海南核电NCS系统现状以及数字化在NCS系统中的展望

2015-05-11徐日升海南核电有限公司海南海口570100

中国新技术新产品 2015年9期

关键词：数字化

韩瑜林卓褚楚徐日升（海南核电有限公司，海南海口 570100）

韩瑜林卓褚楚徐日升
（海南核电有限公司，海南海口 570100）

摘要：随着现代电力系统、信息系统、通讯系统的发展融合，电厂综合自动化水平已充分提高。本文主要就海南昌江核电电力系统运行与网络控制系统（NCS）进行介绍，提出当前NCS系统优缺点，并对数字化NCS发展的方向做以分析。

关键词：昌江核电； NCS 数字化；IEC61850

1 前言

NCS系统即网络控制系统（Networked Control System，NCS），在我国经过多年的发展，日趋完善与成熟，已经成为提高核电电网安全可靠运行的必选手段，在国内得到广泛的应用。但NCS应用还是存在一些改进的空间。本文主要从海南核电自动化厂站设计角度进行分析，探讨数字化技术在NCS系统中的展望。

2 昌江核电NCS系统简介

海南昌江核电NCS系统主要由国电南瑞科技股份有限公司等厂家提供，目前NCS系统可分为三层：第一层：间隔层。这一层主要为完成各种专业化功能的智能微机保护和测控装置。包括：辅助电源系统；主开关站系统；辅助6kV厂房系统；1#、2#汽机厂房系统等。这些智能装置都是以嵌入式软硬件技术开发，具有CPU、AD转换模块、RAM、EEPROM、RS485串口或以太网对外通讯接口等。第二层：通讯管理层。这一层包括通讯网路及通信管理装置。主要完成对上述各种智能保护测控装置与NCS系统之间的通讯。通讯采用AB双网配置建立网络通信。通讯方式采用工业以太网线和串口线。通信管理装置实现对不同串口规约标准的互联提供通信规约的转换。第三层：站控层。这一层主要包括后台监控系统计算机硬件和各种专业应用软件。站控层通过光纤以太网连接在TC楼的2台主机，两台操作员站以及一台工程师站，此外在核岛主控室内有一操作员站。

3 当前NCS系统分析

海南昌江核电NCS系统可靠的完成了220kV系统电气设备的监测、控制。满足各种运行工况需求，但从未来NCS系统发展的角度看还有许多不足：

（1）采集单元的冗余。电厂传统的采集模拟量方法通过互感器转换二次的模拟信号。通过装置的A/D转换模块转为数字信号，再进行运算。电厂中存在的系统较多，如综自系统，PMU系统，保信子站系统，故障录波器等。这些设备都具有功能大体相同的采集模块，只是在精度和采样频率上略有差别。重复的采集单元增加了场站设计，施工，调试，维护的成本工作量。

（2）通讯接口协议复杂。目前，电力行业厂家众多，通讯接口方面开发水平参差不齐，国内外标准五花八门。比如：CDT、MODBUS、IEC103、IEC104、SPA等规约，更不用提一些厂家自创的规约。因为缺乏统一的标准，NCS系统中纵向站控通信困难，需要厂家双方的联调才能解决问题。出现通信故障时难以确定问题地点，解决费时费力。

4 数字化在NCS系统中的应用

同传统的IEC103标准相比数字化不仅仅指的是一个通信规约，而且是自动化系统的标准，指导了自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。目前数字化的变电站已在国内多地区普遍使用，电厂中NCS系统中也逐渐出现数字化工程的成功应用。例如：神话神东电力重庆万州发电厂新建工程中首先采用全厂数字化电气监控系统。辽宁徐大堡核电NCS系统中使用基于IEC61850协议通讯技术的电气监控系统。数字化NCS系统具有如下特点：

（1）电子式互感器的使用。进入21世纪以来，电子式互感器逐步在全国范围内开展试点应用。它具有无磁饱和，暂态过程中测量精度高，体积小，绝缘宜实现，无开路风险，直接传输数字信号等优点。这样保护、测控、故障录波器、PMU都可以通过一个电子式互感器获得满足各自要求的数据。这些装置的数据采集单元都可以取消，电厂二次电缆大为减少，厂站设计和二次设备趋于简单化。

（2）IEC61850标准的应用。IEC61850提出了一个公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。较以通讯协议相比，其内容不仅包括通信部分，还有对整个电站一二次设备的模型信息，对整个厂站的描述比较全面。基于IEC61850的NCS可实现厂家设备的横向的互联互通，更方便于监控系统与设备之间的纵向通信。减少了工程调试难度和维护难度。

（3）数据的优化。随着自动化程度的提高，NCS采集的信号越来越多。目前昌江核电NCS系统采集信号千余个，基本上是送什么报什么。电厂的自动化已从信息无法采集的阶段到了被大量信息淹没的阶段。大量的信息会造成运行人员对事件的错误判断。智能信息告警，就是对告警信号进行处理，制定信息过滤和报警显示方案，根据信息推理出最重要的故障信息并按给出事故处理预案。减少不必要的报警信息，保留重要事项以实现数据的优化。

5 数字化技术难点

（1）硬件的支持。目前受技术水平制约，电子式互感器可靠性和稳定性较差，主要故障类型为采集器故障、光纤故障、传感器故障、合并单元故障等。当前大多数数字化变电站采取常规互感器+合并单元的二次采样方式，通过合并单元将电流电压转换成数字信号，并非完全数字化。目前电子式互感器在常规变电站也没有大量应用，更不用提对安全等级要求更高的核电行业。

（2）IEC61850标准推广。目前，国内主要继电保护厂家大多都支持IEC61850的协议，可以实现通讯上的统一。但是还有许多设备如：电度表，消谐等大部分不支持IEC61850协议的设备。这样接入NCS系统时还需要规约转换等装置，变成了新瓶装旧酒。而即使支持基于IEC61850通讯协议，各个厂家之间协议也有待完善和优化。