摘要目前，随着电厂生产自动化程度的提高，对能源供应的可靠性要求越来越高。电厂本身也在朝着扩大生产规模、提高电压水平、提高自动化程度的方向发展。因此，也应不断提高电厂的实时监测和管理水平。目前，以热工自动化为主导的电厂配电控制系统(DCS)得到了广泛的应用，但大多关注蒸汽机和锅炉，考虑到电气系统较少，锅炉、汽机和电气之间的自动化水平不协调。主要表现为：在电气系统中，主要保护和安全自动装置基本独立运行，与DCS系统进行有限控制和信号交换；电气系统控制基本采用常规控制手段，测量、保护动作、定值设定、事故召回、电量、潮流报告等电气运行参数在DCS系统中不能充分响应。因此，虽然电气系统各个设备的自动化程度已达到一定水平，但电气系统的整体自动化水平有待进一步提高。
关键词：自动化；发电厂；电气系统；
1绪论
1.1研究的背景及意义
从摘要中得知，现在发电厂主流的DCS系统的发展与现如今电气系统监视、监控、管理系统的发展已有了相对较大的差距，为了弥补其中的差距，我对下面所要论述的发电厂电气监控系统进行了研究。
1.2电气监控系统的概述
DCAP-4000电厂电气监控系统(以下简称ECMS)是在总结工程经验的基础上，充分考虑用户需求和国内电厂现
状，开发的新一代电气综合自动监控系统。该系统是利用计算机、测量保护和控制、现场总线技术和通信技术，实现电气运行、保护、控制、故障信息管理、故障诊断、电气性能优化等功能的综合性自动在线监控系统。
1.3电气监控系统任务及作用
通过应用现场总线技术，将电气系统引入电气监控网络，一方面连接DCS，完成必要的控制功能和相关数据交换，另一方面通过电气主站系统，充分利用电气系统联网综合信息，加强电气信息的应用，完成更复杂的电气运行管理，实现电气“综合自动化”，与电厂MIS、SIS、FIS实现无缝连接，从而提高了电厂电气系统的自动化和运行管理水平，进而提高了电厂在发电市场上的竞争力
1.4本文主要研究内容
发电厂电气监控系统是发电厂的一个重要组成部分，它直接影响发电厂厂用电系统，进而对电力系统的安全稳定运行有重要的影响。
本文主要是通过对经典电气监控系统案例的列举，系统介绍了发电厂电气监控系统的基本理论，详细介绍了发电厂电气监控管理系的功能、结构、特点，其中包括了发电厂电气监控系统的站控层、通讯管理层、间隔层设备、系统网模式，还对电器监控系统的原理进行了概述。
2系统的结构及功能
2.1系统的结构
ECMS采用了先进的分层分布式结构，如图1.1。分为站控层、通信管理层、间隔层，形成三层设备两层网络架构，组网方式灵活多样，满足用户的不同需求。
2.1.1站控层
站控层是整个ECMS系统的控制管理中心，完成对整个系统数据的采集、处理、显示、监视等功能，可以实现站控层的逻辑闭锁以及与DCS系统的通信，同时实现对各个电气设备的控制功能。
2.1.2通信管理层
通信管理层是整个ECMS系统的核心，实现了站控层和间隔层数据信息的上传下递，并可通过相应接口连入DCS系统，在通信管理层实现逻辑闭锁并可以与DCS系统通信，实现电气设备部分的控制功能。
2.1.3间隔层
间隔层由众多的保护测控装置和自动装置构成，这些装置具有保护、测量、控制、计量、通信等基本功能，并完成各自的特殊功能。
2.2系统的功能
ECMS系统具有以下主要功能：
监视功能：数据的采集、处理，画面显示，报警，历史数据的查询，报表，事故追忆
等功能；
保护功能：提供完备的线路、电动机、变压器、PT等保护功能；
内嵌电能功能：系统提供内嵌的高精度电能计量功能；
控制功能：提供远方(DCS)控制和ECMS经授权的控制功能；
系统自诊断功能：提供全面的对各工作站、保护测控装置、通信管理单元等设备的硬
件故障、通信故障、电源故障、软件故障、通道故障等自诊断功能；
逻辑控制功能：可以根据DCS运行工况进行逻辑组态，实现闭锁、顺序控制等功能；
通信功能：可方便地接入其它厂家的多种智能设备(如：发变组、励磁、直流、电度
表等)；可方便地与DCS、SIS、MIS、FIS等系统通信；
远程维护：可通过Internet网络进行远程在线诊断、修改设置，在线解决现场运行问题；
控制权限管理功能：可方便地实现DCS、ECS等多个系统的控制权限的管理功能，
并具有详细的操作记录功能。
其它高级应用功能：包括自动抄表、定值管理、故障分析、小电流接地选线等功能。
3站控层
3.1站控层设备部署
DCAP-4000站控层主要设备可以包括：打印机、数据服务器。操作员站、工程师站、通讯网关等。
数据服务器
采用Windows2003Server操作系。实现对实时数据的分析和处理，同时实现历史数据、报表数据、告警信息、事故追忆信息、故障录波数据、统计数据等存储功能。可冗余配置。WEB服务器WEB服务器实现了与本地监控系统相同的图片和报表格式，提供实时数据和历史数据的远程浏览和查询，但不提供远程控制功能。可冗余配置。
操作员站
以图形和数据的形式显示站内设备的运行情况与监控状态，并可进行手动交互，可选择双屏。
工程师站
采用Windows2003Server操作系统，提供数据库组态、图形组态、报表组态工具软件,可以进行系统组态和配置。
通信网关
当需要与厂内其它系统如：DCS、SIS、MIS、FIS等系统进行接口时，可配置专用通信网关进行信息交换。可冗余配置。
3.2站控层功能
发电厂电气监控系统站控层后台软件主要包含以下功能：
组态
人机界面
SCADA
事件告警
报表
操作票
历史事件查询
光字牌
图形顺控
小电流接地选线
实时曲线和历史曲线
WEB服务
故障录波分析
OnCall
历史数据管理
定值管理
逻辑闭锁
3.2.1组态
组态是系统友好性、组态灵活性和数据库管理功能的重要组成部分。组态包括系统信息组态、用户组态、对象组态、后台单元状态、前置单元状态、图形组态和报表组态。
3.2.2人机界面
可以根据用户的要求进行构建。在构建人机界面时常用的元素工具具有动画属性，包括“颜色、大小、位置、文本、角度、闪烁、隐藏”等，它们可以简单地连接到监视器或内存变量，以确保图形元素的属性随变量值而变化
。采用复合文档的设计理念，即ActiveX控制可以嵌入到屏幕上，提供独立的控制功能，可以显示报警信息、曲线、柱状图等。向系统进行的查询，以及与历史数据库相关的查询和显示功能。
3.2.3SCADA
SCADA在整个系统中扮演着重要的角色。系统包含报文解析、命令处理、数据同步及显示、历史数据管理、双机管理、事件管理及追忆、驱动管理、网络数据传送、运行权限管理等功能。
3.2.4事件告警
告警系统是DCAP-4000发电厂电气监控系统的一个重要组成部分，它能及时地把信息通知给用户。同时，也为用户提供了方便的个性化设置手段，以便用户能够及时的看到所关心的内容。可以内嵌在画面中。
3.2.5报表
用户按照EXCEL的使用习惯和格式，自定义各类报表(日报、班报、月报、年报及各类统计信息报表)，支持公式计算功能，可以在报表中输入公式，自动计算公式的值。支持图表功能，可以在报表中插入棒图、折线图、饼图等图表，直观地显示报表中的数据以便于比较分析。可以手动打印或自动打印，并可以内嵌在画面中。
3.2.6操作票
该功能可以编辑生成操作票，编辑生成模板票，操作票的格式完全按照用户的要求定制，用户可以方便地进行修改，并可以保存成模板，尽可能地方便用户。相当于用户手开操作票。可以预览再打印。
3.2.7历史事件查询
事件查询为用户提供了查询历史事件的手段。通过设置查询的厂站、设备、测点和查询时间，查询出相关的越复限、事故、事件、故障、状态、保护事件、保护自检、装置自检、操作记录、设备检修和系统信息等历史数据。可以内嵌在画面中。
3.2.8光字牌
当有事故发生时，事故发生点所对应的光字牌即显示为红色。
当故障发生时，与故障发生点对应的灯卡显示为黄色。
通过回灯返回，故障可以确认事故，如果故障或事故未排除，灯卡显示为橙色。如果故障或事故得到解决，灯板显示为灰色。它可以被嵌入到图片中。
3.2.9顺控
顺控管理提供了直观的、交互的方法来生成发电厂电气操作的顺序控制程序，可以在服务器或工作站上操作并监视控制的顺序执行过程。
3.2.10小电流接地选线
当电力系统发生单相接地故障时，帮助用户及时找到故障线路。对线路进行排序进行选线并提供接地探索功能，发生接地故障和故障恢复时在告警窗显示。
3.2.11实时曲线和历史曲线
曲线系统分为实时曲线和历史曲线两部分。可以在同一个坐标中显示多条曲线数据，最多可以显示6条曲线，每条曲线的坐标允许单独定义。
实时曲线时间轴的长度和数据采集点的分辨率可以选择12分钟(分辨率1秒)、1小时(分辨率5秒)、12小时(分辨率60秒)和24小时(分辨率120秒)。
历史曲线数据采集点的分辨率可以选择5分钟或2分钟，时间轴的长度可以选择小时曲线、日曲线、月曲线和年曲线。历史曲线数据可以保留3年。可以内嵌在画面中。
3.2.12WEB服务
系统提供的WEB服务，远程画面和报表的格式与当地监控系统上看到的一致。当地监控上的画面和报表做完以后，Web可以用做好的画面和报名，不需要工程人员专门为Web发布再做额外的工作。
由于互联网速度的不一致性，在异地的IE浏览器中看到的数据其实时性不能与当地监控相同。一般为5-10秒钟刷新一次。
3.2.13故障录波分析
故障录波采集和分析系统能够自动/手动召唤装置录波文件；列表显示装置录波文件；图形分析录波文件各个通道的图像信息；编辑、打印录波文件各个通道的图像信息等。
3.2.14OnCall
采用3种方法：短信、电子邮件、语音电话传递数据，可自定义接收数据的用户及用户群，自定义接收数据用户的免打扰时间、不同时段的通讯工具及通讯工具的优先级，支持通过短信或电话查询历史事件和实时数据，支持定时发送数据到指定的用户群。
3.2.15历史数据管理
历史数据库主要完成了历史数据的管理功能。它可以被配置为单个服务器或双个服务器。系统将自动同步主机和从属历史数据，以确保两台服务器上的历史数据保持一致。对于较小的系统历史服务器，数据库服务器通常在数据库服务器上配置，而对于较大的系统，可以配置特殊的历史数据服务器。
3.2.16定值管理
系统具有对系统装置定值的监控和操作管理功能，能满足用户对装置定值修改、监督和合法性检验的需求。
3.2.17逻辑闭锁
在系统的站控层和通信管理层支持脚本语言和逻辑图2种逻辑闭锁方法，从而实现控制操作的逻辑闭锁功能。
4通讯管理层
4.1概述
电气监控系统通信管理层设备为ECM-5908系列通信管理装置。
ECM-5908系列通信设备主要用于电厂ECS系统、电厂升压站等系统，适用于石油化工和钢铁自动化系统。作为系统中的通信调节转换设备，其主要功能是收集电厂各保护装置、测控装置和智能设备的数据，并根据一定要求将数据发送到后台系统和DCS，并接受后台系统和DCS的遥控命令。
ECM-5908提供多种通信接口：以太网(10/100Base-TX、100Base-FX)接口、串行接口(RS-232/485)、现场总线接口现场总线、CAN接口，可在这些接口上运行，与各种设备互连。ECM-5908可以相互配置为一个完全独立的冗余系统。
4.2特点
4.2.1多样的接口功能
1)标配4个高速以太网(10/100Base-TX或100Base-FX)；
2)标配4个串行口，电气特性可以是RS-232、RS-485；
3)标配现场总线CAN网，可以选择PROFIBUS等现场总线接口。
丰富的规约库ECM-5908软件可以支持大多规约：IEC101、IEC104、DNP3.0、Sc1801规约、u4F、ModBus、CDT、各种智能设备规约；规约设计为模块化，规约库的扩展灵活方便。
4.2.2完备的双机冗余设计
1)在由ECM-5908组成的双机冗余系统中，两台冗余单机完全电气独立，有效隔离了双机之间的电气干扰，提高了系统的冗余度；2)同时采用网络作为双机交换数据通道，采用硬件信号作为单机的心跳，减少单机故障判断时间，实现主从机的无缝切换。
5系统组网模式
DCAP-4000电厂电气监控和管理系统是一个可以与DCS互联的独立子系统。系统根据三层设备，二层网络结构，采用分层分布式结构和组网。二层网络包括站控制层网络和间隔层网络。站控层网络负责站控层之间的通信，以及站控层设备与通信管理设备之间的通信。采用高速以太网，当距离较远时可使用光纤。间隔层网络负责通信管理层设备与间隔层设备之间的通信，以现场总线为主，包括Profibus、CAN、RS-485等，也可以采用工业以太网通信。系统有着灵活的组网模式，根据发电厂的运行特点，可以把组网模式分为单系统和双系统两种模式，以满足不同用户的需求。
5.1单系统模式
该模式采用一套站控层系统，连接所有通信管理设备，实现数据采集和控制。站控层设备包括冗余服务器、多台操作工作站、工程师站、SIS/MIS通信网关等设备。服务器、通信管理单元可以选择冗余方式，站控层网络和间隔层网络也可以选择双网冗余的方式该模式适用于系统规模较小的情况，特点是网络结构简单、通信的数据量大。
5.2双系统模式
在该模式中1号机和公用采用一套系统，2号机和公用采用另一套系统，分别组网。由公用段的通信管理单元连接1号机、2号机、公用，兼作网桥的功能。每套系统只负责本机组和公用的数据采用及控制，数据量可以得到合理的分配。同样，服务器、通信管理单元可以选择冗余方式，站控层网络和间隔层网络也可以选择双网冗余的方式。
5.3与DCS接口
DCS一般可以提供DPU接口和主站接口两种，采用RS-485或以太网。DCAP-4000发电厂电气监控系统可以在通信管理层和站控层提供与DCS的接口，采用RS-485或以太网。
DPU的实时性好，可以实现逻辑闭锁等控制功能，但是I/O容量有限。一般把需要控制的控制量以及参与控制闭锁的开关量放在DPU中，其它数据直接上送到DCS主站中，这样可以有效的减少DPU的数据量。DPU一般与通信管理单元通信，逻辑闭锁可以在DPU中实现也可以在通信管理单元中实现，通信管理单元可以接收DPU发出的控制命令执行控制操作。
DCS也可以只用主站与ECMS通信。由于DCS的逻辑闭锁是在DPU实现，主站一般不具备此功能，所以逻辑闭锁需要在ECMS实现。ECMS可以在站控层或通信管理层来实现逻辑闭锁。此时DCS只是下发一个控制命令，该命令需要在ECMS做逻辑检查，然后再执行。
结论
通过对本文的讨论，我们清楚地知道，该系统是计算机、测量保护与控制、现场总线技术和通信技术的应用，实现了电厂电气系统的电气运行、保护、控制、故障信息管理和故障诊断，以及综合自动化在线监控与管理系统的电气性能优化功能。本文通过发电厂电气监控系统的描述让我们对该系统有了一个比较全面的了解。通过对电气监控系统的结构组成、作用及工作原理，了解分析了优势的同时我们也会发现目前技术所存在的不足。发展电气监控管理技术，研发新的技术在未来很长时间都是整个社会的大课题，走在科技的前端才会让我们的社会更具活力，我们进步的空间巨大而光明。
致谢
本论文在尹瑞竹导师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使本人明白了许多为人处事的道理。本次论文从选题到完成，每一步都是在导师的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。所以在此，再次对老师道一声：老师，谢谢您！
参考文献
[1].吴永波，孙楚平，肖鹏翀，火力发电厂电气监控系统ECS的应用和发展
[2].黄小悦，常盛.新型发电厂厂用电电气监控系统[J].继电，2008,36(12)：35,39
[3].电子世界，2012(6)：34-36
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