淺議電廠電氣控制系統(tǒng)

【摘要】隨著電力行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步及分散控制系統(tǒng)（DCS）在電廠中的廣泛應(yīng)用，電氣控制水平也不斷提高，本文對(duì)電氣現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（EFCS）的監(jiān)控對(duì)象、特點(diǎn)及其配置進(jìn)行了論述。分布式電氣控制系統(tǒng)相比一般的電氣控制系統(tǒng)更為可靠、靈活、開(kāi)放、便于維護(hù)，適合目前工業(yè)生產(chǎn)制造中的應(yīng)用。分析了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，闡明了采用現(xiàn)場(chǎng)總線的通信方案并具有與DCS通信以充分交換信息的FECS技術(shù)正在成為火電廠電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場(chǎng)總線；電氣控制系統(tǒng)

一、引言

伴隨計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)也逐步走向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化與現(xiàn)場(chǎng)化?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)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(jìn)的技術(shù)、豐富的控制功能、友好的人機(jī)界面和愈來(lái)愈可靠的工作性能等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)占據(jù)了大、中型火力發(fā)電機(jī)組機(jī)爐主控的自動(dòng)化領(lǐng)域。對(duì)于電氣系統(tǒng)，將其納入DCS進(jìn)行監(jiān)控，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐、電一體化控制而成為一種趨勢(shì)。

二、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電氣控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)

基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電氣控制系統(tǒng)可從現(xiàn)場(chǎng)電氣智動(dòng)化水平的不斷提高，對(duì)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行管理提出能設(shè)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(chǎng)總線是數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，它不單純?nèi)〈?—20mA信號(hào)，還可實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。

1.電氣參數(shù)變化快

電氣模擬量一般為電流、電壓、功率、頻率等參數(shù)，數(shù)字量主要為開(kāi)關(guān)狀態(tài)、保護(hù)動(dòng)作等信號(hào)，這些參數(shù)變化快，對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的采樣速度要求高。

2.電氣設(shè)備的智能化程度高

電氣系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)、起動(dòng)-備用變壓器保護(hù)、自動(dòng)同期裝置、廠用電切換裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等保護(hù)或自動(dòng)裝置均為微機(jī)型，6kV開(kāi)關(guān)站保護(hù)為微機(jī)綜合保護(hù)，380V開(kāi)關(guān)站采用智能開(kāi)關(guān)和微機(jī)型電動(dòng)機(jī)控制器，所有的電氣設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了智能化，能方便地與各種計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用通信方式進(jìn)行雙向通信。另外，電氣設(shè)備的控制一般均為開(kāi)關(guān)量控制，控制邏輯十分簡(jiǎn)單，一般無(wú)調(diào)節(jié)或其它控制要求，電氣設(shè)備的控制邏輯簡(jiǎn)單。

3.電氣設(shè)備的控制頻度較低

除在機(jī)組起、停過(guò)程中，部分電氣設(shè)備要進(jìn)行一些倒閘或切換操作外，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)電氣設(shè)備一般不需要操作。在事故情況下，大多由繼電保護(hù)或自動(dòng)裝置動(dòng)作來(lái)切除故障或進(jìn)行用電源切換。且電氣設(shè)備具有良好的可控性，這是因?yàn)殡姎獾目刂茖?duì)象一般均為斷路器、空氣開(kāi)關(guān)或接觸器，其操作靈活，動(dòng)作可靠，與電廠其它受控設(shè)備相比，具有良好的可控性。

4.電氣設(shè)備的安裝環(huán)境較好且布置相對(duì)集中

電氣設(shè)備大多集中布置在電氣繼電器室和各電氣配電設(shè)備間內(nèi)，設(shè)備布置相對(duì)比較集中，且安裝環(huán)境極少有水汽或粉塵的污染，為控制設(shè)備就地布置提供了有利條件。

5.開(kāi)放式、互操作性、互換性、可集成性

6.系統(tǒng)可靠性高、可維護(hù)性好。

7.提高電廠的自動(dòng)化和信息化水平、減少電廠的運(yùn)行維護(hù)工作量。

8.降低了系統(tǒng)及工程成本。

三、電氣現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)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(hù)測(cè)控裝置、廠用電低壓4o0V系統(tǒng)系列智能控制器及測(cè)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(dòng)準(zhǔn)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(guò)各種職能軟件的開(kāi)發(fā)促進(jìn)系統(tǒng)的可操作性，有CPU、A/D、RAM、EEPROM、現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)對(duì)外通信接口等。

（2）通信管理層。這一層主要是網(wǎng)絡(luò)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(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電廠其他智能設(shè)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(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線，如PROFIBUS、CAN等，現(xiàn)代通信管理裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了不同現(xiàn)場(chǎng)總線接口標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)以及不同通信之間的轉(zhuǎn)換。

（3）站控層。改成包括后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件和各種專業(yè)應(yīng)用軟件，硬件有服務(wù)器、工作站等。應(yīng)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(dòng)機(jī)故障診斷等各種高級(jí)軟件或者基礎(chǔ)軟件，以及后臺(tái)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(dòng)機(jī)采用“全通信”監(jiān)控方式進(jìn)DCS系統(tǒng)，大型電動(dòng)機(jī)及其他電氣設(shè)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(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了信息共享，避免了信息重復(fù)采集，減少了設(shè)備和電纜成本及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

（1）小型電動(dòng)機(jī)采用全通信監(jiān)控方式低壓電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)回路，其保護(hù)、測(cè)量、計(jì)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?、電度量、保護(hù)動(dòng)作及預(yù)報(bào)信號(hào)由低壓控保裝置以現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式經(jīng)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(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線下達(dá)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(wǎng)而不經(jīng)過(guò)規(guī)約轉(zhuǎn)換設(shè)備。

（2）大型電動(dòng)機(jī)及其他電氣設(shè)備的“通信+硬接線”監(jiān)控方式這里的大型電動(dòng)機(jī)是指高壓電動(dòng)機(jī)及低壓電動(dòng)機(jī)中容量超過(guò)100kW的電動(dòng)機(jī)。高壓廠用電動(dòng)機(jī)、高壓饋線、低壓廠用變壓器等的保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量由綜合型保護(hù)裝置完成，回路的電流、電度量、跳合閘線圈狀態(tài)、保護(hù)動(dòng)作及預(yù)報(bào)信號(hào)由綜合型保護(hù)裝置以通信方式上傳至現(xiàn)場(chǎng)總線，經(jīng)主控單元匯總后，一并傳人相應(yīng)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(jīng)硬接線送至DCS系統(tǒng)的DO、DI卡件。低壓電動(dòng)機(jī)、低壓饋線中容量超過(guò)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(cè)控裝置），保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量由智能脫扣器（或多功能測(cè)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(hù)動(dòng)作及預(yù)報(bào)信號(hào)由智能脫扣器（或多功能測(cè)控裝置）以通信方式上傳至現(xiàn)場(chǎng)總線，經(jīng)主控單元匯總后，一并傳人相應(yīng)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(jīng)硬接線送至DCS系統(tǒng)的DO、DI卡件。其他電氣智能設(shè)備還有發(fā)變組（含高廠變）微機(jī)保護(hù)裝置、起備變微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)型廠用電源切換裝置、微機(jī)型直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置、微機(jī)型的柴油發(fā)電機(jī)組控制裝置、微機(jī)型發(fā)電機(jī)勵(lì)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(cè)和自診斷功能、網(wǎng)絡(luò)化或標(biāo)準(zhǔn)化通信接口，可直接通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接人EFCS系統(tǒng)的主控單元。

四、結(jié)束語(yǔ)

火電廠的電氣自動(dòng)化運(yùn)用，能提高火力發(fā)電系統(tǒng)管理的自動(dòng)化和管理水平。自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)、保護(hù)、測(cè)量、分層分布控制和通信技術(shù)，對(duì)火電廠的電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行保護(hù)、控制和故障處理，這無(wú)疑是一項(xiàng)綜合性的管理系統(tǒng)。充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后信息全面的優(yōu)勢(shì)，成功實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的使用，完成較為復(fù)雜的電氣運(yùn)行管理工作。

在EFCS系統(tǒng)方案中，小型電動(dòng)機(jī)采用“全通信”監(jiān)控方式進(jìn)入DCS系統(tǒng)，大型電動(dòng)機(jī)及其他電氣設(shè)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(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了信息共享，避免了信息重復(fù)采集，減少了設(shè)備和電纜成本及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，提高了電廠的自動(dòng)化水平，減少了電廠的運(yùn)行維護(hù)工作量，實(shí)現(xiàn)電廠電氣量信息化和數(shù)字化。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

柳順?lè)迹?976—），男，畢業(yè)于南京師范大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，工程師，主要從事電廠脫硫、脫硝、除塵、除灰等方面的電控設(shè)計(jì)工作。