火力發電機組FECS綜述

任 果

（四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都610016）

0 引言

由四川電力設計咨詢有限責任公司設計的多個135 MW電廠在廠用電監控方面一直采用單元機組電氣設備納入機組分散式控制系統（DCS）監控，對輸煤、電除塵、綜合水泵房等輔助廠房變壓器，其高壓側納入DCS控制，低壓側采用就地控制，事故信號送至DCS的方式。但是隨著電氣智能設備的廣泛使用，上述方式已逐步不適應高等級運行管理的需要。300 MW及以上機組在電氣系統控制方面大多采用DCS與FECS相結合的方式。目前，國內火電機組大多采用機爐電集中控制方式，電氣與熱控共用一套微機分散控制系統，實現爐、機、電一體化控制。機組的主要電氣設備均采用DCS監視和控制，并以CRT／KB作為電氣設備的監視和控制中心。由DCS監視和控制的電氣元件主要有：發電機—變壓器組；發電機勵磁系統；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；柴油發電機組；全廠公用水泵；UPS裝置等。同時，DCS分單元機組控制系統和公用控制系統，單元機組控制系統和公用控制系統各有一套處理器用于電氣設備的監控，通過網絡通訊實現在機組DCS中對公用設備的監控。為提高電氣專業的自動化水平，建立廣泛的信息共享技術，務必形成一個具有多用途的自動化功能的在線監控測量管理系統。因此，以現場總線技術為基礎的FECS逐漸走入前端，成為主流配置。

1 FECS概述

1.1 監控范圍

單元機組電氣設備監控范圍主要包括：發電機—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；主廠房內低壓廠用電源；輔助車間低壓廠用電源；PC至MCC饋線；保安電源；直流系統（僅監測）；交流不停電電源（僅監測）；主廠房內高壓廠用電氣設備；主廠房及輔助廠房低壓動力中心電氣設備；機組其他智能設備，如勵磁、同期、柴油機、直流、UPS、保護、測控等。

對于FECS采集的電氣系統管理信息，比如保護裝置設置的整定值、設備故障時產生的電流、電壓波形等數據，可以通過獨立的通信接口送入SIS和MIS作分析處理。

1.2 網絡組成

電氣監控系統的控制總體來說還是一個分層分布式計算機系統，分層式系統構成和分散式設備布置。網絡組成主要有主站層、子站層（主控單元層）和間隔層這3層；連接網絡為雙100 M以太網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場總線網。間隔層設備按照分布原則配置，根據一次電氣設備間隔分布配置。通信子站層（主控單元層）向上與主站層設備通訊，向下與間隔層設備通訊。一般來說，系統服務器、工程師站、網絡交換機和負責與DCS及SIS通信的通信服務器均為雙冗余的；安裝在電氣配電室的通信機和電氣繼電器室的多串口服務器構成了監控系統的子站層；最后的間隔層設備主要有智能測控裝置、馬達控制器、智能儀表和其他一些綜合保護測控裝置等。

1.3 系統功能

FECS主要有以下功能：

（1）實時數據采集與處理；

（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）運行管理功能（專家系統）；

（6）設備管理；

（7）在線計算及制表；

（8）防誤操作閉鎖；

（9）時鐘同步；

（10）系統自診斷和自恢復；

（11）人—機接口；

（12）與其他裝置的通信。

2 FECS中的現場總線技術

2.1 現場總線技術現狀

縱觀國內大型火電機組的情況，電氣監控現場總線運用時間不長，尚未有成套的規程規范，在總線技術硬件、軟件配置或者相關標準的選取上還處在百花齊放、百家爭鳴的階段。目前國際上研發出的總線種類繁多，除了滿足IEC61158現場總線國際標準的主流現場總線產品以外，還有大量的非主流現場總線產品，IEC現場總線國際標準IEC61158將其分為8種類型：

（1）IEC技術報告（即FF H1）；

（2）Control Net（美國 ROCK WELL公司支持）；

（3）Pr ofibus（德國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FISHER ROSEMOUNT公司支持）；

（6）Swiff Net（美國BOEING公司支持）；

（7）World FIP（法國 ALSTOM 公司支持）；

（8）Inter bus（德國Phoenix Contact公司支持）。

上述幾類總線標準的選取原則主要是擬控制元素的要求和特征，選擇的標準應能適應管理需要。

2.2 總線系統優勢

總線系統具有以下優勢：

（1）數值精確；

（2）數據內容豐富；

（3）接線簡單；

（4）設備管理及維護方便。

這些優勢使機組系統在過程控制、生產狀態的運行監視、安裝工作及后期維護管理方面的成本得到節約，更加促進了其自身的發展。

2.3 現場總線在火電機組FECS中的應用

目前，對于火力發電系統來說，控制對象的要求和特征主要是指其在對應工藝流程中的特點，歸納起來主要有：

（1）傳輸距離。針對大型發電機組，廠區較大、系統多、傳輸距離長，這是其典型特點。

（2）點位數量。國內600 MW以上發電機組，廠用系統控制點數量可達近500個，實時數據傳輸量大。

（3）響應速度。廠用監控系統主要針對實時數據進行處理，快速響應成為判斷性能的重要指標，對總線技術的相關要求較高。

（4）控制方式。廠用系統在控制與監視數據上區別明顯，數字和模擬信號作用不同，相對應的過程處理方式也不一樣。

（5）環境要求。電氣電子設備對外部環境、噪音、粉塵污染及電磁影響方面要求較高。

根據國內各廠用電控制系統智能設備廠商所能提供產品的情況，結合上述系統主要特點，以下重點推薦4類實際應用到火電機組的總線技術：

2.3.1 Profibus－DP

Profibus現場總線技術主要包含DP和PA 2種通信方式，而DP技術由于其高速低成本的優點，是使用最頻繁的通信規約。另外，由于機組廠用系統在分層監控系統與分散I／O之間的聯系十分重要，已可以逐漸取代4～20 mA信號傳輸。

2.3.2 CAN總線

CAN總線有自己的國際標準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點外，較強的抗干擾性及檢錯效果也是其被優先選用的主要原因。

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是獨一無二的現場總線技術。同時，和CAN總線相比，其具有可互操作性和系統擴展性。

2.3.4 工業以太網

近幾年，以太網技術正快速滲透到廠用自動控制中，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，在工業自動化市場上的占有率逐年增加，且已經在電廠自動化系統中的站控層得到廣泛應用。

3 FECS的應用實例

近年來，隨著設備和技術的快速發展，火力發電機組FECS的應用已逐漸成為主流設計。在輔助車間上應用較好的電廠，有玉環電廠的工業水處理系統、化水系統等；九臺電廠的輔助系統包含水、煤、灰等。在機爐主系統中使用現場總線技術的有三河電廠的熱力網系統、金陵電廠的50%儀表控制系統等。

4 結語

隨著微機和通訊技術的發展，FECS采用智能化前端設備現場總線的監控方式己成為最主要的發展方向，我們在今后各工程設計中還要不斷實踐、總結并助推其發展。

［1］韓瑋，李竣，劉文，等.中、低壓電氣智能終端設備在火力發電廠的應用［J］.電力自動化設備，2006（10）

［2］陳倩茵.廠用電監控系統在火電廠的應用［J］.電力自動化設備，2005（3）

［3］吳澤生，吳艷萍.數字化電氣監控管理系統的探討［J］.電力自動化設備，2004（1）