電廠電氣控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用

吳振華

針對目前電廠電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)過程中存在的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問題，文章分析了現(xiàn)場總線技術(shù)作用于電廠電氣控制系統(tǒng)的作用現(xiàn)、范圍以及特點(diǎn)，并提出了技術(shù)應(yīng)用實(shí)例，以深化現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用效率。其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】電廠電氣控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線技術(shù) DSC FCS RS485總線 Lanworks總線

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，電廠電氣控制系統(tǒng)的自動化運(yùn)行已經(jīng)成為滿足當(dāng)前現(xiàn)代化建設(shè)對電力系統(tǒng)運(yùn)行管理需求的關(guān)鍵。而現(xiàn)場總線技術(shù)以其具有實(shí)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行智能化、操作靈活性以及動作可靠性特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電廠電氣控制系統(tǒng)中。然而，有總線技術(shù)應(yīng)用的差異性，使得電廠將其作用于電氣控制系統(tǒng)的自動化目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。為此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)在明確其現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀、應(yīng)用范圍以及應(yīng)用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，找出具體技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)化方法。

1 電廠電氣控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，電廠電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)場總線技術(shù)主要作用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行到自動化控制。具體來說，由于電廠電氣控制系統(tǒng)的自動化建設(shè)需要采用大量智能儀表數(shù)字化通信方式以及相關(guān)智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)場總線技術(shù)能夠使上述自動化內(nèi)容通過總線接口介入到現(xiàn)有的PLC以及DSC中，這就在很大程度上提高了運(yùn)行使用效率。然而，受資金投入力度限制，許多電廠的電氣控制系統(tǒng)并沒有采用現(xiàn)場總線技術(shù)來進(jìn)行自動化系統(tǒng)建設(shè)，這就使得短時(shí)間內(nèi)，電廠電氣控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)整體的總線控制目標(biāo)。科學(xué)力度不夠主要體現(xiàn)在，總線標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問題上。這種情況，就使得未來電氣控制系統(tǒng)過渡到總線控制系統(tǒng)要面臨極大挑戰(zhàn)。為此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)在明確電廠電氣控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線技術(shù)作用范圍以及作用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，找出具體優(yōu)化的方式方法。

2 電廠電氣控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線技術(shù)的作用范圍及特點(diǎn)

2.1 電氣系統(tǒng)現(xiàn)場總線技術(shù)監(jiān)控范圍

通常情況下，電廠電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術(shù)監(jiān)控對象有： 交流不停電電源、保安電源、直流系統(tǒng)、輔助車間低壓廠用電源、交流不停電電源、動力中心至電動機(jī)控制中心電源饋線、元機(jī)組發(fā)電機(jī)和鍋爐 DCS 控制電動機(jī)、發(fā)電機(jī)-變壓器組、高壓廠用工作及備用電源以及主廠房內(nèi)低壓廠用電源等。其中發(fā)電機(jī)-變壓器組的現(xiàn)場總線技術(shù)監(jiān)控范圍包括：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、主變壓器以及220kV斷路器；高壓廠用工作及備用電池的技術(shù)監(jiān)控范圍包括：起動-備用變壓器以及高壓廠用工作變壓器等；而主廠房內(nèi)部低下的廠用電源，現(xiàn)場總線技術(shù)重要作用于低壓廠用工作和共用變壓器、檢修變壓器、照明變壓器除塵變壓器。上述技術(shù)應(yīng)用方法均要在主電廠廠房處于低壓廠用的變壓器狀態(tài)下。

2.2 電氣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)特征

DCS（Distributed Control System） 的軟件與硬件系統(tǒng)最初是針對熱工控制過程而研發(fā)出來的， 這就使其并不完善使用電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)。基于此，現(xiàn)場總線技術(shù)作用于實(shí)際的電氣控制系統(tǒng)應(yīng)具備如下特征。如圖1所示，為總線控制系統(tǒng)的作用結(jié)構(gòu)圖。

首先，電氣設(shè)備智能化程度高，具體來說，電氣控制系統(tǒng)中起動-備用變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)、自動同期裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器保護(hù)以及廠用電切換裝置保護(hù)均是微機(jī)型設(shè)備。為微機(jī)型設(shè)備提供綜合保護(hù)的現(xiàn)場總線裝置是6kV 開關(guān)站，而380V開關(guān)站則主要作用于微機(jī)型電動機(jī)控制器和智能開關(guān)控制器。這種情況下，所有的電氣系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備就都能實(shí)現(xiàn)智能化， 進(jìn)而便于與各種計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用通信方式實(shí)現(xiàn)雙向通信。其次，電氣參數(shù)變化快，該特征導(dǎo)致電氣模擬量大多體現(xiàn)在電壓、電流、頻率以及功率等。再次，電氣設(shè)備控制頻度較低。除在機(jī)組起、停過程中，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)或自動裝置動作來切除故障或進(jìn)行用電源切換。第四點(diǎn)，電氣設(shè)備控制邏輯簡單特征，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電氣設(shè)備控制大多為開關(guān)量控制，因此，這一無需調(diào)節(jié)以及控制的邏輯十分簡單。第五點(diǎn)，電氣設(shè)備的安裝環(huán)境與布置要相對集中，由于電氣設(shè)備大多集中于電氣繼電器室以及其他各電氣配電設(shè)備間，這就使得設(shè)備布置較為集中特征。而安裝環(huán)境很少有粉塵污染以及水汽污染，這就給電氣設(shè)備的就地布置創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。最后，基于現(xiàn)場總線技術(shù)的電氣設(shè)備還具有良好的可控性。這是因?yàn)殡姎饪刂葡到y(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用對象大多為空氣開關(guān)、斷路器以及接觸器，其具有操作靈活以及動作可靠的特點(diǎn)。由上述內(nèi)容可知，電氣控制系統(tǒng)在應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)后，將在各個(gè)方面提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

3 電廠電氣控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

3.1 現(xiàn)場總線技術(shù)配置方案

3.1.1 數(shù)據(jù)采集方式

電廠電氣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)建設(shè)人員除了要將發(fā)電機(jī)-變壓器組、起動-備用變壓器以及高壓側(cè)斷路器等所有控制量信號以硬接線的方式與DCS直接連接外，還要將其他監(jiān)測信號通過設(shè)置測控裝置接入FCS后，再以通信方式送入DCS。此外，電氣專用裝置應(yīng)設(shè)置各自的通信接口，以實(shí)現(xiàn)多串口的通信服務(wù)器接入FCS目標(biāo)。由于電廠廠用電源分高壓廠用工作電源和備用電源兩種，為保證與電廠生產(chǎn)建設(shè)要求相一致，應(yīng)將水、煤、灰等設(shè)施單獨(dú)的控制點(diǎn)，以使得輔助車間380V的電源系統(tǒng)仍然能夠納入到可編程序控制氣中進(jìn)行控制。FCS采集的供電氣系統(tǒng)分析管理的信息如各保護(hù)整定值、故障時(shí)電流和電壓波形等數(shù)據(jù)， 送入FCS的工程師站進(jìn)行分析處理，不送入DCS，但可以通過獨(dú)立的通信接口送入SIS和管理信息系統(tǒng)MIS。這樣一來，此方案就能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組長用電系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的無縫連接目標(biāo)。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

電廠電氣控制系統(tǒng)中的FCS采用了分層、分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分層設(shè)置。具體來說，3層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為監(jiān)控主站層、通信子站層以及間隔層；2層網(wǎng)指連接監(jiān)控主站層與通信子站層的以太網(wǎng)以及連接通信子站層與間隔層的現(xiàn)場總線網(wǎng)。其中電廠公用廠用電系統(tǒng)的站控層是以太網(wǎng)獨(dú)立組網(wǎng)的，即通過通信網(wǎng)關(guān)分別與1號、2號機(jī)組自動化系統(tǒng)進(jìn)行以太網(wǎng)連接。此廠用單元機(jī)組共用一個(gè)工程師站，并通過軟、硬件閉鎖手段只能接受一臺機(jī)組控制系統(tǒng)的操作指令。

3.2 控制系統(tǒng)總線選擇

相關(guān)研究表明，電氣配電裝置分散于電廠的整個(gè)廠區(qū)，。當(dāng)現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于大中型電廠時(shí)，電氣控制系統(tǒng)要求選擇較長傳輸距離的總線。目前的市場環(huán)境中，可供選擇的用電系統(tǒng)總線有5種，即工業(yè)以太網(wǎng)、Lonworks 總線、CAN 總線、基于 Mo dbus2RTU 協(xié)議的 RS485 總線以及Profibus2DP。其中 Profibus2DP總線主要作用于380V系統(tǒng)，而Lanworks總線、CAN總線以及工業(yè)以太網(wǎng)則主要作用于6kV系統(tǒng)，?；贛odbus2R TU 協(xié)議的 RS485 總線則可作用于兩個(gè)電氣控制系統(tǒng)，即6kV和380V系統(tǒng)。值得注意的是，當(dāng)電廠電氣專用自動裝置通信接口以及電氣專用繼電保護(hù)裝置，則應(yīng)采用基于Mod-bus2RTU 協(xié)議下的總線。

4 結(jié)束語

綜上所述，電廠電氣控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)自動化系統(tǒng)建設(shè)的重要技術(shù)手段，針對因資金成本跟不上發(fā)展而導(dǎo)致的電廠電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問題，研究人員可根據(jù)分類法，使不同規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的總線作用于固定的系統(tǒng)環(huán)境，從而為日后實(shí)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)自動化目標(biāo)提供助力。事實(shí)證明，現(xiàn)場總線技術(shù)作用于6kV以及380V電氣控制系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了多串口的通信服務(wù)器接入FCS目標(biāo)。為此，相關(guān)人員應(yīng)將其重視起來，以盡早實(shí)現(xiàn)電廠自動化控制系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)。

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作者單位

中電投電力工程有限公司 上海市 200233