電廠電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)探析

趙啟坤

摘 要： 在社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)體制改革不斷深入發(fā)展的背景下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)形勢持續(xù)向好，電能消耗也呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢，我國的電力事業(yè)得到了前所未有的發(fā)展。目前，分散式控制系統(tǒng)在我國電力行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，盡管已經(jīng)獲得了良好的應(yīng)用效果，但是由于該系統(tǒng)同電氣自動(dòng)化的結(jié)合并不深入，因此還要很大的上升空間。本文就將結(jié)合具體的工作經(jīng)驗(yàn)對電廠電氣控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場總線控制技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：電氣控制 現(xiàn)場總線 分析

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）12-0296-01

現(xiàn)場總線技術(shù)是一項(xiàng)依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的工業(yè)數(shù)據(jù)總線技術(shù)，它的主要作用使實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象設(shè)備間的數(shù)字通信以及設(shè)備同高級控制系統(tǒng)之間的通信。現(xiàn)場總線具有優(yōu)越的可操作性、互用性和結(jié)構(gòu)分散性，目前已經(jīng)在電力領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并被稱作電氣控制現(xiàn)場總線技術(shù)，簡稱為FECS。

一、電氣控制現(xiàn)場總線技術(shù)概述

目前大型火力發(fā)電廠更加傾向于選擇技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定的生產(chǎn)技術(shù)，這些技術(shù)往往環(huán)節(jié)較多、操作復(fù)雜，對現(xiàn)有的電力控制系統(tǒng)提出了更好的要求。由于現(xiàn)場總線技術(shù)具有很好的智能型和互操作性，它能夠提高電廠電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，因此在電廠得到廣泛應(yīng)用。

總的來講，F(xiàn)ECS主要集中在運(yùn)行速率比較低的產(chǎn)品領(lǐng)域，因此未來發(fā)展將以穩(wěn)定低速FECS領(lǐng)域和開拓高速FECS領(lǐng)域?yàn)橹?。高速現(xiàn)場總線主要用于控制網(wǎng)內(nèi)各種設(shè)備之間的互聯(lián)，這些設(shè)備包括控制計(jì)算機(jī)、PLC設(shè)備，他們往往具有較高的智能化水平和較快的處理速度，同時(shí)，高速現(xiàn)場總線能夠同低速現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，真正發(fā)揮了對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全分散結(jié)構(gòu)的控制。在高速現(xiàn)場總線發(fā)展的背景下，高速FECS也實(shí)現(xiàn)了較快發(fā)展，逐漸突破以往系統(tǒng)的不足，促進(jìn)了電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)的完善。

二、FECS的主要控制內(nèi)容及總線控制系統(tǒng)的控制特點(diǎn)

1.FECS的主要控制內(nèi)容

現(xiàn)場總線主要通過對電廠發(fā)電機(jī)組以及變壓器等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的控制。由于FECS的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此它能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)量繁多設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，主要包括：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)以及變壓器、高壓廠用及備用電源、主廠房內(nèi)的低壓常用電源以及低壓廠用變壓器等等。

2.總線控制系統(tǒng)的主要控制特點(diǎn)

總線控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢，使它在與其他控制系統(tǒng)相比時(shí)表現(xiàn)出更加良好的性能。這些優(yōu)勢包括：1）參數(shù)更新速度快?？偩€控制系統(tǒng)中包含有性能良好的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它能夠?qū)ο到y(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)果做出迅速反映，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的實(shí)時(shí)更新。這些參數(shù)是電氣模擬量對電壓等內(nèi)容模擬的結(jié)果，其產(chǎn)生的數(shù)字通量中隱含了保護(hù)動(dòng)作等信息。2）智能化水平較高。在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，總線控制系統(tǒng)能夠通過邏輯運(yùn)算方式的編寫實(shí)現(xiàn)對全部電氣設(shè)備的智能化控制，提高了控制的準(zhǔn)確性，保障了電力設(shè)備運(yùn)行的安全可靠。3）系統(tǒng)控制頻率較低。通常情況下，在電力系統(tǒng)運(yùn)行良好的情況下是不需要對電氣設(shè)備進(jìn)行控制的。一旦發(fā)生電氣故障，需要對切換電源時(shí)，繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置就發(fā)揮作用，完成以編寫好的制定動(dòng)作。同時(shí)，總線控制系統(tǒng)具有操作上的靈活性，而且設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性很高，這就使得系統(tǒng)控制的頻率往往保持在較低的水平上。

三、 FECS系統(tǒng)的組成及系統(tǒng)方案

1.FECS系統(tǒng)的組成

FECS系統(tǒng)根據(jù)工作原理的不同可以分為三層，分別是：間隔層、通信管理層以及站控層。首先，間隔層中包括各種不同型號的保護(hù)監(jiān)測裝置、廠用電源的快速切換裝置、小電流接地選線裝置等。間隔層通過對專門軟件的開發(fā)來提高系統(tǒng)的整體性能，實(shí)現(xiàn)對各種智能裝置的完善。同時(shí)，它還具有CPU、現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)等對外通信的接口?？偟膩碇v，間隔層同類似于電腦的主板，雖然不具備實(shí)際具體的功能，但是在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行中起到了不能忽視的作用。其次是系統(tǒng)的通信管理層，這一層主要進(jìn)行操作網(wǎng)絡(luò)和信息的管理，實(shí)現(xiàn)間隔層中各種智能裝置以以及發(fā)電廠其他智能裝置之間以及與上層站控層之間的通信。目前，電廠FECS系統(tǒng)常用的通信方式主要有以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線兩種，同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)之間也能實(shí)現(xiàn)信息的交換。最后是站控層，站控層中包括計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)以及各種專業(yè)的應(yīng)用軟件，硬件包括服務(wù)器和工作站，軟件則包括完成電廠故障判斷等功能的各種專業(yè)軟件，同時(shí)還包括與下層設(shè)備進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)接口。

2.FECS系統(tǒng)方案

FECS系統(tǒng)中，不同類型的發(fā)電機(jī)組通過不同的方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，一般電廠的大型發(fā)電機(jī)以及相關(guān)的電氣設(shè)備通過“通信+硬接線”的監(jiān)控方式。同時(shí)，F(xiàn)ECS系統(tǒng)能夠同分散控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息溝通，減少了信息重復(fù)的情況，對降低設(shè)備以及運(yùn)行維護(hù)成本具有很大的幫助。本文將主要分析大型電動(dòng)機(jī)及其電氣設(shè)備的FECS系統(tǒng)方案。

一般電廠的大型發(fā)電機(jī)以及相關(guān)的電氣設(shè)備通過“通信+硬接線”的監(jiān)控方式。其中，電動(dòng)機(jī)、低壓廠用變壓器的監(jiān)控、監(jiān)測主要由綜合的保護(hù)裝置完成，回路電流電壓、跳合閘現(xiàn)狀的狀態(tài)等將通過綜合保護(hù)裝置通過網(wǎng)絡(luò)傳送到現(xiàn)場總線，并最終傳送到分散控制系統(tǒng)中的DPU通信接口。斷路器的控制指令則通過硬接線傳送給分散控制系統(tǒng)中的DO、DI卡件中。低壓電動(dòng)機(jī)、低壓饋線中容量超過100kw的回路主要采用智能斷路器，能夠在發(fā)生電路故障的情況下，及時(shí)進(jìn)行電源的切換，提高保護(hù)動(dòng)作的實(shí)施的速度，將電路故障造成的損失降到最低，同時(shí)回路電流等信息將通過多功能測控裝置傳送給現(xiàn)場總線，最終送達(dá)分散控制系統(tǒng)中的DPU通信接口。此外，電廠中其他智能電器包括微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置等都具有較高的性能和可靠性，同時(shí)具備一定的自我診斷能力，這些職能設(shè)備產(chǎn)生的各種信息信號能夠直接通過現(xiàn)場總線進(jìn)入FECS系統(tǒng)的主控制單元。

四、FECS系統(tǒng)在電廠電氣控制中的應(yīng)用效果

1.FECS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

FECS系統(tǒng)具有較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶哟谓Y(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定的性能，能夠妥善完成各種監(jiān)控任務(wù)，在具體應(yīng)用中，它表現(xiàn)出來的主要優(yōu)勢包括以下幾點(diǎn)：1）電氣信息量采集完整。FECS系統(tǒng)能夠采集的電氣信息量包括電流、電壓、保護(hù)動(dòng)作信息、開關(guān)狀態(tài)等等，基本上能夠覆蓋工作人員把控電廠設(shè)備運(yùn)行情況所需要的所有信息，對于提高系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化程度具有很大的幫助。2）降低了設(shè)備成本。FECS系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線控制模式，大量減少了各種端子柜和卡件的使用，同時(shí)降低了智能控制單元的復(fù)雜程度，提高了電纜調(diào)節(jié)的便利性。3）減少了維護(hù)檢修工作量。FECS系統(tǒng)具有更少的控制電纜這就意味著工作人員的日常電纜維護(hù)工作大大減少，同時(shí)建設(shè)該系統(tǒng)的工作量同其他控制系統(tǒng)相比也更小。4）提高了電廠電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性。FECS系統(tǒng)在分散操作系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對電廠電源的監(jiān)控和控制，此外，由于各電氣設(shè)備之間的風(fēng)險(xiǎn)的聯(lián)系關(guān)系不緊密，因此一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障不會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生致命性的影響，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。5）提高了信息轉(zhuǎn)換的精度。FECS系統(tǒng)能夠?qū)π盘柕膫鬏斊鸬揭欢ǖ谋Ｗo(hù)作用，減少了信號的衰減，提高了信號的抗干擾能力，大大提高了信息轉(zhuǎn)換的精度，進(jìn)而提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能。

2.FECS系統(tǒng)存在的問題

盡管FECS系統(tǒng)相比其他的控制系統(tǒng)在性能和效率方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)并沒有對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行規(guī)范和篩選，導(dǎo)致上傳到分散控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)量十分龐大，使得數(shù)據(jù)信息采集的優(yōu)勢并沒有完全發(fā)揮出來，為此還需要對數(shù)據(jù)信息采集的流程進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，提高對有用信息的辨識力度，方面運(yùn)行人員的監(jiān)控的操作。

結(jié)束語

總的來講，F(xiàn)ECS系統(tǒng)是一種優(yōu)秀的電廠電氣控制系統(tǒng)，目前已經(jīng)全國大多數(shù)電廠中得到應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果，大大提升了電廠電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，未來隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，F(xiàn)ECS系統(tǒng)的工作能力還將得到不斷優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]孫茗. 現(xiàn)場總線技術(shù)在火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電力勘測設(shè)計(jì)，2008，02：51-56.

[2]陳田，王雅珺. 河源電廠電氣控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用[J]. 科技視界，2012，30：375+444.

[3]柳順芳.淺議電廠電氣控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線技術(shù)[J].電子世界，2013，18：61.

[4]陳田，王雅珺.河源電廠電氣控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用[J].科技視界，2012，（30）：375，444.

[5]田裕榮，梁宏彥.電廠電氣控制系統(tǒng)研究——現(xiàn)場總線技術(shù)[J].科學(xué)與財(cái)富，2012，（12）：140.