基于現(xiàn)場總線的火力發(fā)電機組電氣控制系統(tǒng)的研究

一、引言

伴隨計算機信息技術的發(fā)展，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)也逐步走向數(shù)字化、網絡化、智能化與現(xiàn)場化。現(xiàn)場總線技術是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。分散控制系統(tǒng)(DCS) 因能充分體現(xiàn)分散控制與集中操作管理的思想，并以先進的技術、豐富的控制功能、友好的人機界面和愈來愈可靠的工作性能等優(yōu)勢，近年來占據(jù)了大、中型火力發(fā)電機組機爐主控的自動化領域。對于電氣系統(tǒng)，將其納入DCS 進行監(jiān)控，有利于實現(xiàn)機、爐、電一體化控制而成為一種趨勢。

二、基于現(xiàn)場總線的電氣控制系統(tǒng)主要特點

基于現(xiàn)場總線的電氣控制系統(tǒng)可從現(xiàn)場電氣智動化水平的不斷提高，對電廠的生產運行管理提出 能設備獲取大量豐富信息，能夠更好地滿足電廠自了更高的要求?，F(xiàn)場總線是數(shù)字化通信網絡，它不單純取代4—20mA 信號，還可實現(xiàn)電氣設備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠程控制，還可完成遠程參數(shù)化工作。

1. 開放式、互操作性、互換性、可集成性

2. 系統(tǒng)可靠性高、可維護性好。

3. 提高電廠的自動化和信息化水平、減少電廠的運行維護工作量。

4. 降低了系統(tǒng)及工程成本。

三、電氣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(EFCS 系統(tǒng))

1.EFCS 系統(tǒng)組成

（1）間隔層。該層主要是為了促進各種專業(yè)化功能的智能裝置的完成和完善，包括：廠用電中壓6kV ／ 10kV 系統(tǒng)系列保護測控裝置、廠用電低壓4o0V 系統(tǒng)系列智能控制器及測控裝置、廠用電源快速切換裝置、低壓備用電源自投裝置、自動準同期控制裝置、小電流接地選線裝置、直流接地選線裝置等。通過各種職能軟件的開發(fā)促進系統(tǒng)的可操作性，有CPU、A／ D、RAM、EEPROM、現(xiàn)場總線或以太網對外通信接口等。

（2）通信管理層。這一層主要是網絡和通信的安全管理，完成上述的各種智能裝置、DCS 系統(tǒng)、電氣后臺監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電廠其他智能設備、發(fā)電廠其他系統(tǒng)的通信。主要的通信方式還是以工業(yè)以太網和現(xiàn)場總線，如PROFIBUS、CAN 等，現(xiàn)代通信管理裝置已經實現(xiàn)了不同現(xiàn)場總線接口標準的互聯(lián)以及不同通信之間的轉換。

（ 3）站控層。改成包括后臺監(jiān)控系統(tǒng)計算機硬件和各種專業(yè)應用軟件，硬件有服務器、工作站等。應用軟件包括SCADA( 數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控)、廠用電抄表、錄波分析、電動機故障診斷等各種高級軟件或者基礎軟件，以及后臺系統(tǒng)與發(fā)電廠其他管理系統(tǒng)( 如MIS系統(tǒng)) 間的通信接口軟件。

2.EFCS 系統(tǒng)方案

在EFCS 系統(tǒng)方案中，小型電動機采用“全通信”監(jiān)控方式進DCS 系統(tǒng)，大型電動機及其他電氣設備采用“通信+ 硬接線”監(jiān)控方式。由于EFCS 系統(tǒng)與DCS 系統(tǒng)進行了網絡互聯(lián)，實現(xiàn)了信息共享，避免了信息重復采集，減少了設備和電纜成本及運行維護費用。

（1）小型電動機采用全通信監(jiān)控方式低壓電動機中，容量不足100kW，采用塑殼斷路器、低壓控保裝置和接觸器組合的電動機回路，其保護、測量、計量由低壓控保裝置完成，取消電流變送器、電流表、電度表?；芈返碾娏鳌㈦姸攘?、保護動作及預報信號由低壓控保裝置以現(xiàn)場總線通信方式經DCS系統(tǒng)中DPU 通信接口上傳至DCS 系統(tǒng)。接觸器的控制指令由DCS 系統(tǒng)中DPU 通信接口經現(xiàn)場總線下達至低壓控保裝置。其通信規(guī)約必須與熱控控制系統(tǒng)的規(guī)約一致，一般直接掛網而不經過規(guī)約轉換設備。

（2）大型電動機及其他電氣設備的“通信+ 硬接線”監(jiān)控方式這里的大型電動機是指高壓電動機及低壓電動機中容量超過100kW 的電動機。高壓廠用電動機、高壓饋線、低壓廠用變壓器等的保護、測量、計量由綜合型保護裝置完成，回路的電流、電度量、跳合閘線圈狀態(tài)、保護動作及預報信號由綜合型保護裝置以通信方式上傳至現(xiàn)場總線，經主控單元匯總后，一并傳人相應的DCS 系統(tǒng)中DPU通信接口。斷路器的控制指令及參與連鎖所需要的位置狀態(tài)經硬接線送至DCS 系統(tǒng)的DO、DI 卡件。低壓電動機、低壓饋線中容量超過100kW 的回路，采用智能型斷路器( 或采用普通斷路器加配多功能測控裝置)，保護、測量、計量由智能脫扣器( 或多功能測控裝置) 完成，取消電流變送器、電流表、電度表，回路的電流、電度量、保護動作及預報信號由智能脫扣器( 或多功能測控裝置) 以通信方式上傳至現(xiàn)場總線，經主控單元匯總后，一并傳人相應的DCS 系統(tǒng)中DPU 通信接口。斷路器的控制指令及參與連鎖所需要的位置狀態(tài)經硬接線送至DCS 系統(tǒng)的DO、DI卡件。其他電氣智能設備還有發(fā)變組(含高廠變) 微機保護裝置、起備變微機保護裝置、微機型廠用電源切換裝置、微機型直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置、微機型的柴油發(fā)電機組控制裝置、微機型發(fā)電機勵磁裝置等。這些裝置都具備智能化電氣特性如高性能、高可靠性、在線監(jiān)測和自診斷功能、網絡化或標準化通信接口，可直接通過現(xiàn)場總線接人EFCS 系統(tǒng)的主控單元。

四、結束語

火電廠的電氣自動化運用，能提高火力發(fā)電系統(tǒng)管理的自動化和管理水平。自動化系統(tǒng)通過計算機、保護、測量、分層分布控制和通信技術，對火電廠的電力系統(tǒng)的運行進行保護、控制和故障處理，這無疑是一項綜合性的管理系統(tǒng)。充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網后信息全面的優(yōu)勢，成功實現(xiàn)電氣自動化的使用，完成較為復雜的電氣運行管理工作。

在EFCS 系統(tǒng)方案中，小型電動機采用“全通信”監(jiān)控方式進入DCS 系統(tǒng)，大型電動機及其他電氣設備采用“通信+ 硬接線”監(jiān)控方式。由于EFCS 系統(tǒng)與DCS 系統(tǒng)進行了網絡互聯(lián)，實現(xiàn)了信息共享，避免了信息重復采集，減少了設備和電纜成本及運行維護費用，提高了電廠的自動化水平，減少了電廠的運行維護工作量，實現(xiàn)電廠電氣量信息化和數(shù)字化。