远动装置) 可以与通信管理单元和 I E C6

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5 0高压厂用电保护装置直接进行 MM S协 议通信, 并将其中一些信号进行转换, 为其他通信协 议与S I S及MIS通信.系统对时方式可以同时采 用2种方式: S NT P 和I R I G B.其中, S NT P 主要用做同步保护的系统时钟, 它可以为与以太网直接 相连的高压厂用电保护测控装置和通信管理单元提 供对时.S NT P的理论对时精度可以达到1m s , 然 而实际应用中, S NT P 的对时精度受网络负荷和装 置CPU负荷的影响, 通常无法达到理想的对时精 度.因此, 方案同时还保留了I R I G B对时方式, 装 置将自动适应2种对时方式, 且2种方式互为冗余, 提高了系统的对时可靠性. ―

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3 ) 2. 2⌒率只桨柑氐 基于I E C6

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5 0的数字化 E CM S, 可以实现一 些常规系统所不具备的功能. 2. 2. 1∈质郊蛞啄覆罴岸下菲魇Я楸;

传统厂用电母线由于间隔较多、 母差保护可接 入的元件数有限和价格较高, 且厂用电 T A 一般过 载能力较差、 容易饱和、 影响母差保护的可靠性等原 因[ 4] 而不配置母差保护, 现阶段普遍的做法是通过 增加 进线保护动作延时来实现母线保护. 基于GOO S E的新方案不设置单独的母差保护装置, 不 增加任何二次硬接线, 母差保护功能由各间隔保护 装置配合完成, 母差保护逻辑集成在进线保护装置 中.母线上所有装置可通过 GOO S E网络进行信息 交互, 如图2所示, 其中S MV 表示采样测量值. 图2〕в玫绶植际侥覆畋;

な疽馔 F i g . 2D i a g r a mo fd i s t r i b u t e db u sd i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o n 当故障点1发生故障时, 该间隔的综合保护测 控装置快速启动, 同时通过 GOO S E 网络将闭锁信 号传送给进线保护装置, 防止进线保护跳闸, 而由自 己切除故障, 进线保护收到闭锁信号后, 闭锁保护, 经过闭锁延时后如果故障仍未切除, 进线保护判断 馈线断路器失灵, 开放保护将故障切除, 实现失灵保 护功能;

如果在故障点2发生故障, 即母线故障时, 所有馈线保护均不启动, 不发闭锁信号, 因此进线保 护可以快速将故障切除.新方案可以大大缩短母线 故障的切除........

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