超超臨界火電機組新建工程現場總線設備配置規劃

葉智　瞿麗莉　張幸福

摘 要：隨著智能化火電廠建設的不斷推進，現場總線控制系統作為實現智能化電廠建設的必要條件，其在新建火電廠機組的應用范圍也從初期的局部輔控系統逐步發展到主控系統和輔控系統的全場一體化應用，現場總線設備的配置規劃需要綜合技術創新和技術風險進行考慮，本文從新建火電廠主控系統與公用系統及輔控系統兩個層面提出了現場總線設備的規劃原則。

關鍵詞：智能化火電廠；新建火電機組；現場總線設備；配置規劃

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.190

0 引言

工廠自動化技術在現代通信技術、計算機網絡技術、自動化技術的推動下已發展到第3代—現場總線控制系統（Fieldbus Control System，簡稱FCS）階段，FCS系統的出現代表了工業自動控制系統一個新時期的開始[1]。截至2016年底，全國火電裝機105388萬千瓦，為各種先進新型控制系統的廣泛應用提供了可能，尤其是隨著環保及節能減排、競價上網等政策的不斷深入推進，火電廠控制系統將向更高性能的安全、可靠、高效、智能目標發展[2]，這同時也推動了智能化火電廠的建設，從而推動了現場總線系統和現場總線設備在火電廠的應用，為綜合考慮技術創新和技術風險，有必要針對總線設備在新建火電機組的主控系統及2公用系統與輔控系統上的應用提出合理配置規劃。

1 主控系統現場總線設備規劃原則

考慮到超超臨界火電機組控制系統的大容量和高參數等技術特點和要求，應以技術成熟且應用廣泛的分散控制系統（DCS）為基本系統，無縫嵌入現場總線網絡通信模件，形成現場總線的各級網絡，連接現場總線儀表、設備，實現數據采集、控制和設備驅動。應采用現場總線系統的信息處理、設備診斷和設備管理軟件，充分發揮FCS的技術優越性。需要統籌考慮工程風險和技術創新二者的綜合效益，提出以下配置原則：

（1）對鍋爐、汽機本身的運行安全有重大影響的系統，現場總線控制方式的安全穩定性略低于傳統方式，故仍采用傳統的DCS硬接線和I/O設備；

（2）SOE由于現場總線采集方式無法滿足快速實時性要求，故采用常規DCS采集方式；

（3）汽機數字電液控制系統（DEH），由于現場總線技術不支持，故采用常規控制方式；

（4）汽機本體緊急跳閘系統（ETS），由于現場總線技術不支持，故采用常規控制方式；

（5）汽輪機監視系統（TSI），由于現場總線技術不支持，故采用常規控制方式；

（6）給水泵汽輪機監視系統（MTSI），由于現場總線技術不支持，故采用常規控制方式；

（7）給水泵汽機緊急跳閘系統（METS）和給水泵汽機電液數字控制系統（MEH），由于現場總線技術不支持，故采用常規控制方式；

（8）引風機汽輪機監視系統（MTSI），由于現場總線技術不支持，故采用常規控制方式；

（9）引風機汽機緊急跳閘系統（IMETS）和引風機汽機電液數字控制系統（IMEH），由于現場總線技術不支持，故采用常規控制方式；

（10）主機潤滑油系統、盤車系統、高壓抗燃油系統、減溫水系統等，由于系統重要性跟環境溫度原因不易采用現場總線控制方式，故采用常規控制方式；

（11）等離子點火系統關系到機組安全性，故采用常規控制方式；

（12）所有開關量儀表，如壓力/差壓、液位、溫度等過程開關無設備管理的需求，故采用常規DCS采集方式；

（13）溫度信號由于無設備管理需求，故采用常規DCS采集方式；

（14）較為分散的開關型氣動執行機構若采用現場總線技術會大幅度增加成本，且無設備管理需求，故采用常規控制方式；

（15）重要保護系統的變送器關系到機組安全性，故采用常規DCS采集方式，但要求儀表支持HART協議，以便實現遠程管理；

（16）用于重要保護回路的電動/氣動執行機構關系到機組安全性，仍采用硬接線方式；

（17）機組分析儀表由于設備較為分散且數量較少，采用現場總線采集方式會大幅度增加成本，故采用常規采集方式；

（18）所有6kv電機及變頻器由于對現場總線通信的干擾較大，故采用常規DCS方式；

（19）對于系統安全性影響較小的380V電機采用FCS方式，采用國產馬達控制器，冗余型總線接口；

（20）鍋爐、汽機和公用控制系統中選擇部分子系統從儀表、電機驅動設備、執行機構采用FCS（選取冗余通信口的總線設備），選用范圍可在高壓加熱器疏水、低壓加熱器疏水放汽、主汽/再熱汽、抽汽、輔汽、凝結水、開式水、廠內循環水、循環水泵房、汽動引風機汽機、油凈化、發電機氫油水、汽水、鍋爐吹灰、風煙、制粉、低溫省煤器、脫硫系統（機組）、脫硝SCR區、機組除灰、相對位置較集中的大小汽機疏水門等；

（21）FSSS中磨煤機系統電動執行機構設備和信號可采用FCS；

（22）重要輔機（六大風機、磨煤機等）的400V油站電機不采用設備廠家自帶的設備，應由DCS統一控制，采用現場總線控制方式，其油箱加熱器也可采用現場總線；

（23）從現場直接采集的DAS信號全部采用FCS的儀表、設備；IDAS信號采用國產冗余Profibus-DP接口的遠程智能前端采集通訊至DCS的方式；

（24）鍋爐吹灰系統一體化電動門及壓力變送器采用現場總線控制方式，而吹灰器本體若采用現場總線方式需采購大量馬達控制裝置，大幅度增加成本，且吹灰器可管理的信息較少，故弊大于利，采用常規硬接線控制方式；

（25）脫硫、脫銷選用與主控DCS相同的控制系統硬件，部分設備考慮采用現場總線方式；

2 公用系統及輔控系統現場總線設備規劃原則endprint

在公用系統及輔控系統的現場總線設備規劃原則上，總體與主控系統現場總線設備規劃原則基本保持一致，針對不同現場總線設備類型，提出以下配置原則：

（1）由于公用系統及輔控系統不存在對鍋爐、汽機本身的運行安全有立即重大影響的系統，所以公用及輔控可大范圍的采用現場總線技術；

（2）溫度信號由于無設備管理需求，故采用常規DCS采集方式；

（3）所有開關量儀表，如壓力/差壓、液位、溫度等過程開關無設備管理的需求，故采用常規DCS采集方式；

（4）所有6kv電機及變頻器由于對現場總線通信的干擾較大，故采用常規DCS方式；

（5）公用及輔控與主機現場總線協議保持一致，可采用總線的設備包括壓力變送器、差壓變送器、流量變送器、流量計、超聲波液位計、雷達液位計、部分化學分析儀表、受控電機、電動執行機構、閥島等，選用范圍可在空壓機、暖通空調、鍋爐補給水、取水泵房、凈化站、凝結水精處理、精處理再生、機組汽水取樣、加藥系統、生活污水、含煤廢水、灰庫、含油廢水、脫硫廢水、公用除灰、公用脫硫等；

（6）所有現場總線型電動執行機構均采用國產設備，由于公用及輔助車間無影響機組安全性設備，考慮造價等綜合性原因，采用單現場總線通信接口（已能滿足現場需求）；

（7）所有現場總線型智能變送器、液位計、電磁閥島、氣動定位器均采用成熟的進口產品（國產設備無成熟產品）；

（8）所有采用現場總線控制方式的電機，均配置國產智能型馬達控制器，冗余現場總線通信接口；

（9）凝結水精處理在線化學分析儀表均采用成熟的進口產品，鍋爐補給水和汽水取樣在線化學分析儀表中pH計和電導率由于造價原因且無過多設備管理信息故采用常規采集方式的國產儀表，其余設備采用成熟進口產品；

（10）生活污水、含煤廢水及含油廢水系統中電機由于采用現場總線控制方式，需配置馬達控制器，會大幅度增加造價，且系統中小型電機無過多管理信息，故采用常規控制方式；

（11）現場總線儀表和設備應選擇通過現場總線標準權威組織注冊認證且在工業控制中有應用業績的產品；

（12）采用現場總線儀表和設備的診斷、管理軟件，對FCS網絡、設備進行診斷和管理。

3 結語

現場總線控制系統作為新一代控制系統，突破了常規DCS系統采用專用通信網絡的局限性，采用基于公開化和標準化的解決方案，克服了封閉系統所造成的缺陷[3]。隨著智能化電廠建設不斷推進，現場總線控制系統作為智能化火電廠建設的必要條件也就推動了現場總線設備在新建火電廠的應用。目前火電廠工程技術員對現場總線技術的了解與掌握程度還處在初級階段，所以在工程應用上要統籌考慮技術風險與技術創新兩個方面，總結歸納其在主控系統和公用系統及輔控系統上的應用范圍和配置原則，從而充分發揮利用現場總線設備的技術優勢。

參考文獻：

[1]侯維巖，費敏銳編著.PROFIBUS協議分析和系統應用[M].清華大學出版社，2006（12）.

[2]楊新民，肖勇等.火電廠監控系統現狀及發展[J].熱力發電，2014

（11）.

[3]凌志浩主編.DCS與現場總線控制系統[M].華東理工大學出版社，

2008（09）.

作者簡介：葉智（1975-），男，江西樂平人，碩士，高級工程師，研究方向：現場總線控制系統研究與開發。endprint