淺析小型水電站電力通信自動化問題.doc

淺析小型水電站電力通信自動化問題 曾正奎 （四川久隆水電開發(fā)有限公司，四川雅安625400） 【摘要】通過對小型水電站電力通信自動化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的分析，總結(jié)了現(xiàn)狀地層設(shè)備互聯(lián)通信方式及其運行情況，同時對小型水電站電力通信自動化的發(fā)展趨勢做出了相應(yīng)預(yù)測，為之后小型水電站電力通信自動化問題的發(fā)展提供了相應(yīng)的參考依據(jù)。 關(guān)鍵詞電力通信；以太網(wǎng)；深厚覆蓋層 0引言 隨著計算機通信技術(shù)的發(fā)展，水電廠各種儀表、設(shè)備和輔機系統(tǒng)的數(shù)字化和智能化日趨完善，現(xiàn)地層設(shè)備的互聯(lián)方式也從以往的I/O通道發(fā)展到現(xiàn)在更多地采用通信方式互聯(lián)。近期，結(jié)合承擔(dān)的水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)工程，對當前水電站數(shù)字化設(shè)備的通信運行狀況及特性進行了分析研究和總結(jié)，最終實現(xiàn)水電站電力通信自動化。 目前大中型水電站已普遍采用了計算機監(jiān)控技術(shù)，該技術(shù)是水電站綜合自動化技術(shù)的基礎(chǔ)。然而由于計算機監(jiān)控技術(shù)的實施需要一定的技術(shù)和資金的支持，小型水電站對該項技術(shù)的應(yīng)用則剛剛起步1。因此，研究小型水電站電力通信自動化現(xiàn)狀問題具有超前意識，對之后通信自動化的發(fā)展有很強的指導(dǎo)意義。 1現(xiàn)狀地層設(shè)備互聯(lián)通信方式 現(xiàn)地層設(shè)備的互聯(lián)通信可以增加數(shù)據(jù)采集的靈活性和數(shù)量、節(jié)省大量電纜、減少施工時間，目前常用的通信互聯(lián)方式包括串行通信、現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)通信方式。 1.1串行通信接口 串行通信接口RS232/485/422是目前監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元與外圍系統(tǒng)和設(shè)備連接的主要通信接口方式。 除參與控制的設(shè)備需直接接入主PLC控制器外，監(jiān)控系統(tǒng)一般均通過配置通信工作站、嵌入式智能通信裝置、串口轉(zhuǎn)現(xiàn)場總線設(shè)備等，提供816個串行口接入現(xiàn)場串行通信設(shè)備，并通過網(wǎng)絡(luò)接口連接監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。 目前，水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備通信時沒有統(tǒng)一的通信規(guī)約，由于各生產(chǎn)廠家的規(guī)約不同，在實際通信中很難做到標準化，工作量較大。 1.2現(xiàn)場總線網(wǎng) 根據(jù)國際電工委員會(IEC)的定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標志是能支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通信。 目前世界上存在著大約40余種現(xiàn)場總線，每種總線大都有其應(yīng)用的領(lǐng)域，且其應(yīng)用領(lǐng)域存在彼此滲透。 1.3工業(yè)以太網(wǎng) 目前工業(yè)以太網(wǎng)還主要應(yīng)用在監(jiān)控廠站層與現(xiàn)地層的互聯(lián)，而在現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)仍主要采用現(xiàn)場總線技術(shù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)正以其開放性以及性能和成本優(yōu)勢迅速地進入工業(yè)控制系統(tǒng)的各級網(wǎng)絡(luò)。 基于以太網(wǎng)的工業(yè)以太網(wǎng)總線目前已有ProfiNet、ModbusTCP、EtherIP三種形式。 2現(xiàn)狀運行情況分析 （1）監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)的接口和通訊監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)速器及勵磁系統(tǒng)的接口方式有兩種：常規(guī)接口方式和通訊接口方式。 常規(guī)接口方式，即通過I/O與現(xiàn)地控制單元LCU連接，通過開關(guān)量接點和模擬量信號監(jiān)視裝置的運行狀態(tài)，同時也通過開關(guān)量接點或模出信號對裝置進行操作和調(diào)節(jié)控制。通訊接口方式，由LCU通過串口通訊接口或現(xiàn)場總線與微機調(diào)速器、勵磁裝置通訊接口連接，監(jiān)視裝置的運行狀態(tài)，對裝置實施控制和完成功率調(diào)節(jié)。 （2）監(jiān)控系統(tǒng)與交流采樣和電能量采集裝置的接口和通訊。 計算機監(jiān)控系統(tǒng)與電能量采集裝置的接口目前也有兩種方式，一種是接點脈沖方式將電量信息接入現(xiàn)地控制單元，由監(jiān)控系統(tǒng)進行脈沖的累加統(tǒng)計；另一種是通過通訊的方式上傳電量數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息等給監(jiān)控系統(tǒng)。 交流采樣和電能量采集裝置與監(jiān)控系統(tǒng)的接口通訊規(guī)約一般都支持Modbus規(guī)約，電能量采集裝置支持DL/T719-2000電力系統(tǒng)電能累計量傳輸配套標準和DL/T645-1997多功能電表通訊規(guī)約。交流采樣裝置支持現(xiàn)場總線通信，由于現(xiàn)場總線通信速率較快，可完全滿足水電廠機組實時控制的要求。 （3）監(jiān)控系統(tǒng)與微機保護、故障錄波裝置的接口和通訊。 監(jiān)控系統(tǒng)與微機保護、故障錄波裝置的接口目前也有兩種方式，一種是I/O開關(guān)接點方式將重要的信息接入監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元，另一種是通過通訊的方式上送更多的信息給監(jiān)控系統(tǒng)。 一般與監(jiān)控系統(tǒng)的通訊接口是串行端口的，其規(guī)約是IEC60870-5-103，微機保護、故障錄波裝置的通訊接口，從目前已運行的水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的情況統(tǒng)計顯示，一般采用RS-232C或RS-485連接居多。 對于計算機監(jiān)控系統(tǒng)和電站的正常運行，除必要的事故和故障信號外，大量的裝置內(nèi)部信息對于電站的運行值班人員來說是不必要的，主要是電站保護專責(zé)及事故分析時使用。目前的發(fā)展趨勢，監(jiān)控系統(tǒng)與微機保護、故障錄波裝置等單獨組網(wǎng)，設(shè)置電站保護專責(zé)終端或保護管理機，通過數(shù)據(jù)交換服務(wù)器實現(xiàn)電站內(nèi)的信息共享。 3電力通信自動化發(fā)展趨勢 計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)場總線主要是作為水電廠底層設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)。由于行業(yè)應(yīng)用的特點和歷史原因，在工業(yè)控制領(lǐng)域形成了多種現(xiàn)場總線共存的現(xiàn)實，由于現(xiàn)場總線目前種類繁多，標準不一，使其應(yīng)用和推廣受到了影響。從現(xiàn)場總線技術(shù)本身來分析，它有兩個明顯的發(fā)展趨勢： （1）尋求統(tǒng)一的現(xiàn)場總線國際標準； （2）工業(yè)以太網(wǎng)走向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。 將來發(fā)展趨勢是，各種自動化元器件、各種執(zhí)行機構(gòu)通過現(xiàn)場總線（包括工業(yè)以太網(wǎng)總線）接入到控制系統(tǒng)中。在水電廠房的走線槽上只有少量的現(xiàn)場總線電纜、光纜。因為自動化元器件、執(zhí)行機構(gòu)、控制箱、接線盒就近布置在現(xiàn)場，中間通過現(xiàn)場總線連接，所需要電纜將會越來越少?，F(xiàn)場總線技術(shù)在水電站監(jiān)控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用體現(xiàn)了當前水電站數(shù)字化和智能化的發(fā)展方向。 近年來，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，性能不斷提高、成本迅速降低，以太網(wǎng)技術(shù)有望介入設(shè)備低層，廣泛取代現(xiàn)有現(xiàn)場總線技術(shù)，可是就目前而言，多種工業(yè)總線技術(shù)并存的現(xiàn)狀還會維持一段時間。大部分現(xiàn)場層設(shè)備互聯(lián)仍然會首選現(xiàn)場總線技術(shù)。 監(jiān)控系統(tǒng)的主輔一體化將是今后的發(fā)展趨勢，采用一體化設(shè)計，在產(chǎn)品性能、參數(shù)、布置、接線、控制策略上彼此銜接，主輔機控制系統(tǒng)選用同一現(xiàn)場總線，形成一個整體。輔機與主機監(jiān)控可以通過現(xiàn)場總線進行數(shù)據(jù)交換，可以有效避免數(shù)據(jù)通信障礙，實現(xiàn)無縫的連接。輔機的信號就不必要通過電纜到主機監(jiān)控的LCU盤柜中，可以節(jié)省大量電纜費用及施工的費用，LCU盤柜的電纜數(shù)量也相應(yīng)減少很多，維護量也減少很多。 總的來說，彼此數(shù)據(jù)相關(guān)性強、同步性、實時性要求高的應(yīng)用情況宜用遠程IO方式較好。比如機組輔機，采用遠程IO較好。對于公用輔機，采用分布式IO較好，因為公用輔機彼此相關(guān)性很弱，而且要求彼此不相互影響為好。采用分布式IO既能滿足各自獨立，又具備數(shù)據(jù)交換性好的特點，是一種比較好的方式。對于一個實際水電廠，具體是采用LCU的遠程IO還是分布IO方式，選擇是相對的，需要根據(jù)實際情況經(jīng)過十幾年的探索總結(jié)，我們邊施工邊總結(jié)經(jīng)驗,最終在雜填土地基注漿法加固施工方面取得了一些成果。 4結(jié)語 目前越來越多數(shù)字化和智能化設(shè)備在水電站的應(yīng)用，水電站數(shù)字化設(shè)備互聯(lián)通信迅速增加，通信互聯(lián)也從串口通訊向現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)方向發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元呈現(xiàn)遠程分布與智能分布趨勢，有力地推動了我國監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展與進步。 從現(xiàn)在來看，實現(xiàn)數(shù)字化水電站將是一