浅议电气自动化监控体系研究

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摘 要：基于电气自动化控制模式特征、监控体系综合功能，我们只有科学引入自动化控制理念、分布式控制技术、计算机网络体系控制技术，才能全面发挥电气自动化监控体系综合管控效能，促进其与各类现代化管控技术的全面融合。基于此，本文阐述了厂用电系统的主要特征，对电气自动化监控体系中的集中性电气自动化监控与分层分布式模式电气自动化监控进行了论述分析。

关键词：厂用电系统；特征；电气自动化；集中性监控体系；分层分布式模式

电气自动化技术的科学应用在社会经济发展中具有重要作用，同时，由于引入了计算机、网络、自动化高新控制技术，并呈现了自动化、现代化、电气化的全面发展模式。为分析电气自动化系统优势、良好监控功能，以下就电气自动化监控体系进行探讨。

一、厂用电系统的主要特征

在布置方式和数量上，厂用电设备分散安装于各配电室和电动机控制中心，元件数量众多，运行管理信息量大，检修维护工作复杂。与热工系统相比较，电气设备操作频率低，有的系统或设备运行正常时，几个月或更长时间才操作一次；电气设备保护自动装置要求可靠性高，动作速度快，比如保护动作速度要求在40ms以内完成。在电气设备本身构造上，其具有联锁逻辑较简单、操作机构复杂的特征。在控制方式上，厂用电系统的主要设备监控需要接入DCS系统，但在两台机组共用一台起/备变的情况时，由于一台机组的检修不能影响另一台机组的正常运行，因此需要考虑两台机组DCS电气控制的模式，确保对其控制权的唯一性。总结以上特征，在构建ECS时，其系统结构、与DCS的联网方式是确保系统高可靠性的关键。既要实现正常起停和运行操作外，又要实现实时显示异常运行和事故状态下的各种数据和状态，并提供相应的操作指导和应急处理措施，保证电气系统在最安全合理的工况下工作。

二、电气自动化监控体系中的集中性电气自动化监控分析

1、集中性电气自动化监控原理分析。集中模式也就是传统的硬接线方式，将强电信号转变为弱电信号，采用空接点方式和4～20mA标准直流信号，通过电缆硬接线将电气模拟量和开关量信号一对一接至DCS的I/O模件柜，进入DCS进行组态，实现对电气设备的监控。这种模式又分为直接I/O接入方式和远程I/O接入方式两种，前者是将电缆接至电子间集中组屏，后者是在数据较集中且离主控室较远的电气设备现场设立远程I/O采集柜，然后通过通信方式与DCS控制主机相连，两者具有相同的实现技术，本质上没有区别。

2、集中性电气自动化监控的优缺点分析。（1）优点。电气量的采集集中组屏，便于管理，设备运行环境好；硬接线方式成熟，响应速度快。（2）缺点。第一、电缆数量大，电缆安装工程量大，长距离电缆引进的干扰也可能影响DCS的可靠性。第二、DCS系统按“点”收费，不仅投资大，而且只有重要的电气量才能进入DCS，系统监测的电气信息不完整。第三、所有信息量均要集中汇总至DCS系统，风险集中，影响系统可靠性。第四、由于DCS调试一般是最后进行，采用集中模式通常难以满足倒送厂用电的要求。第五、没有独立的电气监控主站系统，无法完成较复杂的电气运行管理工作（如防误、事故追忆继电保护运行与故障信息自动化管理、录波分析等高级应用功能），不能实现电气的“综合自动化”。

三、电气自动化监控体系中的分层分布式模式电气自动化监控分析

1、分层分布式模式电气自动化监控原理。分层分布式模式从逻辑上将ECS划分为三层，即站级监控层、通信层和间隔层（间隔单元）。间隔层由终端保护测控单元组成，利用面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计，将测控单元和保护单元就地分布安装在各个开关柜或其他一次设备附近。网络层由通信管理机光纤或电缆网络构成，利用现场总线技术，实现数据汇总、规约转换、转送数据和传控制命令功能。站级监控层通过通信网络，对间隔层进行管理和交换信息。

2、分臃植际侥J降缙自动化监控原理的优点。第一、间隔层测控终端就地安装，减少占用面积，各装置功能独立，组态灵活，可靠性高。第二、模拟量采用交流采样，节省二次电缆，降低了成本，抗干扰能力增强，系统采集的数据精度大大提高。第三、系统采集的数据量提高，监控信息完整，能实现在远方对保护定值的修改及信号复归，运行维护方便。

第四、分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块（部件）正常运行。第五、设置独立的电气监控主站，便于分步调试和投运，满足倒送电的要求。同时有利于厂用电系统的运行、维护和检修。

3、分层分布式模式电气自动化监控的关键技术。（1）间隔层终端测控保护单元。分层分布式系统的最大特征就是以间隔层一次设备为单位，现场配置测控保护单元。该单元是保障厂用电系统安全、稳定运行最重要、最有效的技术手段，对其可靠性、灵敏性、速动性和选择性都有很高的要求，因此不宜由DCS来实现保护功能，而应该采用专用保护装置来实现。厂用电系统保护主要有线路、厂用变、电动机综合保护测控装置等，实现微机化保护、实时数据采集、远方及就地控制以及记录故障数据等功能。（2）通信网络。ECS系统安装工作于高电压、大电场的环境，工作环境恶劣、电磁干扰大，因而通信网络是ECS系统的关键组成部分，通信网络的性能直接影响着自动化监控系统的整体性能。目前较为流行的采用电缆现场总线网络方式，光纤通信亦开始被用户逐步接受。通信管理层是间隔层和站控层之间的桥梁，方案中一般采用双冗余的设计思想，按照通信管理机双机热备用或双通道备用原则配置，当数据通信网络中出现问题时，系统能自动切换至冗余装置或通道，以提高系统可靠性。

（3）监控主站。监控主站安置在站级监控层，实现厂用电电气系统监控和管理，主站配置的设备和规模需要根据发电机机组的容量和运行管理要求进行设计，即可以配置成单机、双机或多机系统，标准的设备主要有数据库服务器、应用和Web服务器、操作员站、工程师站，以及其他网络设备、GPS和打印机。尽管配置的设备规模不同，但配置的软件以及完成的功能基本一样。软件主要有前置机软件、实时数据库软件、人机界面软件和图形建模软件等。功能主要有系统监控功能、数据管理功能、系统管理功能以及应用分析功能等。另外，主站系统可通过多种方式与DCS系统、MIS系统和SIS系统传输数据。（4）ECS与DCS的协调控制。由于电气系统与热工系统在运行过程和控制要求上有着很多不同之处，所以在设计规划阶段和调度运行过程时必须要考虑ECS与DCS系统之间的功能分工和协调控制，主要体现在以下几点：由DCS实现电动机连锁逻辑控制操作，厂用电自动切换逻辑由专用电气装置实现。由ECS实现继电保护、故障录波和事故追忆等功能的管理。控制操作主要在DCS操作员工作站进行，DCS系统授权后也可在ECS操作员工作站进行，但要保证控制权的唯一性。

结束语

综上所述，本文就电气自动化控制体系ECS具备的优质监控功能展开进行探讨，对其自动化实践控制方式进行了研究，探讨了分布式电气自动化控制系统方式，并展望了自动化电气控制实践发展方向与趋势。对提升电气自动化监控体系科学发展水平具有重要意义。

参考文献：

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