基于工业以太网的火电厂电气自动化系统应用研究.txt9母爱是一滴甘露，亲吻干涸的泥土，它用细雨的温情，用钻石的坚毅，期待着闪着碎光的泥土的肥沃；母爱不是人生中的一个凝固点，而是一条流动的河，这条河造就了我们生命中美丽的情感之景。 本文由zhoouruisheng8贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 ２ ０ 年 第 ４期 ０５ （ 第７ 总 ８期 ） 大 众 科 技
Ｎｏ４，０ ５ ． ２０
Ｄ ＡＺ ＯＮ Ｅ Ｊ Ｈ Ｇ Ｋ ｌ
Ｃ ｍｕ ｔ ｅ ｏ７ ： ｕ ｌｉ ｌＮ ． ａｖ ｙ ８ 基于工业以太网的火电厂 电气自动化系统应用研究 马文学 ， 钟汉枢 闫天军 ， （． １华南理工大学自动化科学与工程学院， 广东 广州 ５０４ ； １６０ ２ ． 许继电气保护及 自动化事业部， 河南 许 昌４１０） ６００
ｔ 要】 摘 文章通过对火电 厂电气自 动化系 统现状以及电气系统接入 Ｄ Ｓ Ｃ 组网方式的分析， 提出了 基于工业
以太网技术的组 网方式， 并介绍了该组网方式在许 昌火电厂 ≠ 机组的电气自动化 系统 实施的经验 。 ≠ ６
【 关键词】 厂；Ｃ ； 火电 Ｄ Ｓ现场总线； 工业以太网； 电气自 动化 【 中圈分类号】 Ｐ７＋ Ｔ ２３ ． ５ 【 文献标识码】 Ａ
【 文章编号】０８ １ １２ ５０－ ０７ ０ １０－ １ （ ０ ） ０８— ３ ， ０ ４ ５
１引 言
目前， 随着火电厂单机容量 的增大， 炉 、 机、 电单元 制的出现 ，国内新建或者扩建的大中型火 电厂已广泛 从 ２ 世纪 ８ 年代末至本世纪初 ．对于大部分新 ０ ０
建 或改造的火电厂 。电气系统 的 Ｉ ／ ０信息接入机组 Ｄ Ｓ系统的方式都采用了硬连接方式。这种方式的优 Ｃ 点是电气量的 Ｉ ／ ０模件柜集中布置 ， 便于管理 ， 设备运 行环境好 ； 同时 ， 采用硬接线方式也比较成熟 ， 对现场 信号的反应速度快。但随着信息技术的飞速发展和现
采用 了微机分散控制系统 （ Ｃ ） Ｄ Ｓ 。为了适应机组 的设 计、 运行、 管理和 自动化水平的要求 ． 电厂电气控制 火 应采用炉、 电单元集 中控制。尽管 目前国内许多大 机、 型机组电气部分已进入机组 Ｄ Ｓ分散控制系统 ． 火 Ｃ 但 力 发电厂的 Ｄ Ｓ大都侧重 于机炉控制． Ｃ 对电气系统考 虑较少 ， 电气系统控制发展相对滞后 。 无法满足机 、 炉、 电统一协调发展。 本文通过对火电厂电气 自动化系统现状以及组 网
场总线 、 计算机通信技术的Ｅ益成熟 ． ｌ 硬连接方式的缺 点也 日益明显， 主要包括： Ｃ Ｄ Ｓ系统的投资随着接人量 的数量增加而增加 ；受硬件设备的影响。信息量 的范
围、 种类 、 系统的扩展性能差 ； 无法完成较为复杂的电 气运行管理工作． 难以实现火电厂电气系统的综合 自
动化。 ３２基 于现 场总线 的 火电厂 电气 自动 化 系统 － 方式 的分析 ， 提出了基于工业以太网技术的组网方式． 并介绍 了该组 网方式在许 昌火电厂 发电机组 的电 气 自动化系统实施的经验。
现场总线技术在 电力系统中的应 用是从 ２ ０世纪 ２火 电厂 电气 自动化 系统监控 的范围
火 电厂单元机组电气设备监控范围一般 可分为两
９ ｏ年代初在变电站综合 自动化系统开始的 。 之后在各 种电压等级的变电站综合 自动化、 水电站综合 自动化、 调度 自动化系统和 Ｄ Ｓ的现场控制层中都得到了广 Ｃ 泛应用 。 也取得 了很好的运行效果。 但是 由于在现场间隔层的通信网络采用了现场总 线。 使得传输速率低、 通信节点有限 、 网络拓扑结构不 合理和通用性差 ，在通信主干网应用时有很大的局限 性． 必须要通过通信管理机进行前置中转， 从而增加了 通信环节和设备成本．而且通信管理机容易成为通信 大部分 ： 发电机一变压器组部分和厂用电部分。 其中发 电机一变压器组部分包括发电机一变压器组和发电机
磁系统 ； 厂用电系统主要包括高压厂用电源系统 、 低压 厂用电源系统、 主厂房电动机以及厂用电公用部分等。
３电气控制系统接入 Ｄ Ｓ的组网方案 Ｃ
从火 电厂电气设备进入 Ｄ Ｓ监控 的现状及发展 Ｃ
过程来看 。 火电厂电气设备监控接入 Ｄ Ｓ主要有 以下 Ｃ 几种方式： 硬接线接入方式 、 现场总线接入方式 、 工业 以太网接入方式。 ３１电气系统通过硬接线方式接入 Ｄ Ｓ系统 ． Ｃ
的瓶颈 ．通信管理机的故障会造成大量装置通信中断
而 失去 监控 。 ３３基于 以太 网技术 的火 电厂 电气 自动 化 系统 ． 【 收稿日 ２０－３ １ 期】０５０— ０ 【 作者简介】 马文学（ ７一 ， 河南确山人， １ ３ ）男， ９ 华南理工大学自 动化科学与工程学院 讲师， 研究方向： 发电厂电
气 系统 自动化 。 — —
８ — ７ —
近几年来， 工业 以太网技术凭借其传输速度高、 容 量大、 低成本 、 开放性好、 网络拓扑结构灵活等优势， 不
仅在局域 网应 用领域成为唯一 占主导作用的网络 。 而 且已从办公商业领域进入工业控制领域。国内外大的 电力设备供应商纷纷推 出了基于嵌入式 以太网的微机 保护测控设备并成功运用于二次保护控制设备 ，因而
图 ２许 昌 火电厂 ≠ ≠ ６机组 电气 自动 化 系统 结 构 嵌入式以太网是火电厂电气 自动化系统间隔层局域网 的必然发展方向。其组网结构如图 １ 所示。
图 １ 火 电厂 电气 自动化 系统 间隔层局 域 网组 网结 构 Ｉ ｓ 一 ｒｆｃ绞： ｏ ： 系 』 ： ｌｌ 吾 胀
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中 室 控
ａｊ Ⅳ 弛室 ： ４２间 隔层 ．
间隔层包括 ６ Ｖ ３０ ｋ 、８ Ｖ厂用电系统的综合保护测 控装置和火 电厂电气系统的其他微机保护 自动装置 ，
选用的设备是许继公司 Ｃ Ｚ ８０ Ｃ 一 ００系列保护、测控单 元 组成 。发 变组测控保 护采 用 ２台 ＷＦ 一０ 、 Ｂ ８ １３台 Ｆ Ｋ ８２ １台 ＷＢ 一 １ 、一台 ＷＢ 一 １ Ｃ 一０ 、 Ｈ ８１ Ｈ ８４组合而成。 母联 线路测 控保护 由 １台 Ｗ Ｈ一０ 、 Ｘ ８３ １台 Ｗ Ｈ ｌ Ｘ ８ｌ 和 １台 Ｆ Ｋ ８２组合完成。 Ｋ ℃ ．０ ６ Ｖ系统测控保护单元包 括进线 、分段 、馈线采用 ２台 Ｗ Ｈ ８ １２台 ＷＣ 一 Ｘ 一２ 、 Ｂ
８ １６ Ｖ电动机保护 由 １ ２ ；Ｋ ０台 ＷＤ ８ １来完成 ； Ｈ一２ 母 联、 厂用变备 自投采用 ３台 ＷＢ 一２ 。按照不同的电 Ｔ ８１
气间隔单元 ，厂用电系统的综合保护测控装置分散安 装在各高压设备现场 ， 包括电动机、 低压厂变、 厂用电 火 电厂电气 自动化系统完全通过通信方式接入 Ｄ Ｓ系统 ．把嵌入式 １０ 工业以太网应用于现场间 Ｃ ０Ｍ 工作进线， 备用进线 、 电压互感器的保护测控装置和低 压系统的备 自投装置以及 ３０ ８Ｖ公用测控装置。在站
隔层 。 站控层和间隔层通过双光纤 以太 网进行通信 ， 去 掉了通信管理机。 大大提高了网络通信的速率、 可靠性 和开放性。 站控层的通信子站专门负责和厂级 Ｄ Ｓ系 Ｃ 统的信息交换 。 可通过多台子站 、 多个 １０ 以太网通 ０Ｍ 道和 皿Ｃ ０７ ＿ — ０ ６ ８ｏ ５ １４规约实现和 Ｄ Ｓ的通信 。从而 Ｃ 把火电厂的电气系统完全融入厂级 Ｄ Ｓ系统 。 Ｃ 基于工 业以太网的全面解决方案真正实现了火电厂电气系统
控层或通信网络故障的情况下，间隔层仍能独立完成 间隔层的监测和控制功能 。其他微机保护装置和自动 装置通过嵌入式 以太网通讯网关接入监控系统。 ４３网络 层 ．
火电厂电气系统的特点是分散性强、工作环境恶 劣、电磁干扰的强度大 。因而对于火电厂电气监控系 统。 通信 网络是关键的组成部分． 因而， 通信 网络的好 坏直接影响着火 电厂 电气监控系统的整体性能。
系统采用星型双光纤以太网结构 。 层次分明、 稳定 和厂级 Ｄ Ｓ系统信息交换的无缝联接。 Ｃ ４许昌火电厂 怕 机组的电气 自动化系统 ４１系统设计 ．
可靠 。 能够实现数据的平衡高速无瓶颈传输 ， 能够满足 火 电厂现场的实时性和可靠性要求。星型双光纤连接
许昌火 电厂 ＃ ６发电机组工程为新建 Ｍ 发电机 Ｗ 组． 是在现有发电设施基础上 。 采用清华大学具有国际
保证了数据通信网络上的任一系统或设备发生故障 ，
都不会导致通信系统瘫痪或影响其它联网系统和设备 的工作。 完全符合火电厂电气 自动化系统安全性要求 。
先进水平的垃圾焚烧发电专利技术 。新增两台 ７ ５吨， 小时循环流化床垃圾焚烧锅炉。其电气 自动化系统分 为站控层、 网络层、 间隔层 ３层 ， 如图 ２ 所示。
通信协议支持多种规约，方便与其他厂家的设备互联 互接 ： 本地系统 中采用光纤组网 ， 增强了通信抗电磁干 一
８ 一 ８
扰能力 ； 提供远动通信功能 ， 以以不同的协议向不同 可 的调度所或集控站转发不同的信息报文 ；具有与 Ｇ Ｓ Ｐ
对时的功能 。 可接收 Ｇ Ｓ Ｐ 对时报文 ， 也可接受 Ｇ Ｓ脉 Ｐ 够满足 Ｄ Ｓ系统对数据的实时性要求。 Ｃ 软件采用模块 化设计 ， 遵循开放系统要求 ， 提供高级数据访问接 口。 作为火 电厂电气监控系统中的一个工作站，全部功能 的实现具有完全独立性．可 以直接通过通信子站完成 和 Ｄ Ｓ系统的信息交换 ， Ｃ 从而实现电气系统接入 Ｄ Ｓ Ｃ 系统监控的 目的 。
冲对时信号实现硬件对时 ． 不但减少 了 Ｇ Ｓ与设备之 Ｐ 间的连线． 而且能确保对时的精度。 ４４站控 层 ．
站控层为电厂值班运行人 员提供 电气 系统 的监
整个电气 自动化系统完成的主要功能有 ：实时数 据采集与处理 、 报警处理、 事故追忆数据库建立和管理 维护 、 历史记录处理 、 控制功能、 防误闭锁 、 双机、 双网
切换 ， 系统 自诊断与 自恢复 、 时钟 同步功能 、 画面显示 视、 控制和管理功能． 界面友好 ， 易于使用 ， 能很好地满 足综合 自动化系统的需要 。站控层设备包括 ：操作员 站、 工程师站 、 通信子站。 配备 ３台 Ｄ ｌｔ） ｉ ｅｓＯ （ ） ７０ ， 中 ２ ｅ （ Ｄｍ ｎＶ ｎｔ ４ ０ｎ 其 ｌｉ ｎ ｍ 台做操作员站， 台工程师工作站。 １ 通信子站配备 １ 台 爱瑞 Ｎ ＭＡ Ｒ Ｎ工控机 。 Ｅ ＴＯ 操作员站、 工程师站和通信 子站在逻辑上相互独立。 软件系统模块化结构 。 开放性 较好。 站控层操作系统采用 Ｗｉ ｏ ｓｏ０ 数据库选用 ｎ ｗ２ ， ｄ 和打印、 报表功能、 运行管理 、 网络拓扑分析功能 、 功能 强大的图形生成功能、 基于 Ｗｅ 发布的远程诊断功能 ｂ ５总 结
许昌火电厂 拍 机组电气 自动化系统经过近半年 的施工及系统联调 ， ２０ 年 ２ 于 ０５ 月进入并 网发电试运
行阶段。试运行表明， 设备运行正常 。 达到系统设计的 Ｓ Ｌ００ Ｑ ２０ 。
操作员站可完成的功能包括实时监控、 实时报警、 遥控操作 、 在线设置、 报表 、 曲线、 事故追忆、 运行 日志 、
电气试验等工作。 预期要求 ， 完全能够满足电厂电气自动化要求。 为电厂 的经济可靠运行提供 了技术上的有力保障。
工程师站能实时收集火电厂电气系统的运行和故 【 参考文献】
【 熊淑燕， １ 】 王兴叶， 田建艳， 张伟． 火力发电厂集散 控制系统【 ． Ｍ１北京： 科学出版社 ，００ ２０ ． 【 牟道槐 ， ２ 】 李玉盛 ， 良玉． 电厂变 电站电气部 马 发 分【 ． ： Ｍ】 重庆 重庆大学出版社 ， ０． ２ ４ ０ 障信息 ， 并通过对故障信息的综合分析 ， 为分析事故 、 故障定位和整定计算工作提供科学依据。并能实现对 保护定值和软压板的查询 、 修改等功能 。 可供计算机管 理员进行系统维护用。 完成数据库的定义、 修改和画面 的编辑 、 修改及在线维护 ． 系统参数定义、 修改、 报表的 制作、 修改． 以及网络维护 、 系统诊断等工作。 通信子站作为火电厂电气 监控系统的通信 控制 器。实现和 Ｄ Ｓ系统的 Ｄ Ｕ数据处理单元和站控层 Ｃ Ｐ 主机的信息交换 。可满足多种通信接 口和通讯规约实 现和 Ｄ Ｓ系统的信息交换 ： 口满足 １０ Ｃ 接 ０Ｍ工业 以太 ｐ 李子连． 】 火电厂 自 动化发展综述Ⅱ 中国电力， 】 、
２０ ， ） ０４（． ２ 【 周明． ４ 】 现场总线控 制【 ． Ｍ】 北京 ： 中国电力 出版
社 ．０２ ２０ ．
【 阳宪惠． ５ １ 现场总线技 术及其应 用【 ． ： Ｍ１ 北京 清华 大学 出版社 ．９９ １９ ．
网 、Ｓ３／Ｓ８ 。通信规 约满 足 ＩＣ０７ — —０ 、 Ｒ ２２Ｒ ４５ Ｅ ６８０ ５ １４
ＩＣ ０ ７－ — ０ 、 Ｅ ６８０ ５ １ １部颁 Ｃ Ｔ和 Ｍ Ｄ Ｕ Ｄ Ｏ Ｂ Ｓ等。 通信子站
直接通过 以太 网与间隔层的测量和保护设备通讯 ， 能
【 陈积明 ， ６ 】 王智， 孙优 贤． 以太网的研 究现状 工业 及展望Ⅱ． 自动化及仪表 ，０１（． 】 化工 ２０ ， ） ６ 一
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