電氣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)淺析

　　隨著我國電力行業(yè)的高速發(fā)展，DCS的應(yīng)用也越來越廣泛，但DCS主要完成的是汽輪機(jī)、鍋爐的自動化過程控制，對電氣部分的自動化結(jié)合較少，DCS一般未充分考慮電氣設(shè)備的控制特點，所以無論是功能上還是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，與網(wǎng)絡(luò)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相比在開放性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性等方面都有較大的差距。

　　1 電氣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的監(jiān)控對象

　　電氣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的監(jiān)控對象主要有:發(fā)電機(jī)-變壓器組，其監(jiān)控范圍主要包括發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)、主變壓器、220kV斷路器;高壓廠用工作及備用電源，其監(jiān)控范圍主要包括高壓廠用工作變壓器、起動-備用變壓器等;主廠房內(nèi)低壓廠用電源，其監(jiān)控范圍主要包括低壓廠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房的低壓廠用變壓器;輔助車間低壓廠用電源;動力中心至電動機(jī)控制中心電源饋線;單元機(jī)組發(fā)電機(jī)和鍋爐DCS控制電動機(jī);保安電源;直流系統(tǒng);交流不停電電源。

　　2 電氣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點

　　2.1 電氣參數(shù)變化快 電氣模擬量一般為電流、電壓、功率、頻率等參數(shù)，數(shù)字量主要為開關(guān)狀態(tài)、保護(hù)動作等信號，這些參數(shù)變化快，對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的采樣速度要求高。

　　2.2 電氣設(shè)備的智能化程度高 電氣系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)、起動-備用變壓器保護(hù)、自動同期裝置、廠用電切換裝置、勵磁調(diào)節(jié)器等保護(hù)或自動裝置均為微機(jī)型，6kV開關(guān)站保護(hù)為微機(jī)綜合保護(hù)，380V開關(guān)站采用智能開關(guān)和微機(jī)型電動機(jī)控制器，所有的電氣設(shè)備均實現(xiàn)了智能化，能方便地與各種計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用通信方式進(jìn)行雙向通信。另外，電氣設(shè)備的控制一般均為開關(guān)量控制，控制邏輯十分簡單，一般無調(diào)節(jié)或其它控制要求，電氣設(shè)備的控制邏輯簡單。

　　2.3 電氣設(shè)備的控制頻度較低 除在機(jī)組起、停過程中，部分電氣設(shè)備要進(jìn)行一些倒閘或切換操作外，在機(jī)組正常運行時電氣設(shè)備一般不需要操作。在事故情況下，大多由繼電保護(hù)或自動裝置動作來切除故障或進(jìn)行用電源切換。且電氣設(shè)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、空氣開關(guān)或接觸器，其操作靈活，動作可靠，與電廠其它受控設(shè)備相比，具有良好的可控性。

　　2.4 電氣設(shè)備的安裝環(huán)境較好且布置相對集中 電氣設(shè)備大多集中布置在電氣繼電器室和各電氣配電設(shè)備間內(nèi)，設(shè)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(shè)備就地布置提供了有利條件。

　　3 電氣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)配置

　　每臺機(jī)組配置現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(fieldbusco nt rol sys-tem，FCS)，將機(jī)組電氣系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)-變壓器組、單元機(jī)組廠用電系統(tǒng)和公用廠用電系統(tǒng)都納入FCS，F(xiàn)CS作為DCS的一個子系統(tǒng)，在DCS操作員站實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的監(jiān)控，并通過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(jié)構(gòu) 電氣FCS采用分層、分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)功能上分層，設(shè)備布置上分散。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為3層設(shè)備2層網(wǎng)方式，3層設(shè)備指監(jiān)控主站層、通信子站層和間隔層，2層網(wǎng)指連接監(jiān)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(xiàn)場總線網(wǎng)。監(jiān)控主站層由雙冗余的系統(tǒng)主機(jī)、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和負(fù)責(zé)與DCS及廠級監(jiān)控系統(tǒng)(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(jī)組成，間隔層設(shè)備主要包括安裝在電氣繼電器室、6kV開關(guān)柜和380V開關(guān)柜的智能測控裝置、綜合保護(hù)測控裝置、電動機(jī)控制器和智能儀表等。通信管理機(jī)與監(jiān)控主站采用雙冗余的光纖以太網(wǎng)連接，與間隔層設(shè)備可根據(jù)設(shè)備情況采用Profibus，LON，CAN，工業(yè)以太網(wǎng)或其它現(xiàn)場總線進(jìn)行連接，其主要功能除完成對各綜合智能測控單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理外，還完成實時數(shù)據(jù)的加工和分布式數(shù)據(jù)庫的管理工作。公用廠用電系統(tǒng)的站控層以太網(wǎng)獨立組網(wǎng)，通過通信網(wǎng)關(guān)分別與機(jī)組自動化系統(tǒng)以太網(wǎng)連接，共用單元機(jī)組的工程師站，并通過軟、硬件閉鎖手段只能接受一臺機(jī)組控制系統(tǒng)的操作指令。

　　3.2 數(shù)據(jù)采集 對發(fā)電機(jī)-變壓器組、高壓廠用變壓器及起動-備用變壓器，除少量模擬量信號、高壓側(cè)斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)位置信號、控制回路斷線及允許遠(yuǎn)方操作信號、發(fā)電機(jī)-變壓器組及起動-備用變壓器所有控制量信號采用硬接線直接與DCS連接外，其它監(jiān)測信號均通過專設(shè)的測控裝置接入FCS，再以通信方式送DCS。電氣專用裝置如發(fā)電機(jī)-變壓器組及起動-備用變壓器保護(hù)、電壓自動調(diào)整裝置(AVR)、同期裝置、故障錄波、廠用電快速切換、柴油機(jī)、直流系統(tǒng)以及交(直)流不停電電源(UPS)系統(tǒng)等均設(shè)有通信接口，通過多串口通信服務(wù)器接入FCS。

　　電廠廠用電源分高壓廠用工作及備用電源、主廠房低壓廠用電源系統(tǒng)和輔助車間低壓廠用電源系統(tǒng)，主廠房低壓廠用電源包括低壓廠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，輔助車間低壓廠用電源包括輸煤系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理站、翻車機(jī)、循環(huán)水系統(tǒng)、補(bǔ)給水系統(tǒng)變壓器及其380V配電裝置等。為與本工程水、煤、灰輔助系統(tǒng)集中控制的思路相適應(yīng)，輔助車間廠用電源系統(tǒng)均納入機(jī)組DCS監(jiān)控。針對熱控水、煤、灰單獨設(shè)置控制點的方案，輔助車間380V電源系統(tǒng)也可納入相應(yīng)可編程序控制器(PLC)控制。

　　為使控制系統(tǒng)接線更加簡單，對主廠房重要廠用電源如6kV廠用電系統(tǒng)及鍋爐、汽輪機(jī)、主廠房公用系統(tǒng)等，采用硬接線和現(xiàn)場總線相結(jié)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，回路其它所有信息均通過現(xiàn)場總線以通信方式送入FCS及DCS;而對機(jī)組不重要廠用電源如檢修、照明、電除塵及輔助車間廠用電系統(tǒng)等，取消廠用電電源系統(tǒng)全部的硬接線，完全采用通信方式進(jìn)行監(jiān)視和控制。

　　對單元機(jī)組電動機(jī)，由于與機(jī)組熱工系統(tǒng)聯(lián)系緊密，采用硬接線和現(xiàn)場總線相結(jié)合的采集方式，同時，要保留和監(jiān)控邏輯有關(guān)的重要信息，采用硬接線的方式，接入DCS中進(jìn)行監(jiān)控。FCS采集的供電氣系統(tǒng)分析管理的信息如各保護(hù)整定值、故障時電流和電壓波形等數(shù)據(jù)，送入FCS的工程師站進(jìn)行分析處理，不送入DCS，但可以通過獨立的通信接口送入SIS和管理信息系統(tǒng)(MIS)。

　　4 結(jié)束語

　　隨著電廠自動化水平的不斷提高，電氣系統(tǒng)采用計算機(jī)控制已成為當(dāng)前設(shè)計的主流，控制方式也從單純的DCS監(jiān)控逐步向具備故障分析、信息管理、設(shè)備管理、自動抄表、仿真培訓(xùn)等高等級運行管理功能的方向發(fā)展，由此又推動了現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。將FCS應(yīng)用到火力發(fā)電廠控制過程有利于提高火力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的自動化水平，節(jié)約工程投資，值得大力推廣應(yīng)用。

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