基于現場總線的火力發電機組電氣控制系統的研究

一、引言

伴隨計算機信息技術的發展，工業自動化控制系統也逐步走向數字化、網絡化、智能化與現場化。現場總線技術是一種工業數據總線，它主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。分散控制系統(DCS) 因能充分體現分散控制與集中操作管理的思想，并以先進的技術、豐富的控制功能、友好的人機界面和愈來愈可靠的工作性能等優勢，近年來占據了大、中型火力發電機組機爐主控的自動化領域。對于電氣系統，將其納入DCS 進行監控，有利于實現機、爐、電一體化控制而成為一種趨勢。

二、基于現場總線的電氣控制系統主要特點

基于現場總線的電氣控制系統可從現場電氣智動化水平的不斷提高，對電廠的生產運行管理提出 能設備獲取大量豐富信息，能夠更好地滿足電廠自了更高的要求。現場總線是數字化通信網絡，它不單純取代4—20mA 信號，還可實現電氣設備狀態、故障、參數信息傳送。系統除完成遠程控制，還可完成遠程參數化工作。

1. 開放式、互操作性、互換性、可集成性

2. 系統可靠性高、可維護性好。

3. 提高電廠的自動化和信息化水平、減少電廠的運行維護工作量。

4. 降低了系統及工程成本。

三、電氣現場總線控制系統(EFCS 系統)

1.EFCS 系統組成

（1）間隔層。該層主要是為了促進各種專業化功能的智能裝置的完成和完善，包括：廠用電中壓6kV ／ 10kV 系統系列保護測控裝置、廠用電低壓4o0V 系統系列智能控制器及測控裝置、廠用電源快速切換裝置、低壓備用電源自投裝置、自動準同期控制裝置、小電流接地選線裝置、直流接地選線裝置等。通過各種職能軟件的開發促進系統的可操作性，有CPU、A／ D、RAM、EEPROM、現場總線或以太網對外通信接口等。

（2）通信管理層。這一層主要是網絡和通信的安全管理，完成上述的各種智能裝置、DCS 系統、電氣后臺監控系統、發電廠其他智能設備、發電廠其他系統的通信。主要的通信方式還是以工業以太網和現場總線，如PROFIBUS、CAN 等，現代通信管理裝置已經實現了不同現場總線接口標準的互聯以及不同通信之間的轉換。

（ 3）站控層。改成包括后臺監控系統計算機硬件和各種專業應用軟件，硬件有服務器、工作站等。應用軟件包括SCADA( 數據采集和監控)、廠用電抄表、錄波分析、電動機故障診斷等各種高級軟件或者基礎軟件，以及后臺系統與發電廠其他管理系統( 如MIS系統) 間的通信接口軟件。

2.EFCS 系統方案

在EFCS 系統方案中，小型電動機采用“全通信”監控方式進DCS 系統，大型電動機及其他電氣設備采用“通信+ 硬接線”監控方式。由于EFCS 系統與DCS 系統進行了網絡互聯，實現了信息共享，避免了信息重復采集，減少了設備和電纜成本及運行維護費用。

（1）小型電動機采用全通信監控方式低壓電動機中，容量不足100kW，采用塑殼斷路器、低壓控保裝置和接觸器組合的電動機回路，其保護、測量、計量由低壓控保裝置完成，取消電流變送器、電流表、電度表。回路的電流、電度量、保護動作及預報信號由低壓控保裝置以現場總線通信方式經DCS系統中DPU 通信接口上傳至DCS 系統。接觸器的控制指令由DCS 系統中DPU 通信接口經現場總線下達至低壓控保裝置。其通信規約必須與熱控控制系統的規約一致，一般直接掛網而不經過規約轉換設備。

（2）大型電動機及其他電氣設備的“通信+ 硬接線”監控方式這里的大型電動機是指高壓電動機及低壓電動機中容量超過100kW 的電動機。高壓廠用電動機、高壓饋線、低壓廠用變壓器等的保護、測量、計量由綜合型保護裝置完成，回路的電流、電度量、跳合閘線圈狀態、保護動作及預報信號由綜合型保護裝置以通信方式上傳至現場總線，經主控單元匯總后，一并傳人相應的DCS 系統中DPU通信接口。斷路器的控制指令及參與連鎖所需要的位置狀態經硬接線送至DCS 系統的DO、DI 卡件。低壓電動機、低壓饋線中容量超過100kW 的回路，采用智能型斷路器( 或采用普通斷路器加配多功能測控裝置)，保護、測量、計量由智能脫扣器( 或多功能測控裝置) 完成，取消電流變送器、電流表、電度表，回路的電流、電度量、保護動作及預報信號由智能脫扣器( 或多功能測控裝置) 以通信方式上傳至現場總線，經主控單元匯總后，一并傳人相應的DCS 系統中DPU 通信接口。斷路器的控制指令及參與連鎖所需要的位置狀態經硬接線送至DCS 系統的DO、DI卡件。其他電氣智能設備還有發變組(含高廠變) 微機保護裝置、起備變微機保護裝置、微機型廠用電源切換裝置、微機型直流系統監控裝置、微機型的柴油發電機組控制裝置、微機型發電機勵磁裝置等。這些裝置都具備智能化電氣特性如高性能、高可靠性、在線監測和自診斷功能、網絡化或標準化通信接口，可直接通過現場總線接人EFCS 系統的主控單元。

四、結束語

火電廠的電氣自動化運用，能提高火力發電系統管理的自動化和管理水平。自動化系統通過計算機、保護、測量、分層分布控制和通信技術，對火電廠的電力系統的運行進行保護、控制和故障處理，這無疑是一項綜合性的管理系統。充分利用電氣系統聯網后信息全面的優勢，成功實現電氣自動化的使用，完成較為復雜的電氣運行管理工作。

在EFCS 系統方案中，小型電動機采用“全通信”監控方式進入DCS 系統，大型電動機及其他電氣設備采用“通信+ 硬接線”監控方式。由于EFCS 系統與DCS 系統進行了網絡互聯，實現了信息共享，避免了信息重復采集，減少了設備和電纜成本及運行維護費用，提高了電廠的自動化水平，減少了電廠的運行維護工作量，實現電廠電氣量信息化和數字化。