通訊技術(shù)在火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

何磊

摘 要：近年來，隨著火力發(fā)電廠建設(shè)的快速發(fā)屏，發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)及保護裝置功能的不斷完善、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入以及發(fā)電廠業(yè)主或運行單位對電氣控制系統(tǒng)在運行階段管理功能需要求的不斷提高，原有的以DCS為核心，硬接線為主要信息采集方式的發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足火力發(fā)電廠日益增漲的自動化水平的要求。由先進的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為支撐的電氣控制及管理系統(tǒng)已成為當(dāng)前發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)的主流方案。在網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的支撐下，電氣控制管理系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)原來由DCS完成的控制功能，基于完整的信息采集能力，還能實現(xiàn)故障分析、信息管理、設(shè)備管理、自動抄表、仿真培訓(xùn)等高等級運行管理功能。因此，采用硬接線與通信相結(jié)合，或全通訊的監(jiān)控方案，已成為目前火力發(fā)電廠對電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；電氣控制系統(tǒng)；通訊

近年來，隨著火力發(fā)電廠建設(shè)的快速發(fā)屏，發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)及保護裝置功能的不斷完善、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入以及發(fā)電廠業(yè)主或運行單位對電氣控制系統(tǒng)在運行階段管理功能需要求的不斷提高，原有的以DCS為核心，硬接線為主要信息采集方式的發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足火力發(fā)電廠日益增漲的自動化水平的要求。

由先進的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為支撐的電氣控制及管理系統(tǒng)已成為當(dāng)前發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)的主流方案。在網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的支撐下，電氣控制管理系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)原來由DCS完成的控制功能，基于完整的信息采集能力，還能實現(xiàn)故障分析、信息管理、設(shè)備管理、自動抄表、仿真培訓(xùn)等高等級運行管理功能。因此，采用硬接線與通信相結(jié)合，或全通訊的監(jiān)控方案，已成為目前火力發(fā)電廠對電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1 火力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)控制的常規(guī)方案

目前火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)常用的控制方案，即采用硬接線的方式將電氣系統(tǒng)納入DCS，由DCS完成全部的監(jiān)控功能。具體方案如下：電氣系統(tǒng)（以廠用電系統(tǒng)為主）所有電氣設(shè)備的模擬量（4～20mA信號）和開關(guān)量（DI，SOE等），均采用硬接線送入DCS模擬量輸入模件和數(shù)字量輸入模件；所有電氣設(shè)備的控制則采用DCS開關(guān)量輸出模件通過硬接線進行一對一控制。

該方案目前已有近二十年的運行經(jīng)驗，并在運行過程中不斷的改進和完善，無論是DCS硬件的穩(wěn)定性、系統(tǒng)軟件的一致性以及運行的可靠性和安全性上，都是目前最成熟的方案。該方案的缺點是由于DCS最初是基于機、爐的控制特點設(shè)計的，無法直接應(yīng)用于電氣系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。

另外，由于DCS系統(tǒng)I/O點數(shù)總量控制及I/O采集方式本身的限制，采用硬接線的方式將電氣所有的管理信息接入DCS會造成巨大的硬件采購成本和現(xiàn)場施工管理成本的增加。由于電氣信息量不能完整采集，DCS就滿足發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的管理功能，包括電氣系統(tǒng)故障分析、狀態(tài)處理、設(shè)備管理等高級管理功能的要求。

2 通訊與硬接線相結(jié)合的電氣系統(tǒng)控制方案

該方案在“DCS硬接線方案”的基礎(chǔ)上，在DCS系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)置一套電氣監(jiān)測系統(tǒng)作為DCS的一個子系統(tǒng)。所有參與機爐連鎖、控制的狀態(tài)信號和控制指令，均采用硬接線的方式接入DCS，其它所有電氣信息均采用通信方式由電氣監(jiān)測系統(tǒng)負責(zé)采集、處理。DCS與電氣監(jiān)測系統(tǒng)間采用雙冗余通信服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換。

該方案的最主要優(yōu)點就是采用了現(xiàn)場總線技術(shù)和分層分布的設(shè)計思路。所有電氣現(xiàn)場設(shè)備均根據(jù)各工程網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的不要要求，配置有以太網(wǎng)、ProfiBus、Lonworks以及IEC61850等總線通訊接口。通過總線通訊接口將發(fā)電廠電氣設(shè)備信息完整的采集至電氣監(jiān)測系統(tǒng)中。所有設(shè)備間的連接均由一至兩根網(wǎng)線進線連接，相比于傳統(tǒng)的DCS監(jiān)控方式，不但大幅節(jié)省控制電纜及施工安裝工作量和系統(tǒng)調(diào)試、檢修及維護工作量，還由于電氣設(shè)備信息采集完整，實現(xiàn)電氣設(shè)備自動管理、故障及狀態(tài)分析、培訓(xùn)、仿真等高級管理功能，真正做到電氣系統(tǒng)的自動化。

該方案的缺點是：電氣監(jiān)測系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)間通訊接口的配合工作量大，經(jīng)實際工程驗證，DCS廠家主要專業(yè)于汽機和鍋爐部分，在電氣專業(yè)方面技術(shù)儲備較少，很難完成相關(guān)軟、硬件的配合工作。另外，電氣監(jiān)測系統(tǒng)與DCS的通信傳送存在延時，特別是模擬量信號（如電流等）的延時比較明顯。

3 全通訊的電氣系統(tǒng)控制方案

鑒于上述方案在實際工程應(yīng)用中存在的問題，在堅持“現(xiàn)場總線”思路的基礎(chǔ)上，提出了在DCS系統(tǒng)外設(shè)置獨立的電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的方案。電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要完成：電氣設(shè)備信息采集、廠用電開關(guān)設(shè)備的控制以及故障分析、狀態(tài)處理、設(shè)備管理等高級管理功能。電氣系統(tǒng)的邏輯組態(tài)，包括電氣設(shè)備間的連鎖邏輯、互備關(guān)系以及開關(guān)設(shè)備的切換條件，全部在電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)系統(tǒng)中完成。

該方案具體配置：發(fā)電機-變壓器組、廠用電電源系統(tǒng)均由電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控，其中，廠用電部分采用全通訊的方式進行監(jiān)控。機爐電動機由于要參與工藝聯(lián)鎖，仍采用硬接線進入DCS監(jiān)控，其管理信息以通信方式接入電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)。電氣控制管理系統(tǒng)的操作員工作站與DCS操作員站統(tǒng)一布置，取消DCS為電氣系統(tǒng)設(shè)置的操作員站。

本方案大大減少了電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)與DCS的設(shè)計配合及DCS系統(tǒng)中對于電氣系統(tǒng)的組態(tài)工作量，同時由于電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)信息可以全部采用通信方式接入，可節(jié)省大量電纜及施工工作量。此外，電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)一開始就是面向電氣系統(tǒng)的，其產(chǎn)品是針對電氣設(shè)備開發(fā)的，其研發(fā)人員和工程技術(shù)人員都是電氣專業(yè)人員，因此，設(shè)置獨立的電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)較DCS更能適應(yīng)電氣系統(tǒng)的控制和管理要求。

4 結(jié)語

目前，全通訊的電氣系統(tǒng)控制方案已在多個300MW和600MW機組工程中得到應(yīng)用并順利投運。根據(jù)目前已投運工程反饋，電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)運行穩(wěn)定、系統(tǒng)實時響應(yīng)好、在機組運行、維護等工作中的所起到了積極作用，基本實現(xiàn)了電廠電氣系統(tǒng)的數(shù)字化、信息化，向?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化電廠和信息化電廠的目標(biāo)邁出了重要的一步。