火電廠熱工與電氣控制系統(tǒng)一體化應(yīng)用分析

張 勇

（山西西山熱電有限責(zé)任公司，山西 太原 030022）

電廠中汽機(jī)以及鍋爐的控制大都是采用分布式DCS控制系統(tǒng)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)也逐步發(fā)展起來(lái)，此種控制系統(tǒng)也被稱作是FCS控制系統(tǒng)。將熱工分散控制系統(tǒng)和電氣監(jiān)控系統(tǒng)的功能加以綜合，把對(duì)電氣設(shè)備的監(jiān)控、以及保護(hù)等全部融合至FCS系統(tǒng)或者DCS系統(tǒng)之中，便能夠完成機(jī)爐電的一體化控制，進(jìn)一步確保電廠實(shí)現(xiàn)電氣綜合調(diào)控的目標(biāo)。

1 電氣自動(dòng)化裝置FECS概況

根據(jù)近期電廠發(fā)展要求，著手進(jìn)行擴(kuò)建工程：建設(shè)兩臺(tái)300 MW發(fā)電機(jī)組，變壓器為370 MW。其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)組經(jīng)由變壓器設(shè)備之后接入廠外變電站的220 kV母線之中，而另一臺(tái)發(fā)電機(jī)組則經(jīng)過(guò)變壓器之后直接接至電廠內(nèi)部的220 kV母線之中。電氣監(jiān)控中所采用的方式為FECS監(jiān)控手段，廠變高壓側(cè)以及發(fā)電機(jī)出口的最大短路電流分別為45.6 kA、128.4 kA以及65.5 kA。

依照以往所建設(shè)300 MW發(fā)電機(jī)組的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在機(jī)爐的監(jiān)控過(guò)程中利用DCS以CRT以及鍵盤作為監(jiān)控主要內(nèi)容，這樣便能夠確?？刂票P臺(tái)之中所包含的各種顯示儀表以及開(kāi)關(guān)等裝置，所保留的后臺(tái)監(jiān)控裝置是：

1）將所有的模擬量信息均輸入至DCS進(jìn)行顯示，在監(jiān)視盤之中只是保留了非常少的儀表。

2）僅僅將一些相對(duì)重要開(kāi)關(guān)保留，同時(shí)將電氣控制盤去除，相關(guān)控制操作在DCS控制系統(tǒng)之中完成。

3）報(bào)警所用光字牌也盡可能減少，盡量和熱工報(bào)警光字牌使用同一個(gè)，如此不僅能夠降低設(shè)備的成本投入，同時(shí)還能更有利于整體布局設(shè)計(jì)。

針對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組公用系統(tǒng)，例如廠用公用電源，當(dāng)DCS可以完成機(jī)組的停機(jī)操作情況下，另外的一臺(tái)發(fā)電機(jī)組相關(guān)人員可以有效監(jiān)控公用系統(tǒng)，同時(shí)還必須制定非常嚴(yán)密的制度，保證對(duì)公用系統(tǒng)控制指令擁有唯一性特征，也就是說(shuō)相同的時(shí)間段之中，僅僅允許其中一套DCS系統(tǒng)能夠有效的控制公用裝置。不可以由于公用裝置的出現(xiàn)，而導(dǎo)致兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組DCS發(fā)生耦合問(wèn)題。

2 一體化控制方案分析

一體化控制方案具體通信方式見(jiàn)圖1。

圖1 完全通信模式一體化控制方案

要想確保DCS系統(tǒng)能夠更為高效利用由分散電氣監(jiān)控系統(tǒng)之中獲取的有關(guān)I/O數(shù)據(jù)信息，分散電氣監(jiān)控系統(tǒng)中的I/O數(shù)據(jù)信息可以直接由DCS系統(tǒng)之中DPU層接入進(jìn)來(lái)，將DCS系統(tǒng)之中I/O所收集的電氣數(shù)據(jù)信息，作為DCS系統(tǒng)計(jì)算以及控制的數(shù)據(jù)信息來(lái)源。對(duì)于分散電氣監(jiān)控系統(tǒng)而言，其能夠利用現(xiàn)場(chǎng)總線完成相關(guān)電氣設(shè)備信息收集以及管理，針對(duì)一些非常重要的電動(dòng)機(jī)設(shè)備，在進(jìn)行啟?？刂七^(guò)程中，是通過(guò)DCS系統(tǒng)中I/O模塊利用硬接線方式完成，這樣便能夠確保系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性與可靠性。

在分散電氣監(jiān)控系統(tǒng)之中，設(shè)置有功能完備的監(jiān)控主站，其操作權(quán)通常歸屬DCS系統(tǒng)操作員，利用DCS系統(tǒng)之中通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)分散電氣監(jiān)控系統(tǒng)中I/O裝置的操作，圖1中電源部分以及非關(guān)鍵的電動(dòng)機(jī)和回路均可以通過(guò)此種方式完成操作。

在系統(tǒng)之中站控層屬于極為重要的管理模塊，其主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息收集、分析、顯示以及監(jiān)視等功能，根據(jù)相應(yīng)授權(quán)完成電氣裝置的監(jiān)控工作。站控層對(duì)于DCS系統(tǒng)以及分散電氣監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)其是完全開(kāi)放的，這樣便能夠確保操作人員可以對(duì)電氣裝置進(jìn)行操作以及管理。通信控制層則屬于整個(gè)系統(tǒng)中重要的連接樞紐，其擁有承上啟下的功能，包含有通信模塊以及控制模塊，通過(guò)通信控制層能夠?qū)崿F(xiàn)站控層和間隔層信息相互交流，確保分散電氣監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的和DCS系統(tǒng)以及調(diào)度中心進(jìn)行信息互換。間隔層之中包含有保護(hù)設(shè)備以及測(cè)控設(shè)備，可以對(duì)各種電氣設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)、測(cè)試以及監(jiān)控等，利用現(xiàn)場(chǎng)總線以及以太網(wǎng)等信息通信手段，完成和通信控制層之間信息的交流。

3 總線連接方式和冗余方案

1）總線連接方式

總線連接方式包含有單主控單元總線連接方式以及雙主控單元總線，其連接見(jiàn)圖2。

圖2 總線連接方式

采用總線連接方式能夠有效的減少電纜長(zhǎng)度，更加的便于布線，而且總線的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，屬于無(wú)源元件，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中更為可靠，而且系統(tǒng)擁有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性能，要想增加節(jié)點(diǎn)，只需從總線中的任一節(jié)點(diǎn)位置接入便可。但是，采用此種接線方式在進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷以及系統(tǒng)故障隔離時(shí)存在相對(duì)大的困難。

2）冗余方案

確保主控單元work和backup間能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的通信，使得兩者之間數(shù)據(jù)信息能夠保持一致。當(dāng)系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)情況下，僅僅主控單元work通道進(jìn)行上送報(bào)文操作，不過(guò)主機(jī)以及備機(jī)間能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致與同步。冗余模式見(jiàn)圖3。

圖3 冗余模式

所構(gòu)建的冗余模式中，主機(jī)以及備機(jī)均接受系統(tǒng)輸入的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，不過(guò)備機(jī)不會(huì)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，僅僅是確保數(shù)據(jù)能夠和主機(jī)之間同步。主機(jī)不僅擁有相應(yīng)的應(yīng)用功能，并且也會(huì)按照事先設(shè)定的時(shí)間及時(shí)向備機(jī)輸送自身工作狀態(tài)相關(guān)信息，要是備機(jī)在特定時(shí)間段之內(nèi)未能接受到相關(guān)信息，便認(rèn)定為主機(jī)發(fā)生故障，或者時(shí)在主機(jī)發(fā)出的信息之中，備機(jī)判斷出主機(jī)發(fā)生故障，這種情況下，主機(jī)與備機(jī)便會(huì)進(jìn)行切換。

4 一體化應(yīng)用過(guò)程中需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題

1）電氣監(jiān)控系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)之間的接口問(wèn)題

應(yīng)用CSPA-2000系統(tǒng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)之間通信能夠采取兩種不同的方式，其一利用分散電氣監(jiān)控系統(tǒng)中站控層轉(zhuǎn)發(fā)工作站和DCS系統(tǒng)中的站級(jí)通信網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)通信，這些數(shù)據(jù)之中含有DCS系統(tǒng)控制過(guò)程中所需的大部分?jǐn)?shù)據(jù)信息，進(jìn)行通訊接口的選擇時(shí)能夠選用以太網(wǎng)或者是選用RS-485接口，相關(guān)規(guī)約可以采用OPC規(guī)約或者M(jìn)odbus規(guī)約，此種通信方式僅僅是分散電氣監(jiān)控系統(tǒng)向DCS系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)一些實(shí)時(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息，并不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的雙向傳輸。還有一種信息傳輸方式便是利用分散電氣監(jiān)控系統(tǒng)中的控制層主控單元直接和DCS系統(tǒng)中DPU單元進(jìn)行連接，可以使用RS-485作為通信方式，或者通過(guò)以太網(wǎng)方式完成通信，此種通信方式能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的雙向交流。

2）一體化控制中時(shí)鐘對(duì)時(shí)的問(wèn)題

在一體化控制系統(tǒng)之中，要確保兩個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)識(shí)要保持一致，也就是應(yīng)當(dāng)確保不同系統(tǒng)中的時(shí)鐘要能夠同步。依照電廠之中監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)要求，通常系統(tǒng)中時(shí)鐘的同步精度應(yīng)當(dāng)控制在20 ms之內(nèi)。不過(guò)，要是采用以太網(wǎng)信息傳輸方式，因?yàn)樵谛畔鬏數(shù)倪^(guò)程中，所發(fā)生的延時(shí)具有較強(qiáng)不確定性，一般情況下對(duì)時(shí)精度只可以控制在150 ms之內(nèi)，無(wú)法達(dá)到系統(tǒng)對(duì)于時(shí)鐘同步精度的相關(guān)要求。針對(duì)這一問(wèn)題，能夠?qū)蓚€(gè)系統(tǒng)均和GPS衛(wèi)星的同步時(shí)鐘進(jìn)行對(duì)時(shí)操作，這樣可以確保時(shí)鐘對(duì)時(shí)的精度進(jìn)一步提升，從而達(dá)到系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，在發(fā)電廠的控制系統(tǒng)之中，因?yàn)闊峁た刂葡到y(tǒng)和電氣控監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)不同步狀態(tài)，導(dǎo)致電廠的自動(dòng)化控制工作受到嚴(yán)重影響。將總線控制方式以及以太網(wǎng)通信方式相互結(jié)合，應(yīng)用到熱工控制系統(tǒng)和電氣監(jiān)控系統(tǒng)的一體化控制過(guò)程中，能夠更好地滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信需求，而且經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用證明，此種一體化方式擁有良好的控制效果。