基于现场总线的火力发电机组电气控制系统的研究

一、引言

    伴随计算机信息技术的发展，工业自动化控制系统也逐步走向数字化、网络化、智能化与现场化。现场总线技术是一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。分散控制系统(DCS) 因能充分体现分散控制与集中操作管理的思想，并以先进的技术、丰富的控制功能、友好的人机界面和愈来愈可靠的工作性能等优势，近年来占据了大、中型火力发电机组机炉主控的自动化领域。对于电气系统，将其纳入DCS 进行监控，有利于实现机、炉、电一体化控制而成为一种趋势。

二、基于现场总线的电气控制系统主要特点

    基于现场总线的电气控制系统可从现场电气智动化水平的不断提高，对电厂的生产运行管理提出 能设备获取大量丰富信息，能够更好地满足电厂自了更高的要求。现场总线是数字化通信网络，它不单纯取代4—20mA 信号，还可实现电气设备状态、故障、参数信息传送。系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。

    1. 开放式、互操作性、互换性、可集成性

    2. 系统可靠性高、可维护性好。

    3. 提高电厂的自动化和信息化水平、减少电厂的运行维护工作量。

    4. 降低了系统及工程成本。

三、电气现场总线控制系统(EFCS 系统)

    1.EFCS 系统组成

    （1）间隔层。该层主要是为了促进各种专业化功能的智能装置的完成和完善，包括：厂用电中压6kV ／ 10kV 系统系列保护测控装置、厂用电低压4o0V 系统系列智能控制器及测控装置、厂用电源快速切换装置、低压备用电源自投装置、自动准同期控制装置、小电流接地选线装置、直流接地选线装置等。通过各种职能软件的开发促进系统的可操作性，有CPU、A／ D、RAM、EEPROM、现场总线或以太网对外通信接口等。

    （2）通信管理层。这一层主要是网络和通信的安全管理，完成上述的各种智能装置、DCS 系统、电气后台监控系统、发电厂其他智能设备、发电厂其他系统的通信。主要的通信方式还是以工业以太网和现场总线，如PROFIBUS、CAN 等，现代通信管理装置已经实现了不同现场总线接口标准的互联以及不同通信之间的转换。

    （ 3）站控层。改成包括后台监控系统计算机硬件和各种专业应用软件，硬件有服务器、工作站等。应用软件包括SCADA( 数据采集和监控)、厂用电抄表、录波分析、电动机故障诊断等各种高级软件或者基础软件，以及后台系统与发电厂其他管理系统( 如MIS系统) 间的通信接口软件。

    2.EFCS 系统方案

    在EFCS 系统方案中，小型电动机采用“全通信”监控方式进DCS 系统，大型电动机及其他电气设备采用“通信+ 硬接线”监控方式。由于EFCS 系统与DCS 系统进行了网络互联，实现了信息共享，避免了信息重复采集，减少了设备和电缆成本及运行维护费用。

    （1）小型电动机采用全通信监控方式低压电动机中，容量不足100kW，采用塑壳断路器、低压控保装置和接触器组合的电动机回路，其保护、测量、计量由低压控保装置完成，取消电流变送器、电流表、电度表。回路的电流、电度量、保护动作及预报信号由低压控保装置以现场总线通信方式经DCS系统中DPU 通信接口上传至DCS 系统。接触器的控制指令由DCS 系统中DPU 通信接口经现场总线下达至低压控保装置。其通信规约必须与热控控制系统的规约一致，一般直接挂网而不经过规约转换设备。

    （2）大型电动机及其他电气设备的“通信+ 硬接线”监控方式这里的大型电动机是指高压电动机及低压电动机中容量超过100kW 的电动机。高压厂用电动机、高压馈线、低压厂用变压器等的保护、测量、计量由综合型保护装置完成，回路的电流、电度量、跳合闸线圈状态、保护动作及预报信号由综合型保护装置以通信方式上传至现场总线，经主控单元汇总后，一并传人相应的DCS 系统中DPU通信接口。断路器的控制指令及参与连锁所需要的位置状态经硬接线送至DCS 系统的DO、DI 卡件。低压电动机、低压馈线中容量超过100kW 的回路，采用智能型断路器( 或采用普通断路器加配多功能测控装置)，保护、测量、计量由智能脱扣器( 或多功能测控装置) 完成，取消电流变送器、电流表、电度表，回路的电流、电度量、保护动作及预报信号由智能脱扣器( 或多功能测控装置) 以通信方式上传至现场总线，经主控单元汇总后，一并传人相应的DCS 系统中DPU 通信接口。断路器的控制指令及参与连锁所需要的位置状态经硬接线送至DCS 系统的DO、DI卡件。其他电气智能设备还有发变组(含高厂变) 微机保护装置、起备变微机保护装置、微机型厂用电源切换装置、微机型直流系统监控装置、微机型的柴油发电机组控制装置、微机型发电机励磁装置等。这些装置都具备智能化电气特性如高性能、高可靠性、在线监测和自诊断功能、网络化或标准化通信接口，可直接通过现场总线接人EFCS 系统的主控单元。

四、结束语

    火电厂的电气自动化运用，能提高火力发电系统管理的自动化和管理水平。自动化系统通过计算机、保护、测量、分层分布控制和通信技术，对火电厂的电力系统的运行进行保护、控制和故障处理，这无疑是一项综合性的管理系统。充分利用电气系统联网后信息全面的优势，成功实现电气自动化的使用，完成较为复杂的电气运行管理工作。

    在EFCS 系统方案中，小型电动机采用“全通信”监控方式进入DCS 系统，大型电动机及其他电气设备采用“通信+ 硬接线”监控方式。由于EFCS 系统与DCS 系统进行了网络互联，实现了信息共享，避免了信息重复采集，减少了设备和电缆成本及运行维护费用，提高了电厂的自动化水平，减少了电厂的运行维护工作量，实现电厂电气量信息化和数字化。