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[導(dǎo)讀]   隨著我國(guó)電力行業(yè)的高速發(fā)展,DCS的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,但DCS主要完成的是汽輪機(jī)、鍋爐的自動(dòng)化過(guò)程控制,對(duì)電氣部分的自動(dòng)化結(jié)合較少,DCS一般未充分考慮電氣設(shè)備的控制特點(diǎn),所以無(wú)論是功能上還

  隨著我國(guó)電力行業(yè)的高速發(fā)展,DCS的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,但DCS主要完成的是汽輪機(jī)、鍋爐的自動(dòng)化過(guò)程控制,對(duì)電氣部分的自動(dòng)化結(jié)合較少,DCS一般未充分考慮電氣設(shè)備的控制特點(diǎn),所以無(wú)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象

  電氣現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)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(lì) 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(dòng)-備用變壓器等;主廠房?jī)?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(dòng)力中心至電動(dòng)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(dòng)機(jī);保安電源;直流系統(tǒng);交流不停電電源。

  2 電氣現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

  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(dòng)作等信號(hào),這些參數(shù)變化快,對(duì)計(jì)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(dòng)-備用變壓器保護(hù)、自動(dòng)同期裝 置、廠用電切換裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等保護(hù)或自動(dòng)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(dòng)機(jī)控制器,所有的電氣設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了智能化,能方便地與各種計(jì)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(jiǎn)單,一般 無(wú)調(diào)節(jié)或其它控制要求,電氣設(shè)備的控制邏輯簡(jiǎn)單。

  2.3 電氣設(shè)備的控制頻度較低

  除在機(jī)組起、停過(guò)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(yùn)行時(shí)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(dòng)裝置動(dòng)作來(lái)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?yàn)殡姎獾目刂茖?duì)象一般均為斷路器、空氣開關(guān) 或接觸器,其操作靈活,動(dòng)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(duì)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(duì)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)配置

  每臺(tái)機(jī)組配置現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(fieldbusco nt rol sys-tem,F(xiàn)CS),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(gè)子系統(tǒng),在DCS操作員站實(shí)現(xiàn) 對(duì)電氣系統(tǒng)的監(jiān)控,并通過(guò)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(jì)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(chǎng)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(jí)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(cè)控裝置、綜合保護(hù)測(cè)控裝置、電動(dòng)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(chǎng)總線進(jìn)行連接,其主要功能除完成對(duì)各綜合智能測(cè)控單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行管 理外,還完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的加工和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的管理工作。公用廠用電系統(tǒng)的站控層以太網(wǎng)獨(dú)立組網(wǎng),通 過(guò)通信網(wǎng)關(guān)分別與機(jī)組自動(dòng)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(guò)軟、硬件閉鎖手段只能 接受一臺(tái)機(jī)組控制系統(tǒng)的操作指令。

  3.2 數(shù)據(jù)采集

  對(duì)發(fā)電機(jī)-變壓器組、高壓廠用變壓器及起動(dòng)-備用變壓器,除少量模擬量信號(hào)、高壓側(cè) 斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)位置信號(hào)、控制回路斷線及允許遠(yuǎn)方操作信號(hào)、發(fā)電機(jī)-變壓器組及起動(dòng)-備 用變壓器所有控制量信號(hào)采用硬接線直接與DCS連接外,其它監(jiān)測(cè)信號(hào)均通過(guò)專設(shè)的測(cè)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(dòng)-備用變壓器保護(hù)、電壓自動(dòng)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(guò)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(duì)熱控水、煤、灰單獨(dú)設(shè)置控制點(diǎn)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(jiǎn)單,對(duì)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(chǎng)總線相結(jié)合的采集方式,即重要DI信號(hào)(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(hào)(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(guò)現(xiàn) 場(chǎng)總線以通信方式送入FCS及DCS;而對(duì)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(duì)單元機(jī)組電動(dòng)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(chǎng)總線相結(jié)合的采集方式,同 時(shí),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(shí)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(guò)獨(dú)立的通信接口送入SIS和管理信息系統(tǒng)(MIS)。

  4 結(jié)束語(yǔ)

  隨著電廠自動(dòng)化水平的不斷提高,電氣系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制已成為當(dāng)前設(shè)計(jì)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(dòng)抄表、仿真培訓(xùn)等高等級(jí)運(yùn)行管理功能的方 向發(fā)展,由此又推動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程有利 于提高火力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化水平,節(jié)約工程投資,值得大力推廣應(yīng)用。

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