浅析新型发电厂电气监控系统的架构与实现

浅析新型发电厂电气监控系统的架构与实现

芮守义

甘肃省盐锅峡发电有限公司 甘肃省临夏市 731600

摘要：发电厂以往使用的分散化控制系统依靠硬接线来控制与监视用电设备，随着厂用电监控系统全面替代DCS系统，电气监控需求得到满足，但是NCS与ECMS之间存在相互割裂，无法交互数据的问题。需要构建新型一体化监控系统来提高电气监控的效益。本文首先对发电厂传统电气监控系统的问题进行总结，而后从间隔层与站控层两个角度分析了发电厂的新型电气监控系统的设计与架构，以此为其完善电气监控方案提供可用参考思路，实现安全管理电力设备的需求。

关键词：发电厂；电气监控系统；架构

现代电力行业的发展关系着国家经济命脉与能源供给。在经济高质量发展的形势下，电力企业需要有效满足电能供给质量的时效性与稳定性要求，其针对生产系统以及管理系统展开数字化、智能化改造与升级，形成了分布式、网络化的生产模式，以往的电气监控系统无法继续满足当前的应用需求，逐步暴露出分散控制、硬接线等劣势。现围绕新型发电厂的电气监控需求，探讨电气监控系统构建的相关问题。

1发电厂电气监控系统架构的主要问题

①系统接入。发电厂以往采用的硬连接化的连接方式存在资金需求量大的问题，需要按点进行收费，进行改造时，需要通过借助新增电缆来实现和电气监控系统的直接连接，随着接入量增多，投资规模也持续增大。②通讯数据。发电厂针对电气系统设置了数量较多的测控与保护装置，对于遥调、遥控、遥信、遥测等通信信息的需求量较大。若不预先做好通信数据的处理工作，可能会导致DCS系统发生网络繁忙的问题，导致系统的运行稳定性降低。③通信接口。发电厂若未能够有效规范ECS与DCS所用的通信接口，使二者相统一，可能会面临系统连接受阻，电气系统厂家与DCS厂家之间也难以进行有效配合。④电气连锁。发电厂中往往有数量较为庞大的连锁回路，虽然其逻辑相对简单，但是大部分电气设备的操作方法相对复杂，可能会因中断通信而引发联锁失效的情况[1]。⑤功能设置。仅通过DCS的动作、测量以及监视等基本功能，往往无法满足当前的电力系统维护、运行等高层次需求，也无法对自动化监控系统的优势进行体现。

2新型发电厂电气监控系统的架构与实现对策

2.1间隔层

2.1.1机组监视模块

该模块主要需要对发电厂侧传递的远动信息进行采集，同时获取来自二次屏柜运行需要进行监视的信号。如果和机组安全连锁并无直接关联，则可不向DCS系统中传送，只需要借助机组监视功能模块进行监视与采集即可。在设备配置方面，可依照发电机与主变各配置一台的方式进行配置，以此满足测控需求。图1为电气监控系统的架构图。

图1 电气监控系统架构图

2.1.2升压站监控模块

该模块囊括发电厂高压配电装置系统的各个测控装置，可控制与监视现有的高压配电装置，同时对远动系统需要的信号进行采集。具体通过测控屏来完成监控，可结合配电装置的实际间隔数来确定公用测控装置的配置数量。考虑到各低压配电间大多设有1个动力中心端，因此可为其设置此模块，以此实现通信管理需求，具体需要为通信管控机屏配置2台通信管理机与交换机。具体设置数量需要以发电厂用变的数量与种类为基准。

2.1.3通信管理模块

该模块主要功能为针对电气电源开关实施监控，具体借助被安装到开关柜之中的智能化装置来全面监控低压母线的馈线开关、母线PT、母联开关以及进线开关。所用的智能装置有智能仪表、自动化双电源开关切换控制装置、用于控制断路器的智能装置以及微机智能综合保护装置等。

2.2站控层

2.2.1远动模块

该功能模块的作用为采集基本数据，并将其传送至处于电网调度端口的远动主站中。可借助现场设置的IO单元来实现对数据的采集。借助远动功能模块能够直接从发电厂中采集处于调度端口的主站系统运行所需的相关数据。也可利用通信管理模块来从电气一体化监控系统中采集。考虑到当前国家电网提出了为远动功能模块设置双主机的配置要求，同时主机运行方式应为热备用方式[2]。因此可在配置2台主机的基础上，按照单元机组的具体数量来确定下位机的使用数量，以此使远动模块保持正常运行状态。

2.2.2五防模块

针对一体化的电厂电气监控系统，可设计与构建单套五防模块。依靠独立化的物理通道来连接各个子网与五防模块，从而完成采集一次设备重要遥测数值与位置遥信等数据的任务。针对各个子网发送的五防远程遥控指令，采用独立化的一对一闭环式的处理与响应模式。在处于间隔层之中的监控通信模块之中，装置面板等发送的各种控制命令都需要先由预设在装置内部的防误逻辑进行检查，通过检查后才允许执行。网络层可借助GOOSE报文传递产生的间隔来调整五防闭锁对应的遥信状态。锁具与工作站共同构成五防模块，发电厂仅需要建设1台工作站即可满足监控需要。在选择锁具时，应以微机五防对应的范围为基准。以断路器为例，其闭锁范围涵盖就地控制回路与远方控制回路，其中远方控制回路可通过遥控闭锁或者软件闭锁进行控制，就地控制回路则借助直流电气编码或者开关闭锁盒的方式进行控制。

2.2.3数据接口模块

为满足发电厂内部管理需求，SIS与DCS应能够借助一体化的监控系统来获取信息。所以，必须构建数据接口模块，利用该模块来使DCS、SIS等第三方系统与一体化系统实现数据对接，接口规约应当支持Modbus、IEC61850、IEC104等通信规约，并满足因特殊化的专用型规约而产生的二次开发需求。基于规避网络风险方面的考量，应对安全区进行有效隔离，同时将防火墙设置到数据接口处。数据接口模块中所用的设备涵盖2台防火墙与服务器。

2.2.4运行模块

运行模块中设有工作站与服务器。其中，服务器依靠以太网卡可与间隔层连接，并借助独立网卡和处于间隔层之中的数据子网相连，进而针对数据子网实施物理隔离。以独立化的方式来管理与维护数据子网中的IP资源与二次系统设备，使监控数据于物理层面上可保持独立，并与业务层面相统一。应当为服务器安装容量较大的硬盘，通过硬RAID来管理硬盘，实现对监控历史数据的安全保存。服务器借助发变组保护始终管控系统与一体化网络实施SNTP对时，核心网可将网络对时命令下发至间隔层的设备处，并把遥测、遥信等实时更新的数据传送给五防系统，使其完成设备状态对位操作[3]。工作站可对服务器的数据交互工况以及通信工况展开自动判断，在异常情况发生后，在较短的时间内自动切换主备服务器与主备网。

3结论

本文基于发电厂改造电气监控设备的需求，探讨了模块化的一体化电气监控系统架构方法，发电厂可针对自身的实际需求来明确系统的设备成本、功能深度与功能广度，合理设计各个监控功能模块，保障监控系统在电力生产中提供较高的实用价值。

参考文献

[1]毕研国,董秀.发电厂电气自动化监控系统的设计与验证[J].光源与照明,2022(02):219-221.

[2]徐莉,王雷.某发电厂电气自动化监控系统的应用研究[J].现代工业经济和信息化,2021,11(07):126-127.

[3]常三定,冯玉莲.发电厂电气监控管理系统分析[J].现代制造技术与装备,2021,57(04):209-211.