電廠電氣控制系統中應用現場總線技術探析

趙啟坤

摘 要： 在社會主義經濟體制改革不斷深入發展的背景下，社會經濟形勢持續向好，電能消耗也呈現持續增長的趨勢，我國的電力事業得到了前所未有的發展。目前，分散式控制系統在我國電力行業得到廣泛應用，盡管已經獲得了良好的應用效果，但是由于該系統同電氣自動化的結合并不深入，因此還要很大的上升空間。本文就將結合具體的工作經驗對電廠電氣控制系統中的現場總線控制技術進行分析。

關鍵詞：電氣控制 現場總線 分析

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）12-0296-01

現場總線技術是一項依托于計算機技術發展起來的工業數據總線技術，它的主要作用使實現現象設備間的數字通信以及設備同高級控制系統之間的通信。現場總線具有優越的可操作性、互用性和結構分散性，目前已經在電力領域得到廣泛應用，并被稱作電氣控制現場總線技術，簡稱為FECS。

一、電氣控制現場總線技術概述

目前大型火力發電廠更加傾向于選擇技術成熟、運行穩定的生產技術，這些技術往往環節較多、操作復雜，對現有的電力控制系統提出了更好的要求。由于現場總線技術具有很好的智能型和互操作性，它能夠提高電廠電氣控制系統的自動化程度，因此在電廠得到廣泛應用。

總的來講，FECS主要集中在運行速率比較低的產品領域，因此未來發展將以穩定低速FECS領域和開拓高速FECS領域為主。高速現場總線主要用于控制網內各種設備之間的互聯，這些設備包括控制計算機、PLC設備，他們往往具有較高的智能化水平和較快的處理速度，同時，高速現場總線能夠同低速現場總線網絡實現通信，真正發揮了對整個網絡系統全分散結構的控制。在高速現場總線發展的背景下，高速FECS也實現了較快發展，逐漸突破以往系統的不足，促進了電氣控制自動化系統的網絡控制結構的完善。

二、FECS的主要控制內容及總線控制系統的控制特點

1.FECS的主要控制內容

現場總線主要通過對電廠發電機組以及變壓器等相關設備進行監控來實現對電網的控制。由于FECS的結構較為復雜，因此它能夠實現對數量繁多設備進行監控，主要包括：發電機的勵磁系統以及變壓器、高壓廠用及備用電源、主廠房內的低壓常用電源以及低壓廠用變壓器等等。

2.總線控制系統的主要控制特點

總線控制系統具有以下優勢，使它在與其他控制系統相比時表現出更加良好的性能。這些優勢包括：1）參數更新速度快。總線控制系統中包含有性能良好的計算機系統，它能夠對系統監控系統的結果做出迅速反映，實現參數的實時更新。這些參數是電氣模擬量對電壓等內容模擬的結果，其產生的數字通量中隱含了保護動作等信息。2）智能化水平較高。在電力系統運行的過程中，總線控制系統能夠通過邏輯運算方式的編寫實現對全部電氣設備的智能化控制，提高了控制的準確性，保障了電力設備運行的安全可靠。3）系統控制頻率較低。通常情況下，在電力系統運行良好的情況下是不需要對電氣設備進行控制的。一旦發生電氣故障，需要對切換電源時，繼電保護裝置和自動裝置就發揮作用，完成以編寫好的制定動作。同時，總線控制系統具有操作上的靈活性，而且設備的運行穩定性很高，這就使得系統控制的頻率往往保持在較低的水平上。

三、 FECS系統的組成及系統方案

1.FECS系統的組成

FECS系統根據工作原理的不同可以分為三層，分別是：間隔層、通信管理層以及站控層。首先，間隔層中包括各種不同型號的保護監測裝置、廠用電源的快速切換裝置、小電流接地選線裝置等。間隔層通過對專門軟件的開發來提高系統的整體性能，實現對各種智能裝置的完善。同時，它還具有CPU、現場總線、以太網等對外通信的接口。總的來講，間隔層同類似于電腦的主板，雖然不具備實際具體的功能，但是在整個系統的運行中起到了不能忽視的作用。其次是系統的通信管理層，這一層主要進行操作網絡和信息的管理，實現間隔層中各種智能裝置以以及發電廠其他智能裝置之間以及與上層站控層之間的通信。目前，電廠FECS系統常用的通信方式主要有以太網和現場總線兩種，同時隨著網絡技術的不斷發展，不同的網絡標準之間也能實現信息的交換。最后是站控層，站控層中包括計算機硬件系統以及各種專業的應用軟件，硬件包括服務器和工作站，軟件則包括完成電廠故障判斷等功能的各種專業軟件，同時還包括與下層設備進行通信的網絡接口。

2.FECS系統方案

FECS系統中，不同類型的發電機組通過不同的方式實現監控，一般電廠的大型發電機以及相關的電氣設備通過“通信+硬接線”的監控方式。同時，FECS系統能夠同分散控制系統通過網絡實現信息溝通，減少了信息重復的情況，對降低設備以及運行維護成本具有很大的幫助。本文將主要分析大型電動機及其電氣設備的FECS系統方案。

一般電廠的大型發電機以及相關的電氣設備通過“通信+硬接線”的監控方式。其中，電動機、低壓廠用變壓器的監控、監測主要由綜合的保護裝置完成，回路電流電壓、跳合閘現狀的狀態等將通過綜合保護裝置通過網絡傳送到現場總線，并最終傳送到分散控制系統中的DPU通信接口。斷路器的控制指令則通過硬接線傳送給分散控制系統中的DO、DI卡件中。低壓電動機、低壓饋線中容量超過100kw的回路主要采用智能斷路器，能夠在發生電路故障的情況下，及時進行電源的切換，提高保護動作的實施的速度，將電路故障造成的損失降到最低，同時回路電流等信息將通過多功能測控裝置傳送給現場總線，最終送達分散控制系統中的DPU通信接口。此外，電廠中其他智能電器包括微機保護裝置、微機直流系統監控裝置等都具有較高的性能和可靠性，同時具備一定的自我診斷能力，這些職能設備產生的各種信息信號能夠直接通過現場總線進入FECS系統的主控制單元。

四、FECS系統在電廠電氣控制中的應用效果

1.FECS系統的優點

FECS系統具有較為嚴謹的層次結構以及穩定的性能，能夠妥善完成各種監控任務，在具體應用中，它表現出來的主要優勢包括以下幾點：1）電氣信息量采集完整。FECS系統能夠采集的電氣信息量包括電流、電壓、保護動作信息、開關狀態等等，基本上能夠覆蓋工作人員把控電廠設備運行情況所需要的所有信息，對于提高系統運行的自動化程度具有很大的幫助。2）降低了設備成本。FECS系統采用現場總線控制模式，大量減少了各種端子柜和卡件的使用，同時降低了智能控制單元的復雜程度，提高了電纜調節的便利性。3）減少了維護檢修工作量。FECS系統具有更少的控制電纜這就意味著工作人員的日常電纜維護工作大大減少，同時建設該系統的工作量同其他控制系統相比也更小。4）提高了電廠電氣設備運行的可靠性。FECS系統在分散操作系統發生故障時能夠實現對電廠電源的監控和控制，此外，由于各電氣設備之間的風險的聯系關系不緊密，因此一個設備發生故障不會對整個系統的運行產生致命性的影響，大大提高了系統運行的可靠性。5）提高了信息轉換的精度。FECS系統能夠對信號的傳輸起到一定的保護作用，減少了信號的衰減，提高了信號的抗干擾能力，大大提高了信息轉換的精度，進而提高了整個系統的性能。

2.FECS系統存在的問題

盡管FECS系統相比其他的控制系統在性能和效率方面具有很強的優勢，但是在實際應用的過程中，工作人員發現，系統并沒有對數據信息進行規范和篩選，導致上傳到分散控制系統中的數據量十分龐大，使得數據信息采集的優勢并沒有完全發揮出來，為此還需要對數據信息采集的流程進行進一步的優化，提高對有用信息的辨識力度，方面運行人員的監控的操作。

結束語

總的來講，FECS系統是一種優秀的電廠電氣控制系統，目前已經全國大多數電廠中得到應用，并取得了良好的應用效果，大大提升了電廠電氣設備運行的安全性和穩定性，未來隨著相關技術的進一步發展，FECS系統的工作能力還將得到不斷優化。

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