发电厂厂用电气监控管理系统(ECMS)

RCS-9700发电厂厂用电气监控管理系统（ECMS）1概述2000年起，为了适应电厂厂用电监控自动化的需要，南瑞继保在总结多年从事厂站开发、研究的基础上，采用统一硬件平台、统一软件平台，开发了新一代RCS-9700监控系统，该系统对电厂厂用电信息从系统的高度进行了全面统一的考虑。2002年8月25日通过国电公司鉴定：系统设计先进，运行稳定，性能优良，调试维护方便，满足电力系统使用要求。系统的主要技术性能指标达到了国际同类系统的先进水平。RCS-9700发电厂厂用电气监控管理系统集合保护功能和测控功能，保护和测控功能自始至终既相对独立又相互融合，为发电厂电气自动化提供了一个完整的解决方案，能满足各种机组容量等级发电厂的电气自动化需要。发电厂电气监控管理系统——ECMS（ElectricalControlandManagementSysteminpowerplants）即原来的FECS、EFCS、ECS等，是中国电力顾问集团鉴于厂用电监控管理系统名称混乱而进行统一的（详见电顾问2008[20]号文）。2电气监控管理系统2.1分布式结构RCS-9700发电厂厂用电气监控管理系统（以下简称RCS-9700ECMS系统）采用分层、分布、开放式网络系统结构，具有典型的三层结构：站控层、通信管理层、智能终端层。站控层——采用双以太网冗余结构，根据需要可设置数据库服务器、电气操作员站、电气工程师站、打印机以及负责与其它系统通信的通信网关，形成电气系统监控、管理中心。通信管理层——主要由通信管理单元、交换机等组成。采用通信管理单元实现规约转换和装置通信，并转发站控层及DCS系统的遥控命令。由于现场保护测控单元等智能设备数量多，一般机组10kV厂用电子系统、6kV厂用电子系统、380V厂用电子系统、厂用公用子系统和其他智能设备可分别组网，保证了系统的实时性和稳定性。各子系统可分别设置通信管理单元，根据需要可为双机冗余设计。各通信管理单元接于上位机层以太网，同时可以经RS232/RS485/RS422串口直接与相应机组DCS的电气控制器DPU相联，实现数据交换。智能终端层——由分散的电气智能装置（如安装在厂用高低压配电柜的保护测控装置、微机型元件保护装置、AVR、ASS、UPS控制器、直流系统控制器等）构成,执行DCS或电气监控的各种指令并向DCS或电气监控发送监控、监测信息。智能终端层采用RS485、Worldfip等现场总线或以太网组网，双网冗余配置，将综合保护测控装置中的保护、测量、控制、计量等信息量通过通信口上传到通信管理单元。2.2厂用电气监控管理系统方案2.2.1组网方案1如图1为RCS-9700ECMS系统方案1。图中工程师站（兼数据库服务器）、操作员站、网络打印机、与SIS、MIS等系统的通讯网关、GPS时钟接受和同步系统等组成站控层监控中心；通信管理单元、以太网交换机等组成通信管理层；厂用电保护、测控装置、机组保护以及其他智能设备组成智能终端层。发电机－变压器组、高低压厂用电源等电气设备的控制、监视和管理在ECMS实现，电动机的监测管理信息进入ECMS。电动机的控制仍由机组DCS实现。在机组集控室设置ECMS操作员站，ECMS不与机组DCS通信，两个系统互相独立，职责明确。DCS系统负责全厂的热控系统的监控，DCS系统可以减少用于厂用电源部分的控制器及卡件；ECMS系统负责厂用电源部分的监控，同时可以通过通讯方式监测电动机状态。高压厂用电保护测控装置通过双100M以太网直接与站控层通讯，低压厂用电设备通过总线方式经通信管理单元后与站控层通讯，通信管理单元冗余配置，保证了系统的可靠性。对于对时网，RCS-9785C/DGPS对时装置接受卫星对时信号（RCS-9785C/D也可经IRIG-B对时方式与DCS进行配合，确保全厂时间同步），对时报文通过以太网发送到监控系统、通讯管理单元，同时提供硬接点信号供各保护和智能设备精确对时，此外，RCS-9785C/D可经IRIG-B对时方式对智能装置实现精确对时，当距离较远或需要较多的硬接点对时时，可配置对时扩展装置。图1发电厂厂用电气监控管理系统方案12.2.2组网方案2如图2为RCS-9700ECMS系统方案2。图中工程师站（兼数据库服务器）、操作员站、网络打印机、与SIS、MIS等系统的通讯网关、GPS时钟接受和同步系统等按照机组分别设置；通信管理单元、以太网交换机等组成通信管理层；厂用电保护、测控装置、机组保护以及其他智能设备组成智能终端层。此方案的宗旨跟方案1一致，发电机－变压器组、高低压厂用电源等电气设备的控制、监视和管理在ECMS实现，电动机的监测管理信息进入ECMS。电动机的控制仍由机组DCS实现。在机组集控室设置ECMS操作员站，ECMS不与机组DCS通信，两个系统互相独立，职责明确。DCS系统负责全厂的热控系统的监控，DCS系统可以减少用于厂用电源部分的控制器及卡件；ECMS系统负责厂用电源部分的监控，同时可以通过通讯方式监测电动机状态。系统按照机组分别组网，公用部分的信息组网后经VLAN区分后分别接入每台机组各自的网络，机组之间的信息相互隔离，这样保证了系统网络的负荷较低同时网络结构比较合理，符合运行、检修的习惯，这种结构尤其适用于多台机组且装置数量较多的情况。对时方式同方式1。图2发电厂厂用电气监控管理系统方案22.2.3组网方案3如图3为RCS-9700ECMS系统方案3。图中工程师站（兼数据库服务器）、操作员站、网络打印机、通信网关、GPS时钟接受和同步系统组成电气系统监控中心；通信主站、通信管理单元、以太网换交换机等组成通讯管理层；厂用电保护、测控装置、机组保护以及其他智能设备组成智能终端层。系统通过串口或以太网口等与DCS通讯，可以上送装置保护动作、告警、开关位置等开关量信息，以及遥测量等模拟信号，同时也可以接受DCS下发的遥控命令。此方案ECMS系统作为DCS系统的后备系统，二者功能有重复部分。对时方式同组网方式1。图3发电厂厂用电气监控系统方案32.2．4配置方案说明对于通用的厂用电电气监控管理系统，一般根据需要采用方案1、方案2、这是电顾问2008[20]号文所推荐的方案，方案3为上一代ECMS系统采取的主要方案，由于ECMS与DCS关联较多，系统划分不明确，运行效果不佳，因此电顾问2008[20]号文不推荐此方案。而实际工程往往要求有所不同，此时需根据需求作相应调整。典型配置说明：（1）上位机层：配置操作员站、工程师站、通讯网关、打印机，并根据需要配置不间断；（2）通讯管理层：配置以太网交换机、以及配置适当数量的通信管理单元；（3）对时系统：配置GPS对时接收装置、对时接点扩展装置；（4）通讯电缆：配置串口通信双绞线、以太网通信超五类线、多模光纤等。3系统特点3.1技术特点1.整体设计思想RCS-9700电气监控系统采用整体设计的思想，从厂用电监控系统自动化的需求出发，精心设计所需的每个设备，具有技术先进、安全可靠、联接方便等特点呢。2.分布式系统分层分布式结构：设备和信息的组织面向对象，配置灵活，扩展方便。开放式系统：通过组件技术的使用，可实现硬件、软件功能“即插即用”。3.设计先进工艺精良RCS-9700网络设备从设计到生产均考虑了工业现场的严酷需求，硬件设计采用专用工业级芯片，模块化结构，多项抗干扰及防误措施，确保了网络设备具有良好的抗干扰性能，保证了网络设备能在复杂的工业环境下长期稳定运行。网络设备采用直流供电，方便现场的施工。4.嵌入式系统RCS-9700网络设备均采用先进的嵌入式处理器及工业实时多任务操作系统构成专用软、硬件平台，与采用通用计算机方案相比，系统构成简单、配置灵活，而且系统不会受到病毒等因素的影响，安全可靠，免维护。5.双网设计所有设备均可提供两路以上10/100M以太网，介质为光纤或双绞线，双网热备用，实现无损切换，采用TCP/IP、UDP等多种网络协议。6.强大的通讯功能通讯管理单元提供多种现场总线、串行口、以太网接口，支持各种部颁标准规约，工业标准规约（和DCS通讯）。可方便地与保护、直流、励磁、同期等智能设备的直接通讯。7.精确的对时网络从系统对时进度的要求出发，整体设计对时网络的每个装置，可满足多种对时方式，如脉冲空节点对时、485差分对时、IRIG-B、RS232等方式；可配置主备双时钟同步源，实现了GPS的冗余配置。8.调试维护方便网络设备配备了功能强大的使用维护工具，维护和系统调试工作简单、便捷，同时网络设备还具有自诊断功能，可通过网络联机维护和监测。3.2监控系统软件特点1.先进的设计思想和编程技术后台监控系统采用了面向对象、模块化的设计思想，遵循国际标准，符合开放性系统的设计要求。系统内的各功能、任务模块和数据库可以分布到不同的计算机节点上。系统通过“功能插件”获得强大的可扩展性，可随时加入扩展的新功能，实现软件的“即插即用”，插件模块接口公开、可用任何编程语言开发。2.全面的跨平台解决方案系统可实现软硬件平台的可变性，跨平台可视化技术和操作系统屏蔽中间件的应用，使系统具有更高的可移植性，实现了强大的UNIX平台系统与出色的Windows2000平台系统的有机结合，最大程度的满足了用户对系统灵活性和可伸缩性的要求。3.兼顾实时与海量的数据库系统实时数据库和商用数据相结合的一体化设计，兼顾了海量数据与频繁访问的实时数据之间的平衡。使系统能够在充分保证实时性能要求的前提下，记录并存储各类历史数据及事件。实时数据库管理系统采用面向对象，分布式的设计思想，具有Client/Server和Producer/Consumer模式，具有极快的实时响应性，能很好的满足电力系统实时性的要求。商用数据库主要用于电力系统数据库建模、历史数据存储、告警信息的登录、以及数据库一致性的检查、一致性和完整性的保证等。RCS-9700可支持多种基于SQL的关系型商业数据库平台，如：MySQL，MicrosoftSQLServer，ORACLE等。4.先进实用的图形系统监控软件中的图形系统基于南瑞继保公司自行研制开发的组件化通用图形平台，该平台是一个功能强大，使用方便，集建模、组织、开发、运行于一体的图形平台，是一套专门用来创建各种图形应用界面的系统。5.网络体系支持双百兆以太网运行方式，双网热备用，动态监视网络运行状况，实现无损切换，采用TCP/IP、UDP等多种网络协议。6.图模库一体化建模通过绘制一次接线图的方式自动实现设备模型的建立、入库和拓扑关系的自动生成。7.自诊断和自恢复监控系统配备完善的在线自诊断能力，能及时发现各设备、网络或装置的故障，及时给出报警信息。系统具有自恢复功能，当系统出现程序死锁或失控时，能够使系统恢复到正常运行状态。8.先进的软件质量管理体系软件开发遵循CMMI流程控制，为产品提供了可靠的品质保证。3.3监控系统功能3.3.1系统功能在线监控系统在线监控系统是RCS-9700系统为运行人员提供的操作平台，视使用的场合不同，以网络工作站的形式出现或独立计算机的形式出现。任何一台运行在线监控系统的机器，都称为监控终端。它的主要功能是：(1)显示一次设备状态，以及实时数据，包括接线图、地理图、数据一览表等，并可以人工打印图形。(2)显示事件信息，事件信息包括：遥测越限报警、遥测越限恢复正常、遥信正常变位、事故变位、SOE、遥调、遥控结果等。(3)显示事件列表，并提供各种查询手段。(4)显示保护信息,包括保护动作信息,保护自检信息，保护定值,故障波形。可以进行保护信号复归、保护定值整定。(5)进行遥调、遥控操作。(6)进行人工置数操作。(7)进行报警确认操作。(8)显示保护事件信息列表，并提供查询手段。(9)显示保护信息,包括保护动作信息,保护自检信息，保护定值,故障波形。可以进行保护信号复归、保护定值整定。(10)显示实时曲线和历史曲线。(11)显示实时列表和历史报表，进行人工打印。(12)自动打印历史报表。(13)监视系统串口报文。在线监控具有如下特点：(1)丰富的实时报警功能:分层：实现从厂站到