3. GE Multilin ECS及厂用电保护应用

3.1 方案说明

根据GE厂用电监控系统的应用经验，以2*600MW机组为例，介绍厂用电部分采用分层分布式计算机监控系统的GE应用方案，从架构上系统分为三层：站控层、2层和间隔层。
通常情况下，为保证2的可靠性，系统采用双以太网方配置，而且DCS系统与ECS上位系统都直接与2层进行连接，这样不论站控层的电气管理上位系统还是DCS系统出现故障，都能保证另一系统与2层的正常连接。

3.1.1 站控层

站控层是整个系统的控制管理中心，完成对整个系统的数据收集、处理、显示、监视功能，经过授权对电气设备进行控制。站控层对DCS系统完全开放，为运行人员提供电气设备管理、操作功能。
站控层可采用两台机组以及低压系统共用，也可以独立监控。GE_PMCS采用模块化结构，做到相对独立，互不影响运行。如：

5#机组主厂房电气监控系统
6#机组主厂房电气监控系统
低压380V电气监控系统
输煤/补给水电气监控系统

        如果采用“两台主控机监控+一台工程师站维护”的监控模式，则可将它们并列连入2层双以太网上，这三台主机在2上相互独立，并列监控运行。
        考虑到监控系统的点数很大，如果将上述各个系统都运行在一台主控机上，会造成系统运行较慢，建议将低压380V电气监控系统设立一个主控站、n#/m#机组主厂房电气监控系统分别设立一个主控站、输煤和补给水电气监控系统设立一个主控站，同时设立一台工程师维护站。这些主控站都是独立的从2层读取数据，互不影响。
         所有主控机和打印机都采用双以太网接口配置，以满足监控系统可靠性的要求。

3.1.2 2层

2管理层是系统构成的枢纽，处于承上启下的层次，完成站控层和间隔层之间的实时信息交换，也可实现与DCS、调度中心的直接数据交换，具有网络信息管理和双网功能。

通信管理装置与间隔层智能装置之间的连接一般采用现场总线方式，如Modbus，PROFIBUS、CAN 等，常用RS485接口或者工业以太网接口等，一般情况下，微机保护测控装置和低压测控仪表都会采用这些标准方式与2管理装置2，通信管理装置可以实现不同现场总线接口标准的互联以及不同通信规约的转换。
2管理装置与站控层之间常采用以太网方式连接，将间隔层设备的数据采集并传输到站控层中，同时将站控层中的控制命令转发到各个间隔层设备中以实现远端控制功能，这些2可以采用DDE、OPC等数据链接方式。
根据GE间隔层设备标配有以太网2接口的特殊优势，在此方案中，2层可不配置2管理装置（如2机、数据采集器等），而是将各现场间隔层智能设备（F650等）和站控层主机都直接通过以太网连接到以太网交换机上，这样站控层就可以通过直接寻址，找到各设备的IP就可以实现数据链接了。这一方案优点在于：省去了中间的2管理装置，不仅节约了成本，而且避免了2管理机的故障导致的系统2中断，大大优化了2方案

根据GE的工程经验，建议厂用电系统2层常用的2数据如下：

（1）与DCS的2数据：

电动机回路：电流、功率、电度、保护装置故障信号、保护动作信号、弹簧储能信号、手车运行位置信号、控制电源消失信号。
变压器回路：电流、功率、电度、保护装置故障信号、保护动作信号、温度高报警、弹簧储能信号、手车运行位置信号、控制电源消失信号。
进线回路：电流、功率、电度、保护装置故障信号、保护动作信号、弹簧储能信号、手车运行位置信号、控制电源消失信号。

（2）与电气上位机的2数据：

各回路的电流、电压、功率、电度、保护装置故障信号、保护动作信号、弹簧储能信号、手车运行位置信号、控制电源消失信号、保护整定值、事件纪录。

3.1.3 间隔层

间隔层采用现场总线、可选双网/单网配置，并且分为：

#n主厂房6kV段2管理系统，
#m主厂房6kV段2管理系统，
输煤系统6kV段2管理系统，
补给水系统6kV段2管理系统，
低压380V段2管理系统，

各子系统直接与上位监控系统2，而且相互独立。

        在GE方案中，GE间隔层设备具有双以太网接口的优势，所以可以直接与2层的以太网交换机相连，这样上位监控系统就与间隔层设备形成了直接通道，简化了2架构，大大增加了可靠性。
        如果间隔层还有第三方设备需要2，而且这个第三方设备也具有以太网接口，那么在与上位系统地联结上与GE间隔层设备一样简单可靠；如果这个第三方设备不具有以太网接口，而是RS485接口，那么可以在2层分设前置2处理机。各前置2处理机接于站控层以太网，可经冗余接口直接与相应机组DCS或其他网络的电气控制器相联，同时站控层以太网通过网络交换机与DCS或其他网络的以太网相联

        GE厂用电监控系统的系统结构如下图所示，包括了采用间隔层设备与2层以太网交换机直接相连和与2管理机相连两种实现方案。

在上位层与2层之间建议使用双网：

如果一台以太网交换机掉电或者端口等故障，则另一台以太网交换机仍能保证2的正常。
如果运行中一路光纤被压断或两头接触不良，则备用的光线既可保证2层与上位层正常连接。
如果2管理机的一个端口出现损坏或故障，则可以启用备份端口进行2。
GE的项目经验证明：在2层和上位层之间使用双网完全能起到备份的效果。

所有2走线都在开关柜内部，运行中不容易受到破坏。即使有破坏，单线与双线的效果完全一样。
如果间隔层设备损坏，则不论是单线还是双线，2都会中断。
如果是2管理机（或以太网交换机）损坏，则不论是单线还是双线，2都会中断。
GE的项目经验证明：间隔层使用单网经济方便，使用双网起不到真正热备份的效果。

3.2 系统功能

GE厂用电监控系统可以实时、准确、有效地完成对被监视对象的安全监视。其主要功能如下：

数据采集和处理
越限报警及打印记录
系统状态监视
数据的存储和查询
图形界面
报表管理
系统扩展
用户权限及系统安全管理
自检功能
故障诊断和故障录波

3.2.1 数据采集和处理

接收各数据采集单元发送的数据，存入实时数据库，用于画面更新，趋势分析，打印记录，系统分析。数据采样周期满足系统性能要求。数据采集可以人工召唤，在所有时间内，可由操作员或应用程序发命令采集任何一个单元控制器的过程输入信息。亦可对实时数据库中的任意实时数据对象设定采样周期进行定时采样。系统支持一分钟、五分钟、小时、日采样周期，可适用于任意时间周期的采样需求。系统所有的历史采样数据具有统一的格式，历史数据存放在基本数据库的历史数据表中，并带有时标。无论是报表，还是曲线，都是历史数据的不同表现形式。报表、曲线及其它应用软件可对历史数据进行各种统计、计算，大大增强了系统的历史数据处理能力。标准历史数据库的开放性使得历史数据作为共享的信息资源，为生产及管理提供科学的依据。

把标识符转换为数据索引，数据索引作为数据的关键字而访问数据库，并为后面的其它功能提供数值。
将生数据转换为工程量
条件归零，可设定每个值的归零范围，将近似为零的值置为0，消除零漂。
越限检查，通过数据库为每个遥测值及计算值规定两个上限及下限，保证配电网安全运行。
积分值和平均值计算，根据实际功率完成积分值及平均值计算
实时计算主变各侧、各线路的功率因数；
实时计算主变各侧有功、无功功率值；
实时计算电容器无功功率，所用变有功功率；
实时计算每日/每月各回路、主变、电容器的有功功率、无功功率的最大、最小及平均值；
计算每日/每月母线电压最高、最低及平均值；
计算每小时/每班/每日/每月线路及主变各侧的有功、无功电能量和峰谷期用电量；
实时计算主变负荷率及损耗

3.2.2 越限报警及打印记录

事件告警及记录：对电力参数可设置越限报警，系统可进行越限报警及记录。完成监视对象的状变监视、越限检查、过程监视。综合自动化系统可对回路及设备各类事故及故障的内容和次数进行统计记录，作为资料保存。综合自动化系统可以对系统的参数越复限情况进行统计，除在LED上能显示外，还能在打印机实现打印，主要内容有：

定时打印记录：分别按时、日、月时间段要求，打印运行记录报表。
报警记录：将各种报警事件按时间顺序记录，包括发生的时间，内容和项目，恢复时间，生成报警事件汇总表。
趋势分析记录：记录系统对供电系统电力参数变化趋势的分析结果。
召唤打印记录：根据运行人员的要求，打印运行人员所需的资料和数据。

3.2.3 系统状态监视

运行操作员工作站能对各回路主要电力参数，2状态、故障、保护动作状态以数字、文字、图形、表格、曲线等形式进行动态显示。对各回路进行监视，监视过程中的主要操作参数变化及状变在CRT上显示。发生通信中断后能自动或召唤通信中断期间的所有数据，如果数据存在异常则提示，保证数据的连续、完整和准确。

3.2.4 数据的存储和查询

历史数据统计查询系统提供友好的数据表格界面，允许使用者选择时间段和查询条件对历史数据进行浏览。
数据库软件采用标准数据库SQL SERVER,对所有采集上来的实时数据存入实时数据库，需要长期存放的重要实时数据存储到历史数据库中，以便进行计量、统计分析、制作历史曲线、生成报表等。系统数据模型以及历史采样数据均保存在历史数据库中。

实时数据库
从各现场装置采集上来的实时数据保存在系统的实时数据库中，数据在系统的每个扫描周期之后被刷新一次。在实时数据库中可以保存电流、电压、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度等多种电力参数以及事件信息。实时数据库可以完成如下功能：

实时数据库装载；
对各回路运行数据和进行实时监视和记录保存；
数据检索和查询，利用数据库程序，对实时数据库检索分类，通过人机联系系统及相应的图表直观地反映；
实时数据的备份，实时数据库备份在历史数据库中，一旦当前实时数据库被破坏，能及时恢复运行；
实时数据的编辑；

历史数据库
需长期存放的重要实时数据，通过采样定义可定时存入历史库，数据归档的定义和修改可以通过标准数据库查询进行，不影响系统的运行

3.2.5 图形界面

系统提供设备图形编辑软件，用户可以根据实际情况和以往习惯自行定义各种设备图形及设备在各种状态下的显示方式，可选择图形变换、改变形状及颜色、闪烁、动画、动态着色等手段充分表示电网运行情况。例如，因装置单元故障或通道中断引起的数据不可靠等情况。
提供画面编辑软件，全图形方式编辑生成各种图形画面，具有画面无级缩放，画面叠放、画面分层等多种显示特性，用户可以非常直观、方便地编辑、定位、查看有关信息和内容。画面层次不受限制，可将状态估计或潮流计算的结果叠加比较显示。
提供智能化作图功能，自动实现相连设备的对接，并在作图时可直接创建网络拓扑库，做到图库同步一致。
提供画面管理工具，画面调用方式丰富，有重要画面快速调用、画面文件索引选择、事故自动调用画面、画面分组顺序自动切换显示
提供多种数值显示手段，如:数值显示盘表显示、棒图显示、曲线显示，并可根据数值状态和系统状态由用户根据需要和习惯自行定义闪烁、变色及置上特殊符号以便区分各种数据的正常、越上限、越上上限、越下限、越下下限，人工封锁、以及因RTU故障或通道中断引起的数据不可靠等等情况。
根据电网运行状况，对线路进行动态着色和标志潮流方向。
系统界面支持OLE功能，能够直接使用具有OLE服务功能的其它软件作为本系统的工具。

3.2.6 报表管理

        系统能按照运行操作人员的管理和要求打印计量系统运行日志和报表。打印内容以及打印格式可以事先设定。打印方式将有定时自动打印、随机召唤打印等形式。
        报表系统由报表制作与管理软件、报表显示打印软件和报表自动打印软件组成，各个软件均在Microsoft Excel之上用Visual Basic for Application开发完成。
        报表制作与管理软件提供友好的数据定义方式，可定义制作日报、月报、年报。报表中可进行各种复杂的数据统计。报表中可嵌入多种图形、曲线等内容，形象地显示统计数据。并可指定时间选择自动打印报表。报表制作与管理软件可利用Excel的所有手段和方法，具有极其强大的制表及统计功能。
        报表显示及打印软件为使用者提供直接查看或召唤打印各种报表的手段，并可直接修改报表数据，自动统计。
        报表自动打印软件可自动定时打印由报表制作管理软件设定的各类报表。
        系统产生的每张报表可独立成为数据文件，具有MS Excel的标准格式，脱离本系统也可进行显示打印，也可广泛被其他软件系统访问利用。以独立数据文件形式保存的报表具有独立的时效性，不会因为表体或数据定义变化而无法显示或失效。

3.2.7 系统扩展

系统支持二次开发、方便升级。本系统为二次开发及升级提供通用接口，系统软硬件均采用模块化设计，可依据应用对象的实际规模灵活配置，并留有充足的备用和可扩展容量。

3.2.8 用户权限及系统安全管理

系统实现用户级的权限管理，对每个使用者赋予其数据库访问、系统维护管理、数据管理及控制操作的多级权限，为了保证系统的安全性，每个用户均配有加密的个人口令密码，此口令密码只有其本人可以设置并修改，其它人（包括系统管理者、超级用户以及系统程序设计者）均无法知道其口令，更无法修改。由此可以确保系统重要操作的责任唯一性。

3.2.9 自检功能

系统具有在线或离线自检设备故障的功能，故障诊断能定位到模块。能在线或离线自检各种应用软件。在线运行时，当检测到故障，及时将故障性质上送运行操作员工作站，以便显示、打印和报警。

3.2.10故障诊断和故障录波

当发生故障时，能迅速诊断出故障回路，发出报警，并且指出故障线路、断路器跳闸顺序，以及显示故障前后各回路电流、电压的波形变化。

3.3 产品应用

10KV/6KV系统
大容量厂用电动机保护（>2000MW）：M60
大容量厂用变压器保护（>2000KVA）：T35
进出线，中小容量电动机，中小容量变压器，备自投：F650

400V系统
马达回路：MM300/MM200
进出线：EPM5500

GE Multilin 发电厂应用方案(3)