電氣現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)淺析

　　隨著(zhù)我國電力行業(yè)的高速發(fā)展，DCS的應用也越來(lái)越廣泛，但DCS主要完成的是汽輪機、鍋爐的自動(dòng)化過(guò)程控制，對電氣部分的自動(dòng)化結合較少，DCS一般未充分考慮電氣設備的控制特點(diǎn)，所以無(wú)論是功能上還是系統結構上，與網(wǎng)絡(luò )微機監控系統相比在開(kāi)放性、先進(jìn)性和經(jīng)濟性等方面都有較大的差距。

　　1 電氣現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的監控對象

　　電氣現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的監控對象主要有:發(fā)電機-變壓器組，其監控范圍主要包括發(fā)電機、發(fā)電機勵磁系統、主變壓器、220kV斷路器;高壓廠(chǎng)用工作及備用電源，其監控范圍主要包括高壓廠(chǎng)用工作變壓器、起動(dòng)-備用變壓器等;主廠(chǎng)房?jì)鹊蛪簭S(chǎng)用電源，其監控范圍主要包括低壓廠(chǎng)用工作和公用變壓器、照明變壓器、檢修變壓器和除塵變壓器等主廠(chǎng)房的低壓廠(chǎng)用變壓器;輔助車(chē)間低壓廠(chǎng)用電源;動(dòng)力中心至電動(dòng)機控制中心電源饋線(xiàn);單元機組發(fā)電機和鍋爐DCS控制電動(dòng)機;保安電源;直流系統;交流不停電電源。

　　2 電氣現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的特點(diǎn)

　　2.1 電氣參數變化快 電氣模擬量一般為電流、電壓、功率、頻率等參數，數字量主要為開(kāi)關(guān)狀態(tài)、保護動(dòng)作等信號，這些參數變化快，對計算機監控系統的采樣速度要求高。

　　2.2 電氣設備的智能化程度高 電氣系統的發(fā)電機-變壓器組保護、起動(dòng)-備用變壓器保護、自動(dòng)同期裝置、廠(chǎng)用電切換裝置、勵磁調節器等保護或自動(dòng)裝置均為微機型，6kV開(kāi)關(guān)站保護為微機綜合保護，380V開(kāi)關(guān)站采用智能開(kāi)關(guān)和微機型電動(dòng)機控制器，所有的電氣設備均實(shí)現了智能化，能方便地與各種計算機監控系統采用通信方式進(jìn)行雙向通信。另外，電氣設備的控制一般均為開(kāi)關(guān)量控制，控制邏輯十分簡(jiǎn)單，一般無(wú)調節或其它控制要求，電氣設備的控制邏輯簡(jiǎn)單。

　　2.3 電氣設備的控制頻度較低 除在機組起、停過(guò)程中，部分電氣設備要進(jìn)行一些倒閘或切換操作外，在機組正常運行時(shí)電氣設備一般不需要操作。在事故情況下，大多由繼電保護或自動(dòng)裝置動(dòng)作來(lái)切除故障或進(jìn)行用電源切換。且電氣設備具有良好的可控性，這是因為電氣的控制對象一般均為斷路器、空氣開(kāi)關(guān)或接觸器，其操作靈活，動(dòng)作可靠，與電廠(chǎng)其它受控設備相比，具有良好的可控性。

　　2.4 電氣設備的安裝環(huán)境較好且布置相對集中 電氣設備大多集中布置在電氣繼電器室和各電氣配電設備間內，設備布置相對比較集中，且安裝環(huán)境極少有水汽或粉塵的污染，為控制設備就地布置提供了有利條件。

　　3 電氣現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統配置

　　每臺機組配置現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(fieldbusco nt rol sys-tem，FCS)，將機組電氣系統的發(fā)電機-變壓器組、單元機組廠(chǎng)用電系統和公用廠(chǎng)用電系統都納入FCS，FCS作為DCS的一個(gè)子系統，在DCS操作員站實(shí)現對電氣系統的監控，并通過(guò)冗余配置的通信服務(wù)器在站控層與DCS進(jìn)行連接。

　　3.1 網(wǎng)絡(luò )結構 電氣FCS采用分層、分布式計算機控制系統，在系統功能上分層，設備布置上分散。網(wǎng)絡(luò )結構為3層設備2層網(wǎng)方式，3層設備指監控主站層、通信子站層和間隔層，2層網(wǎng)指連接監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場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)。監控主站層由雙冗余的系統主機、工程師站、網(wǎng)絡(luò )交換機和負責與DCS及廠(chǎng)級監控系統(SIS)通信的雙冗余通信服務(wù)器等組成，通信子站層主要由安裝于電氣繼電器室的多串口通信服務(wù)器和安裝在各配電室的通信管理機組成，間隔層設備主要包括安裝在電氣繼電器室、6kV開(kāi)關(guān)柜和380V開(kāi)關(guān)柜的智能測控裝置、綜合保護測控裝置、電動(dòng)機控制器和智能儀表等。通信管理機與監控主站采用雙冗余的光纖以太網(wǎng)連接，與間隔層設備可根據設備情況采用Profibus，LON，CAN，工業(yè)以太網(wǎng)或其它現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行連接，其主要功能除完成對各綜合智能測控單元的數據進(jìn)行管理外，還完成實(shí)時(shí)數據的加工和分布式數據庫的管理工作。公用廠(chǎng)用電系統的站控層以太網(wǎng)獨立組網(wǎng)，通過(guò)通信網(wǎng)關(guān)分別與機組自動(dòng)化系統以太網(wǎng)連接，共用單元機組的工程師站，并通過(guò)軟、硬件閉鎖手段只能接受一臺機組控制系統的操作指令。

　　3.2 數據采集 對發(fā)電機-變壓器組、高壓廠(chǎng)用變壓器及起動(dòng)-備用變壓器，除少量模擬量信號、高壓側斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)位置信號、控制回路斷線(xiàn)及允許遠方操作信號、發(fā)電機-變壓器組及起動(dòng)-備用變壓器所有控制量信號采用硬接線(xiàn)直接與DCS連接外，其它監測信號均通過(guò)專(zhuān)設的測控裝置接入FCS，再以通信方式送DCS。電氣專(zhuān)用裝置如發(fā)電機-變壓器組及起動(dòng)-備用變壓器保護、電壓自動(dòng)調整裝置(AVR)、同期裝置、故障錄波、廠(chǎng)用電快速切換、柴油機、直流系統以及交(直)流不停電電源(UPS)系統等均設有通信接口，通過(guò)多串口通信服務(wù)器接入FCS。

　　電廠(chǎng)廠(chǎng)用電源分高壓廠(chǎng)用工作及備用電源、主廠(chǎng)房低壓廠(chǎng)用電源系統和輔助車(chē)間低壓廠(chǎng)用電源系統，主廠(chǎng)房低壓廠(chǎng)用電源包括低壓廠(chǎng)用工作和公用變壓器、照明變壓器、檢修變壓器和除塵變壓器及其380V配電裝置等，輔助車(chē)間低壓廠(chǎng)用電源包括輸煤系統、工業(yè)廢水處理站、翻車(chē)機、循環(huán)水系統、補給水系統變壓器及其380V配電裝置等。為與本工程水、煤、灰輔助系統集中控制的思路相適應，輔助車(chē)間廠(chǎng)用電源系統均納入機組DCS監控。針對熱控水、煤、灰單獨設置控制點(diǎn)的方案，輔助車(chē)間380V電源系統也可納入相應可編程序控制器(PLC)控制。

　　為使控制系統接線(xiàn)更加簡(jiǎn)單，對主廠(chǎng)房重要廠(chǎng)用電源如6kV廠(chǎng)用電系統及鍋爐、汽輪機、主廠(chǎng)房公用系統等，采用硬接線(xiàn)和現場(chǎng)總線(xiàn)相結合的采集方式，即重要DI信號(如斷路器合閘位置、斷路器跳閘位置、允許操作、故障)和DO信號(如斷路器合閘指令、斷路器跳閘指令等)保留硬接線(xiàn)，回路其它所有信息均通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)以通信方式送入FCS及DCS;而對機組不重要廠(chǎng)用電源如檢修、照明、電除塵及輔助車(chē)間廠(chǎng)用電系統等，取消廠(chǎng)用電電源系統全部的硬接線(xiàn)，完全采用通信方式進(jìn)行監視和控制。

　　對單元機組電動(dòng)機，由于與機組熱工系統聯(lián)系緊密，采用硬接線(xiàn)和現場(chǎng)總線(xiàn)相結合的采集方式，同時(shí)，要保留和監控邏輯有關(guān)的重要信息，采用硬接線(xiàn)的方式，接入DCS中進(jìn)行監控。FCS采集的供電氣系統分析管理的信息如各保護整定值、故障時(shí)電流和電壓波形等數據，送入FCS的工程師站進(jìn)行分析處理，不送入DCS，但可以通過(guò)獨立的通信接口送入SIS和管理信息系統(MIS)。

　　4 結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)電廠(chǎng)自動(dòng)化水平的不斷提高，電氣系統采用計算機控制已成為當前設計的主流，控制方式也從單純的DCS監控逐步向具備故障分析、信息管理、設備管理、自動(dòng)抄表、仿真培訓等高等級運行管理功能的方向發(fā)展，由此又推動(dòng)了現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在電廠(chǎng)電氣控制系統中的應用。將FCS應用到火力發(fā)電廠(chǎng)控制過(guò)程有利于提高火力發(fā)電廠(chǎng)電氣系統的自動(dòng)化水平，節約工程投資，值得大力推廣應用。

　　參考文獻：

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