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垃圾电厂监测模式ECMS系统实例探究李丽丽

发表时间：2020/4/9 来源：《电力设备》2019年第23期作者：李丽丽

[导读] 摘要：垃圾电厂电气监控管理系统ECMS是用通信的方式，实现对垃圾电厂电气系统进行监控和监测，将DCS中的电气控制的部分内容剥离出来，随着通信技术的进一步发展，发电厂内的各类电气设备都有更为兼容、更为多样的通信方式，ECMS系统也日益成熟，在垃圾电厂中增设ECMS系统已成为新的发展趋势。

        （上海市机电设计研究院有限公司上海市 201900）
        摘要：垃圾电厂电气监控管理系统ECMS是用通信的方式，实现对垃圾电厂电气系统进行监控和监测，将DCS中的电气控制的部分内容剥离出来，随着通信技术的进一步发展，发电厂内的各类电气设备都有更为兼容、更为多样的通信方式，ECMS系统也日益成熟，在垃圾电厂中增设ECMS系统已成为新的发展趋势。本文以上海电气环保热电（南通）有限公司1#、2#、3#炉技改扩项目（以下简称南通如皋垃圾电厂）为依托，对ECMS系统进行深入探讨，逐步掌握ECMS系统的配置、结构及功能等。
        关键词：垃圾电厂；监测模式；ECMS系统;
        一、项目背景介绍：
        本文依托于上海电气环保热电（南通）有限公司1#、2#、3#炉技改扩项目，坐落在江苏省如皋市石庄镇的上海电气环保热电（南通）有限公司，目前日处理生活垃圾的规模为1500，共配置4台500吨的垃圾焚烧炉(3用1备)以及2套15MW汽轮发电机组（装机总容量30MW）。公司承担着工业园区热负荷的供应，目前的最大供汽量为160t/h，抽汽温度达到300℃，抽汽压力为1.27MPa。随着外部环保要求的变化，本项目规划新建3×750t/d垃圾焚烧机械炉排炉处理线，日处理规模2250吨，以适应城市生活垃圾的增加。焚烧线建成后，拆除原1#、2#、3#流化床，不新建汽轮发电机组和主变。
        本工程以尽可能不间断地焚烧处理生活垃圾作为主要目的，电气系统的设计应保证焚烧线能够在额定工况下安全、可靠、稳定运行，年运行时间按8000h考虑。中压厂用电系统为10kV，低压厂用电系统为380V。在配电间里共设置四段10kV母线，分别为5#炉10k段，6#炉10kV段，7#炉10kV段及10kV备用段；4#炉10kV段布置在主厂房的#4炉10kV配电间内。在新建的5#、6#、7#号锅炉区域设置380V低压配电间。
        二、ECMS系统引入的原由：
        1. 根据项目现场多年的反应，以往的DCS控制模式下，厂用电系统仅将保护动作、远方控制、分合闸状态等若干信号以硬接线的方式接入DCS系统。有鉴于此，当电气设备出现故障时，维护人员从后台监控系统中收到的信息量极少，很难及时准确的处理问题。如果引入ECMS系统，各个保护测控装置通过通讯方式接入监控后台，电气数据量极大丰富，这保证了电气保护装置信息量的完整，为电厂实现智能化控制及管理提供平台。
        2.垃圾电厂内电动机、变压器数量多，其电度、电流、电压信号量大，且这些信号仅是电气系统内部信号，将其转化成4~20mA信号经硬接线接入DCS系统时，尤其是变压器和电动机的电度信号，经常会出现显示不良的情况。鉴于此，可将电度表、电流表、电压表等通过RS485通信方式,现场将设备串联起来，一并接入ECMS监控后台,不仅解决了信号不良的问题，还节省大量测量用控制电缆。
        3.垃圾电厂的DCS系统价格与IO点的数量有直接关系，将电气系统中除电动机部分的信号量直接接入ECMS系统，可以减少DCS系统的内容，DCS系统的造价会有一定幅度的下降，带来明显的经济效益。
        综上所述，在与业主进行有效沟通后，南通如皋垃圾电厂项目决定增加一套电气监控管理系统ECMS。
        三、ECMS系统简介：
        ECMS系统是通过通信网络，将垃圾电厂内的各种电气设备保护装置、测控装置、自动装置等组织成一个分层分布式的综合自动化系统，实现对电气设备的监控和监测管理，主要监控设备包括高低压厂用电、发电机-变压器组、励磁、同期、备自投等。现阶段ECMS系统根据功能的不同，主要分为监控模式和监测模式两种。垃圾发电厂电力网络电气监控系统NCS可与ECMS系统进行统一规划。
        ECMS系统分为三个层次，分别为：站控层、通信管理层和设备现场层。当采用监控模式时宜采用双网、双冗余配置。当采用检测模式时可采用单网模式。站控层设备主要负责整个电厂内的电气系统的集中监测并可与DCS系统进行通讯联络，其硬件设备主要包括冗余的系统服务器、操作站、工程师站、冗余配置的网络交换机、打印机、对时装置以及其它网络设备等。通信管理层包含间隔层内电气设备所需要的通讯管理机及网络设备，通信管理层在站控层和设备现场层之间起到通信桥梁的作用，可以做到控制命令和监测信息的“上传下发”。设备现场层就是电厂内的各种电气设备，这些设备包括发变组保护、厂用电、交直流系统、同期、励磁、备自投、快切、小电流接地选项装置等。
        四、ECMS系统功能：
        电气监控管理系统(ECMS)可完成对垃圾电厂内的发变组、同期、励磁、厂用电系统、交直流系统等相关电气设备的监控、监测、管理及维护功能，并能向DCS系统传送信息。其主要功能如下：
        1.数据采集：ECMS系统能够采集设备现场层的各种模拟量、数字量、脉冲量以及设备的保护信息、变位信息、故障、状态等信息量。
        2.监视告警：通过站控层液晶显示器（LCD）对垃圾电厂内主要电气设备运行参数和设备状态进行监视，当采集的模拟量超限、数字量变为及自诊断故障时均进行报警。同时在工程师站液晶显示器的画面上推出相应的画面，并有设备颜色改变。
        3.控制操作：运行人员可根据输入命令实现断路器、起备变、调压开关等的操作，并且可以通过电气设备的通讯口对保护进行定值整定和信号复归等操作。
        4.人机接口：接口设备包括大屏幕显示器，键盘、打印机等。运行人员可方便得进行设备操作、参数设置、画面调取、日期设定、报警确认等。
        5.管理功能：通过站内的通信网络，可进行设备管理、运维管理、工作票管理、安全生产管理等内容。
        6.统计计算：ECMS系统经数据采集，可将数值变换和数值累计情况进行汇总，可得到各主要电气设备的使用功率、电度量、机组发电量、厂用电率、发电成本、设备使用寿命等参数。
        7.通讯接口：该系统能够与现场层各种电气设备以及DCS进行通信，通信方式多样灵活，包容性强。
        8.自诊断功能：当计算机系统发生故障或发生错误时，自诊断程序能正确地判断出故障内容，能对计算机硬件进行检测，指出故障插件，将其退出在线运行，以便迅速更换。检测结果打印记录。
        9.专家系统：ECMS系统存储了大量运维中实际问题的处理方法，能对典型的设备异常或事故提出有针对性的操作指导意见，并编制设备运行技术统计表，推出相应的操作指导画面。
        五、本工程ECMS系统特点：
        1. 采用监测方式，电气设备的控制功能仍有DCS实现：
        南通如皋垃圾电厂历经多次改造，前期工程中，电气设备均由DCS控制，电厂运维人员熟悉相关操作流程，考虑到运行人员的操作习惯，本期ECMS采用监测方式，设备控制仍由DCS系统实现。
        2. 单网结构：
        根据相关设计技术规程，当ECMS系统采用监测功能时，现场层宜采用单网，通信管理层及站控层的网络可采用单网或双网。本工程站控层和通信管理层均采用以太网单网连接，现场层和通信管理层通过现场总线连接。仅服务器采取冗余配置，既满足设计要求，同时节约通信管理层内大量的通信管理机。
        3. 电气设备均采用网络对时：
        南通如皋垃圾电厂之前存在对时不统一的问题，本期改造中新增对时装置一套，用于全厂电气设备及DCS系统的对时。其中本期电气设备的保护、监测、自动装置通过RS485双绞线接入ECMS系统，ECMS接受一路对时后，便可实现本期电气设备的网络对时，使对时接线简化，节省对时电缆。
        4. ECMS与DCS的分工明确：
        1）厂用电10kV、380V系统（包括：10kV厂用电综保装置、380V厂用电框架断路器及马达保护器、快切、备自投等装置）采用硬接线方式接入DCS，并通过RS485通讯方式接入ECMS。即保留开关分合闸控制命令、开关跳合闸位置、远近控切换、电气异常及保护动作信号以硬接线方式接入DCS系统实现监控，剩余信号量、电能计量等均可通过RS485通讯方式接入ECMS系统进行监视，同时ECMS也可通过与SIS的通讯进入SIS系统监视。
        2）发变组保护、励磁系统、同期、直流、UPS、EPS等重要控制和信号采用硬接线接入DCS进行监控，同时相关信号也可通过设备通讯口与ECMS的通信，并在ECMS系统中进行监视。在DCS操作台上需设置发变组断路器、灭磁开关紧急跳闸按钮不经过DCS系统可直接动作于设备。
        5．ECMS系统软件特点：
        南通如皋垃圾电厂ECMS系统软件采用金智科技的DCAP-4000 发电厂电气监控管理系统，该系统具有强大灵活的通信方式；采用多种方法和技术来保证数据的实时性能；实现开放式系统，支持第三方软件的嵌入，提供二次开发接口；采用冗余容错技术，各个层的设备均具有自诊断能力，从而确保系统稳定可靠；使用网络分段、专用通信端口、特殊数据包格式、加密的数据算法等方法进一步提高网络传输的安全性。
        六、ECMS系统实现过程中特别注意事项：
        1. ECMS系统对外接口多：
        ECMS系统通过以千兆太网接口与机组SIS进行通信，实现与DCS系统的交换数据。ECMS系统提供与前期电气监控系统的接口，能够实现与前期电气监控系统的协调配合。ECMS系统还要预留到电力公司的通讯口，通讯规约及内容需满足电力公司要求。在现场施工时，系统集成防需要考虑多方配合，以达到运行要求。
        2.现场层电气设备众多，生产厂家各不相图，在设备订货阶段，可要求全厂保护、监测、自动装置均采用MOUDBUS协议，并可通过RS485双绞线接入各自通信管理层，设备对时均采用网络对时。
        七、本工程ECMS系统图：

        八、总结
        南通如皋垃圾电厂ECMS系统的应用，即可简化电气二次接线，节省大量表计、变送器控制电缆，减少DCS系统容量及成本，也能保证保护测控数据上传的完整性，满足现场维护人员的生产要求。ECMS系统随着通信技术的不断发展，在电力设备控制领域有着广阔的前景，本文结合工程实例，对垃圾电厂ECMS系统进行进一步探究，总结积累经验，为今后的电力设计工作做好储备工作。
        参考文献：
        1.电力工程设计手册火力发电厂电气二次设计中国电力出版社 2018
        2.DL/T 5136-2012 火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程
        3.赵一静　仲春华发电厂厂用电电气监控管理系统的设计，[J]科学与财富2016，10，
        4.高艳通讯监控方式的ECMS在燃气电厂中的研究与应用，[J]资源节约与环保 2016，6