火电厂电气自动控制网络

技术领域

本发明属于电气自动化控制工程技术领域，具体涉及一种火电厂电气自动控制网络。

背景技术

火电厂电气的综合保护控制模式可以实现基于交流采样的保护、测量、录波、控制和通信，这种新型的计算机保护系统可以更快更便捷的采用现场总线、工业化以太网等技术形成控制网络。但是目前的原系统数据上传时延过长，网络丢包、系统可靠性不高、网络不可靠等问题。

现有技术主要存在以下几方面问题：1)原系统重要功能缺失，如无历史事件中的模拟量、开关量曲线查询功能，不能对保护动作时的各个量进行分析，不能实现较复杂逻辑组态功能等，不能远程在线调看保护装置故障录波文件，不能实现网络对时；

2)6kV和380V厂用电保护装置组网不合理，同一段电气母线上设备通讯线采用串联敷设，其中某一台设备电缆故障将导致整段设备通讯异常；

3)采用多层组网转发，数据上传延时过长，网络丢包情况严重；

4)6kV及380V厂用电保护装置投运年限均超过10年，且均已停产，备品备件不能保证现场的需要，测控装置本身性能不稳定，死机情况频发，对系统设备的安全稳定运行带来较大的隐患；

5)通讯能力及抗干扰能力不强，在大数据传输时易发生数据丢失情况，特别是当运行机组出现重大状况，大量电气设备集中改变运行方式时，旧的 FECS系统响应速度慢的缺陷曝露出来，影响运行人员对故障的及时判断和处理，影响数据可靠性，为机组的安全稳定运行提供保障，现系统必须进行升级改造。

常见的电气自动化控制系统应用场景大多数采用二层网络结构，即间隔层和站控层，间隔层接入各种保护装置，站控层负责数据采集、分析、处理、显示和转发，各种逻辑组态也在站控层实现，属于集中控制方式。这种系统的风险集中在站控层，属于全局型的风险，即站控层故障将导致全系统功能的失去，只有间隔层保护装置本身保护功能会发挥作用，影响很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火电厂电气自动控制网络，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

火电厂电气自动控制网络，包括站控层模块，以及与所述站控层模块相连接的管理层模块，以及与所述管理层模块连接的间隔层模块；

所述站控层模块包括自动化单元、站域控制单元、通信单元、对时单元，用于实现面向全站或一个以上一次设备的测量和控制功能，完成数据采集和监视控制、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理；所述管理层模块包括管理层设备，其分散布置在各配电间；所述间隔层模块包括保护测控装置和智能设备，用于完成就地电气设备的保护、测量、控制功能，通过通信总线与站控层模块通信。

进一步的，所述站控层模块还包括站控层设置工作站六台；其中，在工程师室内设置工程师站两台，在集控室操作台上设置电气操作员站一台，在电子设备间内设置DCS转发站两台，SIS转发站一台。

进一步的，六台所述工作站以星形方式接入站控层主交换机，组成站控层局域网，主交换机设置在机组电子设备间内。

进一步的，所述管理层设备包括通信管理机，其按电厂不同工艺流程分散布置在各配电间。

进一步的，所述通信管理机分散布置在各配电间的保护通信柜内，通过光缆接入机组电子设备间站控层模块的主交换机。

进一步的，所述通信管理机位于整个系统网络的中枢位置，起着承上启下的作用，向下接入间隔层模块的各种保护测控装置。

进一步的，所述间隔层模块还包括网络交换机，所述网络交换机向上连接所述保护测控装置和智能设备，向下连接所述站控层模块中的自动化单元、站域控制单元、通信单元、对时单元，用于内部信息交换。

进一步的，所述保护测控装置的组网有两种方式，6kV保护装置采用星形方式组成局域网，380V保护装置采用串行总线组网，所述网络组成模块包括星形方式组成局域网和串行总线组网，并与通信总线相连接。

进一步的，所述星形方式组成局域网采用了带屏蔽的网线和水晶头；所述串行总线组网采用了多个并行串口的通信管理机，将通信管理机管理的保护装置平均接入各串口，保证每台保护装置数据上传到通信管理机的极限时限时延控制在1秒之内。

本发明的技术效果和优点：本发明提出的火电厂电气自动控制网络，与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明中采用三层网络结构，即间隔层、管理层和站控层，将站控层的部分重要功能下放到管理层，由管理层设备来实现逻辑组态、数据转发等重要功能，并将间隔层按电厂工艺流程划分不同的工艺区，分设不同的管理机来管理，这样将风险进一步分散，同时，网络和管理机采用“1+1”冗余配置，进一步降低了系统的风险；

2、本发明针对旧系统升级改造工期长、涉及换型设备多、机组有启停要求的场景，需要保证新旧FECS系统长期并列运行，原有的数据转发通道保留，新设置一个数据转发接口，针对ABB公司的DCS系统，新增换型保护装置转发数据相关信息点及标签，弃用原有的信息点及标签的操作思路更清晰和安全，对新增标签做好“new”r标识，以利于区别，整个施工期间，所有设备都能实现正常监控，待所有换型完成，拆除旧FECS系统即可。

附图说明

图1为本发明一种火电厂电气自动化控制系统的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中提供了一种火电厂电气自动控制网络，示例性的，如图1 所示的，包括站控层模块，以及与所述站控层模块相连接的管理层模块，以及与所述管理层模块连接的间隔层模块。全系统采用三层网络结构，即间隔层、管理层和站控层，将站控层的部分重要功能下放到管理层，由管理层设备来实现逻辑组态、数据转发等重要功能，并将间隔层按电厂工艺流程划分不同的工艺区，分设不同的管理机来管理，这样将风险进一步分散。同时，网络和管理机采用“1+1”冗余配置，进一步降低了系统的风险。

所述站控层模块包括自动化单元、站域控制单元、通信单元、对时单元，用于实现面向全站或一个以上一次设备的测量和控制功能，完成数据采集和监视控制、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理；所述管理层模块包括管理层设备，其分散布置在各配电间；所述间隔层模块包括保护测控装置和智能设备，用于完成就地电气设备的保护、测量、控制功能，通过通信总线与站控层模块通信。

所述站控层模块还包括站控层设置工作站六台；其中，在工程师室内设置工程师站两台，在集控室操作台上设置电气操作员站一台，在电子设备间内设置DCS转发站两台，SIS转发站一台。六台所述工作站以星形方式接入站控层主交换机，组成站控层局域网，主交换机设置在机组电子设备间内。

所述管理层设备包括通信管理机，其按电厂不同工艺流程分散布置在各配电间。所述通信管理机分散布置在各配电间的保护通信柜内，通过光缆接入机组电子设备间站控层模块的主交换机。所述通信管理机位于整个系统网络的中枢位置，起着承上启下的作用，向下接入间隔层模块的各种保护测控装置。

比如机组6kV配电间按工艺流程不同可先划分为A、B段，再在A、B段中又可划分为电动机和变压器不同工艺流程，又可将汽机变与汽机工作段 380V设备单独组成1个工艺流程，等等。其目的是将网络风险最小化，并且同一工艺流程内的设备划分给同一通信管理机管理，便于相关联设备逻辑组态的实现，比如汽机工作段上汽机零米单台负荷MCC段两路电源进线开关的备自投逻辑。

所述间隔层模块还包括网络交换机，所述网络交换机向上连接所述保护测控装置和智能设备，向下连接所述站控层模块中的自动化单元、站域控制单元、通信单元、对时单元，用于内部信息交换。

所述保护测控装置的组网有两种方式，6kV保护装置采用星形方式组成局域网，380V保护装置采用串行总线组网，所述网络组成模块包括星形方式组成局域网和串行总线组网，并与通信总线相连接。另外，通讯网络采用 1000Mbps的冗余以太高速网络作为信息传递和数据传输的媒体。通讯网络交换机、通讯网卡等网络设备采用标准化的工业级产品，具体在产品的选择上，采用国际先进水平的美国科动和莫沙交换机。

所述星形方式组成局域网采用了带屏蔽的网线和水晶头；所述串行总线组网采用了多个并行串口的通信管理机，将通信管理机管理的保护装置平均接入各串口，保证每台保护装置数据上传到通信管理机的极限时限时延控制在1秒之内。

具体的，机组厂用测控装置的换型改造以原系统组网情况为依据，按组网工艺分区、分阶段对保护装置进行换型改造，并进行相应的组网改造，开设新的数据通道来转发DCS侧电气数据，转发SIS侧电气数据，并完成相关电气画面的关联修改工作，同时对旧系统进行圆环，防止旧系统开路造成通讯异常。

原FECS系统应用软件基于Windows2000操作系统开发的，应用软件功能不够完善，常用的历史数据曲线查询功能、复杂的逻辑组态功能都不能实现，不利于功能升级，服务器主机硬件更新换代过快，市面上已没有与 Windows2000操作系统相匹配的服务器，操作系统日常维护工作困难。新新升级FECS系统应用软件基于Window10操作发的，功能完善，较好地解决了功能升级的问题，日常维护方便。

新6kV保护装置采用双以太网电通信接口，取消原串口通信组网结构，采用局域网组网结构。将保护接入装置“通信管理机”分别布置在各自配电间的保护通信柜内，实现分布式冗余组网。采用屏蔽超五类双绞网线和带屏蔽水晶头。分布式组网的优点是，①站控层SCADA主机故障不影响通信管理层及以下设备正常运行；通信管理机故障不影响间隔层保护装置的正常运行，即网络风险是分散的，全局型网络风险机率很小；②采用以太网组网，较大地提升了通信数率，减少了通信时延，且通信质量好，无丢包问题，提高了数据的可靠性；③采用带屏蔽的网线和水晶头，提高了通信抗电磁干扰的能力，提高了通信质量。

新系统网络结构精简、合理。数据采集上传时延大幅度改善，满足运行人员监屏要求，系统各部分陆续完成改造并投入运行，三年以来，观测系统运行稳定，无影响系统性能缺陷，符合设计要求，从根本上消除了原系统设计缺陷及设备老化带来的性能隐患、为600MW机组连续稳定运行提供了有力的保障。针对旧系统升级改造工期长、涉及换型设备多、机组有启停要求的场景，需要保证新旧FECS系统长期并列运行，原有的数据转发通道保留，新设置一个数据转发接口，针对ABB公司的DCS系统，新增换型保护装置转发数据相关信息点及标签，弃用原有的信息点及标签的操作思路更清晰和安全，对新增标签做好“new”r标识，以利于区别，整个施工期间，所有设备都能实现正常监控，待所有换型完成，拆除旧FECS系统即可。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。