電氣現場總線控制系統(tǒng)(FCS)淺析

　　隨著我國電力行業(yè)的高速發(fā)展，DCS的應用也越來越廣泛，但DCS主要完成的是汽輪機、鍋爐的自動化過程控制，對電氣部分的自動化結合較少，DCS一般未充分考慮電氣設備的控制特點，所以無論是功能上還是系統(tǒng)結構上，與網絡微機監(jiān)控系統(tǒng)相比在開放性、先進性和經濟性等方面都有較大的差距。

　　1 電氣現場總線控制系統(tǒng)的監(jiān)控對象

　　電氣現場總線控制系統(tǒng)的監(jiān)控對象主要有:發(fā)電機-變壓器組，其監(jiān)控范圍主要包括發(fā)電機、發(fā)電機勵磁系統(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;動力中心至電動機控制中心電源饋線;單元機組發(fā)電機和鍋爐DCS控制電動機;保安電源;直流系統(tǒng);交流不停電電源。

　　2 電氣現場總線控制系統(tǒng)的特點

　　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，數字量主要為開關狀態(tài)、保護動作等信號，這些參數變化快，對計算機監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)的發(fā)電機-變壓器組保護、起動-備用變壓器保護、自動同期裝置、廠用電切換裝置、勵磁調節(jié)器等保護或自動裝置均為微機型，6kV開關站保護為微機綜合保護，380V開關站采用智能開關和微機型電動機控制器，所有的電氣設備均實現了智能化，能方便地與各種計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用通信方式進行雙向通信。另外，電氣設備的控制一般均為開關量控制，控制邏輯十分簡單，一般無調節(jié)或其它控制要求，電氣設備的控制邏輯簡單。

　　2.3 電氣設備的控制頻度較低 除在機組起、停過程中，部分電氣設備要進行一些倒閘或切換操作外，在機組正常運行時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裝置動作來切除故障或進行用電源切換。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、空氣開關或接觸器，其操作靈活，動作可靠，與電廠其它受控設備相比，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 電氣現場總線控制系統(tǒng)配置

　　每臺機組配置現場總線控制系統(tǒng)(fieldbusco nt rol sys-tem，FCS)，將機組電氣系統(tǒng)的發(fā)電機-變壓器組、單元機組廠用電系統(tǒng)和公用廠用電系統(tǒng)都納入FCS，FCS作為DCS的一個子系統(tǒng)，在DCS操作員站實現對電氣系統(tǒng)的監(jiān)控，并通過冗余配置的通信服務器在站控層與DCS進行連接。

　　3.1 網絡結構 電氣FCS采用分層、分布式計算機控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)功能上分層，設備布置上分散。網絡結構為3層設備2層網方式，3層設備指監(jiān)控主站層、通信子站層和間隔層，2層網指連接監(jiān)控主站層與通信子站層的以太網以及連接通信子站層與間隔層的現場總線網。監(jiān)控主站層由雙冗余的系統(tǒng)主機、工程師站、網絡交換機和負責與DCS及廠級監(jiān)控系統(tǒng)(SIS)通信的雙冗余通信服務器等組成，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開關柜和380V開關柜的智能測控裝置、綜合保護測控裝置、電動機控制器和智能儀表等。通信管理機與監(jiān)控主站采用雙冗余的光纖以太網連接，與間隔層設備可根據設備情況采用Profibus，LON，CAN，工業(yè)以太網或其它現場總線進行連接，其主要功能除完成對各綜合智能測控單元的數據進行管理外，還完成實時數據的加工和分布式數據庫的管理工作。公用廠用電系統(tǒng)的站控層以太網獨立組網，通過通信網關分別與機組自動化系統(tǒng)以太網連接，共用單元機組的工程師站，并通過軟、硬件閉鎖手段只能接受一臺機組控制系統(tǒng)的操作指令。

　　3.2 數據采集 對發(fā)電機-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、高壓側斷路器、隔離開關、接地開關位置信號、控制回路斷線及允許遠方操作信號、發(fā)電機-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-變壓器組及起動-備用變壓器保護、電壓自動調整裝置(AVR)、同期裝置、故障錄波、廠用電快速切換、柴油機、直流系統(tǒng)以及交(直)流不停電電源(UPS)系統(tǒng)等均設有通信接口，通過多串口通信服務器接入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、循環(huán)水系統(tǒng)、補給水系統(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，輔助車間廠用電源系統(tǒng)均納入機組DCS監(jiān)控。針對熱控水、煤、灰單獨設置控制點的方案，輔助車間380V電源系統(tǒng)也可納入相應可編程序控制器(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、主廠房公用系統(tǒng)等，采用硬接線和現場總線相結合的采集方式，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，回路其它所有信息均通過現場總線以通信方式送入FCS及DCS;而對機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行監(jiān)視和控制。

　　對單元機組電動機，由于與機組熱工系統(tǒng)聯(lián)系緊密，采用硬接線和現場總線相結合的采集方式，同時，要保留和監(jiān)控邏輯有關的重要信息，采用硬接線的方式，接入DCS中進行監(jiān)控。FCS采集的供電氣系統(tǒng)分析管理的信息如各保護整定值、故障時電流和電壓波形等數據，送入FCS的工程師站進行分析處理，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)采用計算機控制已成為當前設計的主流，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、設備管理、自動抄表、仿真培訓等高等級運行管理功能的方向發(fā)展，由此又推動了現場總線技術在電廠電氣控制系統(tǒng)中的應用。將FCS應用到火力發(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，值得大力推廣應用。

　　參考文獻：

　　[1]李虞文.火電廠計算機控制技術與系統(tǒng)[M].北京:水利水電出版社.2003.

　　[2]張建.計算機測控系統(tǒng)設計與應用[M].北京:機械工業(yè)出版社.2004.

　　[3]周其節(jié).自動控制原理[M].廣州:華南理工大學出版社.1989.