大中型电站电气现场总线控制系统应用研究与设计

近年来, 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, 300MW及以上容量机组的热工控制已全面采用分散控制系统(DCS),逐步形成了数据采集(DAS)、模拟量控制(MCS)、顺序控制(SCS)、燃烧器管理(BMS)四大系统。但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自动化程度、开放性等方面都有较大的差距。实施以现场总线技术为基础电站电气控制系统(ECS)，进而将该系统以相对独立的单元实体模式最终纳入DCS体系之中,充分利用FCS先进的全分散控制技术,提高电气控制自动化水平和可靠性。可充分利用FCS的彻底分散和数字信息现场化、智能设备自诊断等特点，使电气防误操作等功能实现更方便、更完备,并且将相关量的显示报警与电气设备的控制调节有机地结合起来,有效提高整个电气控制的安全性和可靠性。

一、电站电气控制系统的主要特点

电站ECS与热工自动化在控制要求及运行过程中都有较大的区别,电站ECS的主要特点为:(1)电气设备相对热工设备而言控制对象少,操作频率低,有的系统或设备运行正常时,时常几个月或更长时间才操作1次;控制系统所实现的是顺序控制, 即数字量控制, 模拟量信号仅作监视, 不参与系统逻辑控制 (2)电气设备保护自动装置要求可靠性高,动作速度快。如发变组保护动作速度要求在40ms以内,厂用电快切装置快速切换时间一般小于60～80ms。 (3)300MW及以上机组一般每2台机组共用1台启/备变,任一机组检修都不能影响另一台机组的正常运行。(4)电气设备电气系统的联锁逻辑较简单,但电气设备本身操作机构复杂。因此要求控制系统具有很高的可靠性。除了能实现正常启停和运行操作外,尤其要求能够实现实时显示异常运行和事故状态下的各种数据和状态,并提供相应的操作指导和应急处理措施,保证电气系统自动控制在最安全合理的工况下工作。

二、电站电气控制系统的监控范围

一般来说, 电站电气控制系统的监控对象主要有:

1) 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、220 kV 断路器;

2) 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;

3) 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;

4) 辅助车间低压厂用电源;

5) 动力中心至电动机控制中心电源馈线;

6) 单元机组发电机和锅炉DCS 控制电动机;

7) 保安电源;

8) 直流系统;交流不停电电源。

三、现场总线的技术特点及EFCS的优势

20 世纪90 年代中后期, 现场总线控制技术兴起并蓬勃发展起来，并开始逐渐应用于电站自动化。近年来，随着电气控制运行经验的成熟，各类电气智能化控制设备不断出现，为现场总线技术应用于电站电气控制做好了准备。现场总线将集中与分散相结合的控制系统结构，转变称为新型的全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备自身实现基本控制功能;同时，由于采用了全数字化的现场智能设备和数字通信技术，使系统具备了完全的自诊断和综合信息集成的能力，为电站综合自动化和全程自动化的实现奠定了坚实的基础。现场总线的特点主要表现在：

1) 系统的开放性。开放系统是指通信协议公开, 各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换, 现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性, 强调对标准的共识与遵从。一个开放系统, 它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的, 开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。

2) 互可操作性与互用性, 这里的互可操作性, 是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通, 可实行点对点, 一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。

3) 现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成, 仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能, 并可随时诊断设备的运行状态。

4) 系统结构的高度分散性。由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能, 使得现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS 集中与分散相结合的集散控制系统体系,