任 果

（四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都610016）

0 引言

由四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)的多個(gè)135 MW電廠在廠用電監(jiān)控方面一直采用單元機(jī)組電氣設(shè)備納入機(jī)組分散式控制系統(tǒng)（DCS）監(jiān)控，對(duì)輸煤、電除塵、綜合水泵房等輔助廠房變壓器，其高壓側(cè)納入DCS控制，低壓側(cè)采用就地控制，事故信號(hào)送至DCS的方式。但是隨著電氣智能設(shè)備的廣泛使用，上述方式已逐步不適應(yīng)高等級(jí)運(yùn)行管理的需要。300 MW及以上機(jī)組在電氣系統(tǒng)控制方面大多采用DCS與FECS相結(jié)合的方式。目前，國(guó)內(nèi)火電機(jī)組大多采用機(jī)爐電集中控制方式，電氣與熱控共用一套微機(jī)分散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)爐、機(jī)、電一體化控制。機(jī)組的主要電氣設(shè)備均采用DCS監(jiān)視和控制，并以CRT／KB作為電氣設(shè)備的監(jiān)視和控制中心。由DCS監(jiān)視和控制的電氣元件主要有：發(fā)電機(jī)—變壓器組；發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；高壓廠用工作變壓器；高壓備用變壓器；低壓廠用工作變壓器等低壓變壓器、輸煤電源；380／220 V保安電源；柴油發(fā)電機(jī)組；全廠公用水泵；UPS裝置等。同時(shí)，DCS分單元機(jī)組控制系統(tǒng)和公用控制系統(tǒng)，單元機(jī)組控制系統(tǒng)和公用控制系統(tǒng)各有一套處理器用于電氣設(shè)備的監(jiān)控，通過網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)在機(jī)組DCS中對(duì)公用設(shè)備的監(jiān)控。為提高電氣專業(yè)的自動(dòng)化水平，建立廣泛的信息共享技術(shù)，務(wù)必形成一個(gè)具有多用途的自動(dòng)化功能的在線監(jiān)控測(cè)量管理系統(tǒng)。因此，以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為基礎(chǔ)的FECS逐漸走入前端，成為主流配置。

1 FECS概述

1.1 監(jiān)控范圍

單元機(jī)組電氣設(shè)備監(jiān)控范圍主要包括：發(fā)電機(jī)—變壓器組；高壓廠用工作及備用電源；高壓廠用公用及備用電源；主廠房?jī)?nèi)低壓廠用電源；輔助車間低壓廠用電源；PC至MCC饋線；保安電源；直流系統(tǒng)（僅監(jiān)測(cè)）；交流不停電電源（僅監(jiān)測(cè)）；主廠房?jī)?nèi)高壓廠用電氣設(shè)備；主廠房及輔助廠房低壓動(dòng)力中心電氣設(shè)備；機(jī)組其他智能設(shè)備，如勵(lì)磁、同期、柴油機(jī)、直流、UPS、保護(hù)、測(cè)控等。

對(duì)于FECS采集的電氣系統(tǒng)管理信息，比如保護(hù)裝置設(shè)置的整定值、設(shè)備故障時(shí)產(chǎn)生的電流、電壓波形等數(shù)據(jù)，可以通過獨(dú)立的通信接口送入SIS和MIS作分析處理。

1.2 網(wǎng)絡(luò)組成

電氣監(jiān)控系統(tǒng)的控制總體來說還是一個(gè)分層分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，分層式系統(tǒng)構(gòu)成和分散式設(shè)備布置。網(wǎng)絡(luò)組成主要有主站層、子站層（主控單元層）和間隔層這3層；連接網(wǎng)絡(luò)為雙100 M以太網(wǎng)將主站層和與子站層連接，以及將子站層和間隔層連接成現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)。間隔層設(shè)備按照分布原則配置，根據(jù)一次電氣設(shè)備間隔分布配置。通信子站層（主控單元層）向上與主站層設(shè)備通訊，向下與間隔層設(shè)備通訊。一般來說，系統(tǒng)服務(wù)器、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和負(fù)責(zé)與DCS及SIS通信的通信服務(wù)器均為雙冗余的；安裝在電氣配電室的通信機(jī)和電氣繼電器室的多串口服務(wù)器構(gòu)成了監(jiān)控系統(tǒng)的子站層；最后的間隔層設(shè)備主要有智能測(cè)控裝置、馬達(dá)控制器、智能儀表和其他一些綜合保護(hù)測(cè)控裝置等。

1.3 系統(tǒng)功能

FECS主要有以下功能：

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理；

（2）控制操作；

（3）事件順序記錄及事故追憶；

（4）畫面生成及顯示；

（5）運(yùn)行管理功能（專家系統(tǒng)）；

（6）設(shè)備管理；

（7）在線計(jì)算及制表；

（8）防誤操作閉鎖；

（9）時(shí)鐘同步；

（10）系統(tǒng)自診斷和自恢復(fù)；

（11）人—機(jī)接口；

（12）與其他裝置的通信。

2 FECS中的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)狀

縱觀國(guó)內(nèi)大型火電機(jī)組的情況，電氣監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)用時(shí)間不長(zhǎng)，尚未有成套的規(guī)程規(guī)范，在總線技術(shù)硬件、軟件配置或者相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的選取上還處在百花齊放、百家爭(zhēng)鳴的階段。目前國(guó)際上研發(fā)出的總線種類繁多，除了滿足IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的主流現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品以外，還有大量的非主流現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，IEC現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158將其分為8種類型：

（1）IEC技術(shù)報(bào)告（即FF H1）；

（2）Control Net（美國(guó) ROCK WELL公司支持）；

（3）Pr ofibus（德國(guó)SIEMENS公司支持）；

（4）P－Net（丹麥PROCESS DATA公司支持）；

（5）FF HSE（即原 FF H2，美國(guó)FISHER ROSEMOUNT公司支持）；

（6）Swiff Net（美國(guó)BOEING公司支持）；

（7）World FIP（法國(guó) ALSTOM 公司支持）；

（8）Inter bus（德國(guó)Phoenix Contact公司支持）。

上述幾類總線標(biāo)準(zhǔn)的選取原則主要是擬控制元素的要求和特征，選擇的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)能適應(yīng)管理需要。

2.2 總線系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

總線系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）數(shù)值精確；

（2）數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富；

（3）接線簡(jiǎn)單；

（4）設(shè)備管理及維護(hù)方便。

這些優(yōu)勢(shì)使機(jī)組系統(tǒng)在過程控制、生產(chǎn)狀態(tài)的運(yùn)行監(jiān)視、安裝工作及后期維護(hù)管理方面的成本得到節(jié)約，更加促進(jìn)了其自身的發(fā)展。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線在火電機(jī)組FECS中的應(yīng)用

目前，對(duì)于火力發(fā)電系統(tǒng)來說，控制對(duì)象的要求和特征主要是指其在對(duì)應(yīng)工藝流程中的特點(diǎn)，歸納起來主要有：

（1）傳輸距離。針對(duì)大型發(fā)電機(jī)組，廠區(qū)較大、系統(tǒng)多、傳輸距離長(zhǎng)，這是其典型特點(diǎn)。

（2）點(diǎn)位數(shù)量。國(guó)內(nèi)600 MW以上發(fā)電機(jī)組，廠用系統(tǒng)控制點(diǎn)數(shù)量可達(dá)近500個(gè)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸量大。

（3）響應(yīng)速度。廠用監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，快速響應(yīng)成為判斷性能的重要指標(biāo)，對(duì)總線技術(shù)的相關(guān)要求較高。

（4）控制方式。廠用系統(tǒng)在控制與監(jiān)視數(shù)據(jù)上區(qū)別明顯，數(shù)字和模擬信號(hào)作用不同，相對(duì)應(yīng)的過程處理方式也不一樣。

（5）環(huán)境要求。電氣電子設(shè)備對(duì)外部環(huán)境、噪音、粉塵污染及電磁影響方面要求較高。

根據(jù)國(guó)內(nèi)各廠用電控制系統(tǒng)智能設(shè)備廠商所能提供產(chǎn)品的情況，結(jié)合上述系統(tǒng)主要特點(diǎn)，以下重點(diǎn)推薦4類實(shí)際應(yīng)用到火電機(jī)組的總線技術(shù)：

2.3.1 Profibus－DP

Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)主要包含DP和PA 2種通信方式，而DP技術(shù)由于其高速低成本的優(yōu)點(diǎn)，是使用最頻繁的通信規(guī)約。另外，由于機(jī)組廠用系統(tǒng)在分層監(jiān)控系統(tǒng)與分散I／O之間的聯(lián)系十分重要，已可以逐漸取代4～20 mA信號(hào)傳輸。

2.3.2 CAN總線

CAN總線有自己的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，除了其成本低廉、可靠性高、通信距離及傳輸速度較好等優(yōu)點(diǎn)外，較強(qiáng)的抗干擾性及檢錯(cuò)效果也是其被優(yōu)先選用的主要原因。

2.3.3 Lon Wor ks總線

從層次覆蓋面及參考模型上來說，Lon Wor ks是獨(dú)一無二的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。同時(shí)，和CAN總線相比，其具有可互操作性和系統(tǒng)擴(kuò)展性。

2.3.4 工業(yè)以太網(wǎng)

近幾年，以太網(wǎng)技術(shù)正快速滲透到廠用自動(dòng)控制中，具有成本低、速度快、容量大、硬件資源和軟件資源豐富等特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)上的占有率逐年增加，且已經(jīng)在電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的站控層得到廣泛應(yīng)用。

3 FECS的應(yīng)用實(shí)例

近年來，隨著設(shè)備和技術(shù)的快速發(fā)展，火力發(fā)電機(jī)組FECS的應(yīng)用已逐漸成為主流設(shè)計(jì)。在輔助車間上應(yīng)用較好的電廠，有玉環(huán)電廠的工業(yè)水處理系統(tǒng)、化水系統(tǒng)等；九臺(tái)電廠的輔助系統(tǒng)包含水、煤、灰等。在機(jī)爐主系統(tǒng)中使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的有三河電廠的熱力網(wǎng)系統(tǒng)、金陵電廠的50%儀表控制系統(tǒng)等。

4 結(jié)語

隨著微機(jī)和通訊技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)ECS采用智能化前端設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線的監(jiān)控方式己成為最主要的發(fā)展方向，我們?cè)诮窈蟾鞴こ淘O(shè)計(jì)中還要不斷實(shí)踐、總結(jié)并助推其發(fā)展。

［1］韓瑋，李竣，劉文，等.中、低壓電氣智能終端設(shè)備在火力發(fā)電廠的應(yīng)用［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2006（10）

［2］陳倩茵.廠用電監(jiān)控系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2005（3）

［3］吳澤生，吳艷萍.數(shù)字化電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)的探討［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2004（1）