發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計及工程實現(xiàn)研究TOC\o"1-3"\h\u3532摘要 頁[摘要]此次畢業(yè)設(shè)計的重點是常熟發(fā)電廠的一個一體化自動化系統(tǒng)。具體的設(shè)計思路是：根據(jù)常熟發(fā)電廠提供的項目任務(wù)書及原始數(shù)據(jù)，對初步方案進行初步構(gòu)想。確定產(chǎn)品的設(shè)計，并對其進行分析與研究。其次，對集成自動化系統(tǒng)有一個基本的認識，介紹了系統(tǒng)的一次側(cè)，確定了自己要設(shè)計的方向，并進行了深入的研究。首先介紹了論文的選題背景和意義，介紹了論文所涉及的發(fā)電廠、主要設(shè)備和系統(tǒng)，并從總體上介紹了該系統(tǒng)的組成、硬件結(jié)構(gòu)和軟件的設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上建立了遠程監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。第三部分是電廠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的具體實施，包括IED裝置概述、現(xiàn)場總線RS485、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建立、數(shù)據(jù)通信規(guī)范的實施，以及現(xiàn)場使用的效果，以及本文的結(jié)論。[關(guān)鍵詞]發(fā)電廠;綜合自動化系統(tǒng);遠程監(jiān)控系統(tǒng)一、引言（一）課題研究的背景和意義安全可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的供電方式是當今世界對電力供應(yīng)的重要需求。目前，我國電力企業(yè)的市場化改革與發(fā)展日新月異，對電廠的運行水平和各類設(shè)備的性能提出了更高的要求。要靈活運用有關(guān)的信息技術(shù)管理手段，使電廠的作用得到最大程度的發(fā)揮，從而對長期運行的火力發(fā)電系統(tǒng)的功能進行優(yōu)化和改進。本文著重分析了發(fā)電廠電力一體化自動化系統(tǒng)的監(jiān)測部分。設(shè)計要求我們不斷地使用系統(tǒng)化的知識，因此，在電廠的綜合自動化部分中，應(yīng)用了大量的電力系統(tǒng)知識，使得設(shè)計更加易于理解。隨著科學技術(shù)的進步，社會對電力的依賴性也在不斷提高，人們的日常生活也日益依賴于電能。這導致了電力系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和一整天的工作能力。這對電力公司的自動化系統(tǒng)提出了更高的要求，即通過大量的數(shù)據(jù)采集和控制裝置來實時監(jiān)測電廠各部件的工作狀態(tài)，然后通過神經(jīng)處理器對這些數(shù)據(jù)進行分析、處理，從而得出有價值的信息，通過對系統(tǒng)的故障做出正確的判斷，最終由系統(tǒng)進行自我修正，從而實現(xiàn)在基本無人值班的條件下，長時間的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。綜合自動化系統(tǒng)使發(fā)電廠的電能品質(zhì)得到了極大的改善，電壓合格率也隨之提升，同時也使變電站的安全、可靠度得到了提升，電力系統(tǒng)的操作水平得到了提升，維修工作量得到了降低，而且在監(jiān)測點還可以對設(shè)備進行實時監(jiān)控，達到了無人管理的目的，大大降低了人力成本。（二）電廠綜合自動化系統(tǒng)的概念電站的綜合自動化是將儀表、信號、繼電保護、自動控制、遠程控制等輔助設(shè)備整合與優(yōu)化，利用計算機技術(shù)、電子、通訊、信號處理技術(shù)，對發(fā)電廠一次、輸配電系統(tǒng)的自動監(jiān)測、測量、自動控制、微機保護，以及與通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的交流和傳送。這是一種綜合信息交流的體系。綜合自動化技術(shù)是火力發(fā)電廠自動化、硬件、通訊等技術(shù)在火力發(fā)電廠中的一個重要組成部分。一般情況下，電站的自動控制系統(tǒng)包括：二、發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字微機的安全保護、監(jiān)控技術(shù)、遠程通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，以及電力系統(tǒng)的集成自動化技術(shù)的不斷完善和強化。電力變電所的管理自動化程度已從根本上改變?；鹆Πl(fā)電一體化技術(shù)是一項新興的技術(shù)，目前已在我國大部分變電站中廣泛應(yīng)用，并在實踐中不斷完善。同時，綜合自動化系統(tǒng)也被越來越多地應(yīng)用于發(fā)電廠。在國內(nèi)，大部分的發(fā)電廠都已安裝了遙測設(shè)備。而監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也從以RTU為中心的中心向分布式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到了面向?qū)ο蟮姆謱影l(fā)布結(jié)構(gòu)。而此次設(shè)計的火力發(fā)電廠遠程監(jiān)測系統(tǒng)是面向?qū)ο?、分層發(fā)布結(jié)構(gòu)。常熟發(fā)電廠四個三十萬千瓦的電站于一九九四年十一月建成，是江蘇第三個擁有超過十億瓦的大型火力發(fā)電廠。常熟發(fā)電廠的第一階段建設(shè)于上個世紀八十年代。一九八六年四月一日，國家計委批準了蘇南蘇南徐六涇發(fā)電廠的建設(shè)方案。1、2、3、4機組分別在1993年1月17日、11月20日、1994年3月1日和10月5日并網(wǎng)。4個三十萬千瓦的機組，從建成到投入使用，用了50個月5天的時間，比計劃工期早了14個月。該項目于一九九五年十一月通過了國家驗收委員會的驗收。被原國家電網(wǎng)公司認定為“優(yōu)秀項目”。（一）分層分布式構(gòu)造的設(shè)計火力發(fā)電廠的遠程監(jiān)視系統(tǒng)是一種分層、分布、開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)分為三個層次：主機操作層、信息傳輸管理層、現(xiàn)場設(shè)備訪問層。上位機的操作層主要是采用兩個以太網(wǎng)的冗余結(jié)構(gòu)，它的主要功能是收集信息，然后在電腦的接口上進行顯示，根據(jù)用戶的實際需求，可以設(shè)置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，電氣操作員工作站，電氣工程師工作站，打印機等，形成遠程監(jiān)控和管理中心。在信息傳送控制層中，利用通訊控制裝置實現(xiàn)通訊狀態(tài)的傳遞和與裝置的通訊。為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性，四個裝置中的局域計量保護系統(tǒng)必須分別連接到380V、電廠6KV、電廠電子系統(tǒng)等。各子系統(tǒng)均可配置獨立的通訊控制模塊，并可按需采用雙模組方式進行設(shè)計。各通訊控制器應(yīng)與更高級的操作系統(tǒng)級PC的以太網(wǎng)相連，并可通過RS485/232串口與DPU的對應(yīng)電子控制裝置進行數(shù)據(jù)交換。（二）系統(tǒng)的總體構(gòu)造該系統(tǒng)采用了雙層化的分層分布結(jié)構(gòu)，包括上層操作層、信息傳輸管理層和現(xiàn)場設(shè)備接入層；在網(wǎng)絡(luò)層，一般都是以雙線為基礎(chǔ)，需要20%的冗余和剩余。該拓撲采用兩網(wǎng)兩臺計算機的星型拓撲，確保了網(wǎng)絡(luò)的無縫切換。將靜止變換器安裝在變電所中，將UPS，直流屏，五防設(shè)備，GPS，遠程線圈控制器，無功自動補償控制器等設(shè)備，與靜止設(shè)備104指定的接口連接。在不同時間間隔的控制裝置，如：在現(xiàn)場、接收監(jiān)測站、時間間隔測控顯示器、控制臺等多個場所，在同一時間內(nèi)，可以在一個地方實現(xiàn)功能的連接和控制。監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備接入層由4臺發(fā)電機組DCS系統(tǒng)、UC630測控裝置、PMU、AGC、AVC、4個保護裝置等組成；本公司的信息管理系統(tǒng)由2臺通信管理機、2臺以太網(wǎng)交換機等構(gòu)成；監(jiān)控系統(tǒng)主機控制層由遠程監(jiān)控主機、RTU采集器、防火墻、SIS交換機、SIS商用數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等構(gòu)成。發(fā)電機DCS是一種以單片機為核心、功能分散控制、集中顯示操作的控制系統(tǒng)。UC630測控裝置是變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵部件，它可以采集220KV的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)，控制測量，通信故障記錄，從而大大增強了對電網(wǎng)的遠程監(jiān)控與控制能力。PMU是一種用于實時監(jiān)測的設(shè)備。該裝置采用GPS秒脈沖為同步時鐘，對220KV電網(wǎng)一次側(cè)主接線圖暫態(tài)過程中各結(jié)點進行實時測量。（三）監(jiān)控軟件的設(shè)計監(jiān)測軟件的設(shè)計要實現(xiàn)以下幾個方面：數(shù)據(jù)的收集和處理；監(jiān)控和報警；事故跟蹤；操作票及五防系統(tǒng)等。該系統(tǒng)的監(jiān)測軟件使用深圳中電公司Pecstar3.0的電力監(jiān)測組態(tài)軟件.Pecstar3.0一般僅在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用，從安全、可靠等角度出發(fā)，選擇了“兩臺、兩網(wǎng)、兩個數(shù)據(jù)庫”。該監(jiān)測軟件適合于中等規(guī)模的監(jiān)測系統(tǒng)，具有較高的可靠性。在整個網(wǎng)絡(luò)中，盡管僅有一座監(jiān)測中心，但配備了兩臺遠程監(jiān)測主機，并利用SIS交換機配置了SIS數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了對現(xiàn)有主機的透明存取?？筛鶕?jù)使用者的具體需要，添加AVC、AGC等獨立的控制后臺設(shè)備。（四）遠程監(jiān)控系統(tǒng)的功能(1)即時警報實時報警的內(nèi)容主要有：圖像閃爍、聲響報警、語音報警、事故畫面推送、實時報警窗口、存檔歷史事件數(shù)據(jù)庫等。報警系統(tǒng)對報警進行分級、分級、分級，按分類方式將報警事件劃分為SOE（順序）事件、極高遙測事件、遠程報警事件、遙測事件、傳輸事件、遠程配置報警事件、固定配置變化報警事件、最高配置變化報警事件、五防報警事件以及其它報警事件。(2)意外回憶當電網(wǎng)出現(xiàn)突發(fā)故障時，可以自動跟蹤“事故回。通過對系統(tǒng)的管理、維護和生產(chǎn)管理，可以對故障發(fā)生前和之后的網(wǎng)絡(luò)運行狀況進行有效的分析。通過對整個或部分的數(shù)據(jù)進行處理，可以建立和保存故障發(fā)生之前和之后的所有事件的完整概述（期間可以調(diào)節(jié)）；全部失效狀態(tài)均可獲得，并可在稍后詳細說明。(3)報告函數(shù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)支持的報表有日報表、月報表、年度報表、實時報表和特種報表等。生成的報表可以通過文件形式存儲在數(shù)據(jù)庫中，用戶在瀏覽過程中，可以從數(shù)據(jù)庫中抽取各類歷史、實時數(shù)據(jù)，并按照規(guī)定的報告時間，用預(yù)先確定的格式進行顯示。三、發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)的工程實現(xiàn)常熟發(fā)電廠220KV一次設(shè)備主要由發(fā)電機組4臺，變壓器10臺，高壓開關(guān)柜21臺，低壓開關(guān)柜，低壓開關(guān)柜，架空線路，輔助設(shè)備等組成。它是一種常規(guī)的電磁繼電器。綜合自動化系統(tǒng)主要用于對一次側(cè)的電流、電壓、無功、有功、頻率、有功和無功等電能進行實時監(jiān)控和自動記錄，遠程控制高壓開關(guān)設(shè)備、斷路器、同步發(fā)電機的遠程控制、遠程控制和數(shù)據(jù)共享。本系統(tǒng)的目的是為了改善電力系統(tǒng)的運行可靠性、降低運行人員的工作負荷、改善電力系統(tǒng)的工程控制及故障分析能力。（一）數(shù)據(jù)測量采集系統(tǒng)的實現(xiàn)常熟發(fā)電廠的電力自動化系統(tǒng)以分層、分散的結(jié)構(gòu)為主，其中的數(shù)據(jù)采集和測量裝置都在分層分布的底層，這些設(shè)備是整個遠程監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其精度和可靠性直接影響到整個系統(tǒng)的整體性能。本系統(tǒng)主要利用深圳南瑞公司的IED設(shè)備，以及目前比較流行的RS485現(xiàn)場總線，將采集到的數(shù)據(jù)通過總線的控制器傳送給主機。1.IED裝置概述深圳南瑞公司的IED設(shè)備可以直接與RS485總線相連接，總線的ASCII代碼可以通過RS485接口與其它廠商的數(shù)據(jù)采集模塊進行集成，便于計算機編程，便于擴展和更新。RS485可以在一個RS485總線上同時接入32個EDA模塊，但使用RS485中繼后，可以同時接入256個模塊，最大通信傳輸距離可達1200米。圖3-1智能模塊實物圖該IED裝置能夠采集、控制、保護、測量、通訊、故障記錄等現(xiàn)場操作的數(shù)據(jù)，是集測量、控制、保護、測量、通訊、故障記錄等多種功能模塊于一身的設(shè)備。該設(shè)備的應(yīng)用，為電力公司的遠程監(jiān)控和控制提供了便利，并為今后的數(shù)字變電所的發(fā)展創(chuàng)造了條件。IED設(shè)備能夠利用GPS的秒脈沖信號與取樣信號同步，同時進行遙測與遙信量的測量，并能精確地反映出電網(wǎng)的實時工作狀況。2.現(xiàn)場總線RS485隨著傳輸距離的增大，信號傳輸率的提高，傳輸線路的電磁反射、信號衰減、串行干擾、共地干擾等都會導致信號失真，從而限制了傳輸?shù)木嚯x和速度。常規(guī)TTL線路由于驅(qū)動能力差、抗干擾能力差、靈敏度低、輸入阻抗低等原因，傳輸距離非常短。RS485的驅(qū)動電路輸出的振幅要大于TTL，從而大大增強了它的抗干擾性。通過RS485接口，實現(xiàn)了遠距離的數(shù)據(jù)傳輸。RS2485標準最初于1983年由EIA（EIA）提出并公布，之后經(jīng)TIA修改，改名為TIA/EIA485。RS485是以RS422為基礎(chǔ)，針對RS232通信距離短、傳輸速率低的缺陷，設(shè)計了RS485。RS422提供了一個均衡通訊接口，它可以把傳送速度提升到10Mbps，同時也可以把數(shù)據(jù)傳送到4000英尺。為拓展該標準的應(yīng)用，其后又將其推廣至雙向多點通訊，即可以將多臺收發(fā)信機與一條總線相連，并大幅擴充其驅(qū)動性能及沖突防護能力，并將通用總線編碼的應(yīng)用范圍擴展至EIARS485標準。RS485是一種電子介面規(guī)格，它定義了一種以單一均衡物件為基礎(chǔ)的多點雙向（半雙工）通訊鏈路。它是一種非常經(jīng)濟、噪聲抑制、傳輸距離、傳輸速率和廣共模范圍的通訊傳輸平臺。（二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)造針對常熟電力公司220KV電壓等級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與裝置，本系統(tǒng)中的監(jiān)測系統(tǒng)采用RS485總線進行數(shù)據(jù)采集，每個總線與幾個智能數(shù)據(jù)采集單元相連，并不影響數(shù)據(jù)的實時采集。該總線控制器用于對工控機的串行接口進行擴充，并將RS485與RS232轉(zhuǎn)換成RS232。以下是采用的硬件方框圖：圖3-2采集系統(tǒng)硬件框圖（三）數(shù)據(jù)通訊在進行數(shù)據(jù)采集之前，必須按照各采集模塊的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，編制DLL文件，對各智能模塊的波特率、地址等電測量參數(shù)進行設(shè)定，并在采集成功后，對DLL文件進行調(diào)用，獲取電測量的真實值。上位機通過向下位機發(fā)出采集命令，獲得下位機的應(yīng)答，在命令發(fā)出后，智能采集模塊會立刻做出反應(yīng)，將采集到的數(shù)據(jù)進行傳輸，最終由主機從串口中提取出來自下位機的數(shù)據(jù)，由上位機通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)，利用DDL驅(qū)動程序?qū)?shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫的要求進行數(shù)據(jù)處理。各現(xiàn)場總線間的設(shè)備根據(jù)各自的地址，按平行的順序進行采集。數(shù)據(jù)采集分為四個階段：組態(tài)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理。（四）現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果本文以常熟電力公司220KV電壓等級系統(tǒng)為例，從結(jié)構(gòu)、硬件、軟件的配置、應(yīng)用等方面進行了論述。常熟電廠綜合自動化系統(tǒng)日前已投入使用十余年，目前運行情況良好。圖3-3為一控制面板的原理圖，它由一種智能化的資料收集模組及一電壓變流器組成。圖3-4是一種智能數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的原理圖，尤其是它的結(jié)構(gòu)和線路。圖3-5是一個發(fā)電站的直接圖，該發(fā)電站的二次信號和設(shè)備。圖3-6是一家發(fā)電廠的監(jiān)測線路。圖3-3控制屏內(nèi)部圖圖3-4智能采集模塊圖圖3-5電廠直流屏圖3-6遠程監(jiān)控界面圖總結(jié)電力一體化自動化的發(fā)展與電力工程中的控制系統(tǒng)的開發(fā)同步進行。隨著電力系統(tǒng)自動化的不斷深入，電力系統(tǒng)的自動控制正在逐漸達到。文章介紹了電力自動化一體化系統(tǒng)的作用，并對其在電廠中的應(yīng)用進行了分析和探討。實踐證明，電力綜合自動化系統(tǒng)是集測量、控制、通信、繼電保護于一體的現(xiàn)代化綜合電力系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有十分重要的意義。一體化的電力自動化系統(tǒng)也能有效地降低企業(yè)的附加能源，降低企業(yè)的運營費用，增強企業(yè)的市場競爭力。針對目前我國電力系統(tǒng)自動化程度低、熱電廠自動化程度低等問題，對目前我國燃煤電廠推行節(jié)能管理體制存在的問題進行了分析，并提出了采用分層、以太網(wǎng)等方式來實現(xiàn)全電廠的一體化自動化。給出了該系統(tǒng)的設(shè)計方案。并對設(shè)備安裝、