电厂电气控制系统

摘 要：随着电力行业的技术进步及分散控制系统（DCS）在电厂中的广泛应用,电气控制水平也不断提高,但对电气部分的自动化结合较少,本文对电气现场总线控制系统（FCS）的监控对象、特点及其配置进行了论述.

关 键 词：电厂电气控制系统　总线

DCS　主要完成的是汽轮机、锅炉的自动化过程控制,　对电气部分的自动化结合较少,　DCS　一般未充分考虑电气设备的控制特点,　所以无论是功能上还是系统结构上,　与网络微机监控系统相比在开放性、先进性和经济性等方面都有较大的差距.随着电厂自动化水平的不断提高,　电气系统采用计算机控制已成为当前设计的主流,　控制方式也从单纯的　DCS　监控逐步向具备故障分析、信息管理、设备管理、自动抄表、仿真培训等高等级运行管理功能的方向发展,　由此又推动了现场总线技术在电厂电气控制系统中的应用.

1.电气现场总线控制系统的发展及现状

火力发电厂机组电气系统控制方式到目前为止经历了　3个阶段：

（　1）　第　1　阶段,　采用强电一对一控制方式,　在主控室设模拟控制屏,　受控对象的控制开关、状态显示、监视仪表及信号等元件均独立设置于控制屏上.

（　2）　第　2　阶段,　随着主机设备　DCS　的应用和发展以及热工自动化水平的提高,　主控室电气控制与热工控制相互不协调的矛盾开始显得十分突出,　为此,　人们提出了将电气系统纳入DCS　控制的设想及原则,　在　2000　年之后已逐步运用于电厂.但限于　DCS　的　I/O　测点容量有限,　送入　DCS　的电气信息量比较有限.

（　3）　第　3　阶段,　20　世纪　90　年代中后期,　计算机网络控制技术开始运用于变电站.变电站计算机监控系统首次在电气控制领域引入了现场总线技术,　并取得了成熟的运行经验.电气设计人员提出了将现场总线运用于厂用电控制系统的设想,　从而推动了各种电气智能化控制设备的迅猛发展.近几年,　全国已有数十家运用现场总线技术的电厂投入运行并得到用户认可.以现场总线技术为基础的电气控制系统已逐渐成为当前电厂设计的主流.

2.电气现场总线控制系统的监控对象

电气现场总线控制系统的监控对象主要有：发电机　-　变压器组,其监控范围主要包括发电机、发电机励磁系统、主变压器、220kV　断路器；高压厂用工作及备用电源,其监控范围主要包括高压厂用工作变压器、起动　-　备用变压器等；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公用变压器、照明变压器、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；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.

3.电气现场总线控制系统配置

每台机组配置现场总线控制系统（field－busco　nt　rol　sys-tem,FCS）,将机组电气系统的发电机-变压器组、单元机组厂用电系统和公用厂用电系统都纳入　FCS,FCS　作为　DCS,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怎么写作器在站控层与　DCS　进行连接.

3.1　网络结构

电气　FCS　采用分层、分布式计算机控制系统,在系统功能上分层,设备布置上分散.网络结构为　3　层设备　2　层网方式,3　层设备指监控主站层、通信子站层和间隔层,2　层网指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.监控主站层由双冗余的系统主机、工程师站、网络交换机和负责与　DCS　及厂级监控系统（SIS）通信的双冗余通信怎么写作器等组成,通信子站层主要由安装于电气继电器室的多串口通信怎么写作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　Profibus,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.

3.2　数据采集

对发电机-变压器组、高压厂用变压器及起动-备用变压器,除少量模拟量信号、高压侧断路器、隔离开关、接地开关位置信号、控制回路断线及允许远方操作信号、发电机-变压器组及起动-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（R）、同期装置、故障录波、厂用电快速切换、柴油机、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,通过多串口通信怎么写作器接入　FCS.电厂厂用电源分高压厂用工作及备用电源、主厂房低压厂用电源系统和辅助车间低压厂用电源系统,主厂房低压厂用电源包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器及其　380V　配电装置等,辅助车间低压厂用电源包括输煤系统、工业废水处理站、翻车机、循环水系统、补给水系统变压器及其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　采集的供电气系统分析管理的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,不送入　DCS,但可以通过独立的通信接口送入　SIS　和管理信息系统（MIS）.

4.电气现场总线控制系统总线的选择

现场总线技术主要应用于厂用电系统,　其控制系统有以下几个特点：

（1）　厂用电系统实现的是顺序控制,　即数字量控制,　模拟量信号仅作监视,　不参与系统逻辑控制,　与热工模拟量过程控制有本质的区别.

（2）　控制系统中某些功能对动作时间及响应速度要求很高,　这些功能通常由继电保护、快切、备自投、故障录波器等电气专用装置实现,　所以可以适当降低通过总线实现信号检测与快速控制能力的要求,　但仍然比热力生产过程控制要求高.所以厂用电系统宜采用高速现场总线.

（3）　厂用电系统控制对象较多,　信息量大.

（4）　电气配电装置分散于电厂整个厂区,　应用于大中型电厂时,　要求采用传输距离较长的总线.

5.结束语

随着电厂自动化水平的不断提高,电气系统采用计算机控制已成为当前设计的主流,控制方式也从单纯的　DCS监控逐步向具备故障分析、信息管理、设备管理、自动抄表、仿真培训等高等级运行管理功能的方向发展,由此又推动了现场总线技术在电厂电气控制系统中的应用.将　FCS应用到火力发电厂控制过程有利于提高火力发电厂电气系统的自动化水平,节约工程投资,值得大力推广应用.

作者简介：田裕荣（1986—）,男　,内蒙古鄂尔多斯人,本科,助理工程师,从事电厂生产工作.