电厂电气现场总线控制系统的应用.doc

1、电厂电气现场总线控制系统的应用摘要：随着我国经济社会的快速发展，现代科技也有了长足的进步，电力行业技术也出现跨越式发展。电力行业分散控制系统（DCS）在电厂中有了较为普遍的应用，电气控制水平也有了很大的发展，但是，对于电气自动化结合的研究却比较少。本文以电气现场总线控制系统（FCS）和 DCS 作为研究对象，简要阐述了电厂电气现场总线控制系统的应用，以期能为所需者提供借鉴。 关键词：电气控制系统；总线控制系统；应用 中图分类号：F470.6 文献标识码：A 随着我国经济的快速发展，电力行业也得到了快速前进，电力行业分散控制系统（DCS）应用也更加广泛。但是，DCS 主要是完成锅炉及汽轮机的自动

2、化过程控制，对电气部分自动化少有结合，DCS 通常也没有考虑好电气设备控制特点，因此，不管是功能还是系统结构，相比较于网络微机监控系统，其在先进性、开放性及经济性等差距都比较大。 一、总线控制系统监控对象 作为电气现场总线的控制系统而言，其所监控的内容是发电机-变压器组，范围主要是发电机励磁系统、发电机、110kV 断路器、主变压器等；高压厂用及备用电源监控是起动-备用变压器、高压厂用工作变压器、高压厂用电抗器等；主厂房内低压厂用电源，其监控范围主要包括低压厂用工作和照明变压器、公用变压器、检修变压器和除尘变压器等主厂房的低压厂用变压器；辅助车间低压厂用电源；动力中心至电动机控制中心电源馈线；

3、单元机组发电机和锅炉 DCS 控制电动机；保安电源；直流系统；交流不停电电源。 二、总线控制系统特点 1、参数变化快 通常来说，电气模拟量是电压、功率、电流、频率等参数，数字量则主要是表达为保护动作、开关状态等信号，此种类型的参数变化快，对计算机监控系统采样速度要求也比较高。 2、智能化程度高 电气系统起动-备用变压器保护、发电机-变压器组保护、厂用电切换装置、自动同期装置、励磁调节器等自动或者保护装置都选择的是微机型，对于 6kV 开关站的保护采用微机综合保护，而对于 380V 开关站则是智能开关以及微机型电动机控制器，全部电气设备都实现智能化，能方便地与各种计算机监控系统采用通信方式进行双

4、向通信。另外，电气设备的控制一般均为开关量控制，控制逻辑十分简单，一般无调节或其它控制要求，电气设备的控制逻辑简单。 3、控制频率低 除机组起、停，有些电气设备作倒闸或切换外，正常机组运行中的电气设备无需其他操作。事故中，多数是由继电保护或自动装置自动切换厂用电源或者切除故障。同时，电气设备的可控性还比较好，这是因为电气的控制对象一般均为 SF6 和真空断路器、空气开关或接触器，其操作灵活，动作可靠，与电厂其它受控设备相比，具有良好的可控性。 4、安装环境好且集中 对于大多数的电气设备，它们集中布置在电气继电器室以及各种电气配电设备中，设备的布置也是相对的较为集中，并且安装环境也很少有水汽或粉

5、尘污染，为控制设备就地布置提供了有利条件。 三、总线控制系统配置 对于每台机组而言，其配置现场总线的控制系统需要把机组电气系统单元机组厂用电系统、发电机-变压器组以及公用厂用电系统都纳入 FCS，FCS 作为 DCS 一个子系统，在 DCS 操作员站实现对电气系统的监控，并通过冗余配置的通信服务器在站控层与 DCS 进行连接。 1、网络结构 电气 FCS 使用的是分布、分层式的计算机控制系统，设备布置分散，系统功能分层。而对于网络结构而言，其采用的是 2 层网 3 层设备的方式，2 层网指的是连接监控主站层与通信子站层的以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线网，3 层设备则指的是监控主站层

6、、通信子站层和间隔层。监控主站层由双冗余系统主机、工程师站、网络交换机和负责与 DCS 及厂级监控系统(SIS)通信的双冗余通信服务器等组成，通信子站层主要由安装于电气继电器室的多串口通信服务器和安装在各配电室的通信管理机组成，间隔层设备主要包括安装在电气继电器室、6kV 开关柜和 380V 开关柜的智能测控装置、综合保护测控装置、电动机控制器和智能仪表等。通信管理机与监控主站采用双冗余的光纤以太网连接，与间隔层设备可根据设备情况采用 LON，CAN，工业以太网或其它现场总线进行连接，其主要功能除完成对各综合智能测控单元的数据进行管理外，还完成实时数据的加工和分布式数据库的管理工作。公用厂用电

7、系统的站控层以太网独立组网，通过通信网关分别与机组自动化系统以太网连接，共用单元机组的工程师站，并通过软、硬件闭锁手段只能接受一台机组控制系统的操作指令。 2、数据采集 对高压厂用变压器、高压厂用电抗器、发电机-变压器组以及起动-备用变压器，除了需要进行少量的模拟量信号、隔离开关、高压侧断路器、控制回路断线、接地开关位置信号以及发电机-变压器组、允许远方操作信号、起动-备用变压器所有控制量信号采用硬接线直接与 DCS 连接外，其它监测信号均通过专设的测控装置接入 FCS，再以通信方式送 DCS。电气专用装置如发电机-变压器组及起动-备用变压器保护、电压自动调整装置(AVR)、同期装置、故障录波

8、、厂用电快速切换、事故电源、直流系统以及交(直)流不停电电源(UPS)系统等均设有通信接口，通过多串口通信服务器接入 FCS。 一个电厂的厂用电源，一般情况下是分为高压厂用及备用电源、主厂房低压厂用电源系统和辅助车间低压厂用电源系统。对于主厂房低压厂用电源则主要包含了低压厂用和照明变压器、公用变压器、除尘变压器和检修变压器以及相应的 380V 配电装置等，辅助车间低压厂用电源包括工业废水处理站、输煤系统、循环水系统、翻车机、补给水系统变压器及 380V 配电装置等。为与本工程水、煤、灰辅助系统集中控制的思路相适应，辅助车间厂用电源系统均纳入机组 DCS 监控。针对热控水、煤、灰单独设置控制点的

9、方案，辅助车间 380V 电源系统也可纳入相应可编程序控制器(PLC)控制。为使控制系统接线更加简单，对主厂房重要厂用电源如 6kV 厂用电系统及锅炉、汽轮机、主厂房公用系统等，采用硬接线和现场总线相结合的采集方式，即重要 DI 信号(如断路器合闸位置、断路器跳闸位置、允许操作、故障)和 DO 信号(如断路器合闸指令、断路器跳闸指令等)保留硬接线，回路其它所有信息均通过现场总线以通信方式送入 FCS 及 DCS；而对机组不重要厂用电源如检修、照明、电除尘及辅助车间厂用电系统等，取消厂用电电源系统全部的硬接线，完全采用通信方式进行监视和控制。对单元机组电动机，由于与机组热工系统联系紧密，采用硬接

10、线和现场总线相结合的采集方式。同时，要保留和监控逻辑有关的重要信息，采用硬接线的方式，接入 DCS 中进行监控。FCS 采集供电气系统分析管理信息，如各保护整定值、故障时电流和电压波形等数据，送入 FCS 的工程师站进行分析处理，通过独立的通信接口送入 SIS 和管理信息系统。 四、结论 自动化水平的与日提升，让电厂电气系统使用计算机进行控制已成主流，方式也由单纯 DCS 监控向信息管理、故障分析、自动抄表、设备管理、仿真培训等方向发展，推动着现场总线技术在电厂电气控制系统中的应用。将 FCS 在火力发电厂控制中进行应用，必将会极大地促进火力发电厂电气系统的自动化，节约投资。 参考文献： 1 王运金.电厂电气设备故障分析及管理J.科技传播.2010(07) 2 潘龙.现场总线控制系统(FCS)在化工生产中的应用优势分析J.中国科技信息.2009(03) 3 康华海.浅议电厂电气控制系统现场总线技术J.中小企业管理与科技(下旬刊).2009(10)