電廠電氣控制系統中現場總線技術的應用

吳振華

針對目前電廠電氣控制系統應用現場總線技術過程中存在的標準不統一問題，文章分析了現場總線技術作用于電廠電氣控制系統的作用現、范圍以及特點，并提出了技術應用實例，以深化現場總線技術的應用效率。其目的是為相關建設者提供一些理論依據。

【關鍵詞】電廠電氣控制系統 現場總線技術 DSC FCS RS485總線 Lanworks總線

隨著我國市場經濟發展進程的不斷加快，電廠電氣控制系統的自動化運行已經成為滿足當前現代化建設對電力系統運行管理需求的關鍵。而現場總線技術以其具有實現電氣控制系統運行智能化、操作靈活性以及動作可靠性特點，被廣泛應用于電廠電氣控制系統中。然而，有總線技術應用的差異性，使得電廠將其作用于電氣控制系統的自動化目標難以實現。為此，相關建設人員應在明確其現場總線技術應用現狀、應用范圍以及應用特點的基礎上，找出具體技術應用的優化方法。

1 電廠電氣控制系統中現場總線技術應用現狀

現階段，電廠電氣控制系統應用的現場總線技術主要作用于實現系統運行到自動化控制。具體來說，由于電廠電氣控制系統的自動化建設需要采用大量智能儀表數字化通信方式以及相關智能執行機構。現場總線技術能夠使上述自動化內容通過總線接口介入到現有的PLC以及DSC中，這就在很大程度上提高了運行使用效率。然而，受資金投入力度限制，許多電廠的電氣控制系統并沒有采用現場總線技術來進行自動化系統建設，這就使得短時間內，電廠電氣控制系統難以實現整體的總線控制目標。科學力度不夠主要體現在，總線標準不統一問題上。這種情況，就使得未來電氣控制系統過渡到總線控制系統要面臨極大挑戰。為此，相關建設人員應在明確電廠電氣控制系統現場總線技術作用范圍以及作用特點的基礎上，找出具體優化的方式方法。

2 電廠電氣控制系統中現場總線技術的作用范圍及特點

2.1 電氣系統現場總線技術監控范圍

通常情況下，電廠電氣控制系統的現場總線技術監控對象有： 交流不停電電源、保安電源、直流系統、輔助車間低壓廠用電源、交流不停電電源、動力中心至電動機控制中心電源饋線、元機組發電機和鍋爐 DCS 控制電動機、發電機-變壓器組、高壓廠用工作及備用電源以及主廠房內低壓廠用電源等。其中發電機-變壓器組的現場總線技術監控范圍包括：發電機勵磁系統、發電機、主變壓器以及220kV斷路器；高壓廠用工作及備用電池的技術監控范圍包括：起動-備用變壓器以及高壓廠用工作變壓器等；而主廠房內部低下的廠用電源，現場總線技術重要作用于低壓廠用工作和共用變壓器、檢修變壓器、照明變壓器除塵變壓器。上述技術應用方法均要在主電廠廠房處于低壓廠用的變壓器狀態下。

2.2 電氣現場總線控制系統特征

DCS（Distributed Control System） 的軟件與硬件系統最初是針對熱工控制過程而研發出來的， 這就使其并不完善使用電氣設備的控制系統。基于此，現場總線技術作用于實際的電氣控制系統應具備如下特征。如圖1所示，為總線控制系統的作用結構圖。

首先，電氣設備智能化程度高，具體來說，電氣控制系統中起動-備用變壓器保護、發電機-變壓器組保護、自動同期裝置、勵磁調節器保護以及廠用電切換裝置保護均是微機型設備。為微機型設備提供綜合保護的現場總線裝置是6kV 開關站，而380V開關站則主要作用于微機型電動機控制器和智能開關控制器。這種情況下，所有的電氣系統運行設備就都能實現智能化， 進而便于與各種計算機監控系統采用通信方式實現雙向通信。其次，電氣參數變化快，該特征導致電氣模擬量大多體現在電壓、電流、頻率以及功率等。再次，電氣設備控制頻度較低。除在機組起、停過程中，部分電氣設備要進行一些倒閘或切換操作外，在機組正常運行時電氣設備一般不需要操作。在事故情況下， 大多由繼電保護或自動裝置動作來切除故障或進行用電源切換。第四點，電氣設備控制邏輯簡單特征，據統計，電氣設備控制大多為開關量控制，因此，這一無需調節以及控制的邏輯十分簡單。第五點，電氣設備的安裝環境與布置要相對集中，由于電氣設備大多集中于電氣繼電器室以及其他各電氣配電設備間，這就使得設備布置較為集中特征。而安裝環境很少有粉塵污染以及水汽污染，這就給電氣設備的就地布置創造了良好的環境條件。最后，基于現場總線技術的電氣設備還具有良好的可控性。這是因為電氣控制系統的技術應用對象大多為空氣開關、斷路器以及接觸器，其具有操作靈活以及動作可靠的特點。由上述內容可知，電氣控制系統在應用現場總線技術后，將在各個方面提升系統結構運行的安全穩定性。

3 電廠電氣控制系統中現場總線技術應用實例

3.1 現場總線技術配置方案

3.1.1 數據采集方式

電廠電氣現場總線控制系統建設人員除了要將發電機-變壓器組、起動-備用變壓器以及高壓側斷路器等所有控制量信號以硬接線的方式與DCS直接連接外，還要將其他監測信號通過設置測控裝置接入FCS后，再以通信方式送入DCS。此外，電氣專用裝置應設置各自的通信接口，以實現多串口的通信服務器接入FCS目標。由于電廠廠用電源分高壓廠用工作電源和備用電源兩種，為保證與電廠生產建設要求相一致，應將水、煤、灰等設施單獨的控制點，以使得輔助車間380V的電源系統仍然能夠納入到可編程序控制氣中進行控制。FCS采集的供電氣系統分析管理的信息如各保護整定值、故障時電流和電壓波形等數據， 送入FCS的工程師站進行分析處理，不送入DCS，但可以通過獨立的通信接口送入SIS和管理信息系統MIS。這樣一來，此方案就能夠實現機組長用電系統與控制系統的無縫連接目標。

3.1.2 網絡結構

電廠電氣控制系統中的FCS采用了分層、分布式計算機控制系統，其實現了網絡結構的分層設置。具體來說，3層設備網絡結構為監控主站層、通信子站層以及間隔層；2層網指連接監控主站層與通信子站層的以太網以及連接通信子站層與間隔層的現場總線網。其中電廠公用廠用電系統的站控層是以太網獨立組網的，即通過通信網關分別與1號、2號機組自動化系統進行以太網連接。此廠用單元機組共用一個工程師站，并通過軟、硬件閉鎖手段只能接受一臺機組控制系統的操作指令。

3.2 控制系統總線選擇

相關研究表明，電氣配電裝置分散于電廠的整個廠區，。當現場總線技術應用于大中型電廠時，電氣控制系統要求選擇較長傳輸距離的總線。目前的市場環境中，可供選擇的用電系統總線有5種，即工業以太網、Lonworks 總線、CAN 總線、基于 Mo dbus2RTU 協議的 RS485 總線以及Profibus2DP。其中 Profibus2DP總線主要作用于380V系統，而Lanworks總線、CAN總線以及工業以太網則主要作用于6kV系統，。基于Modbus2R TU 協議的 RS485 總線則可作用于兩個電氣控制系統，即6kV和380V系統。值得注意的是，當電廠電氣專用自動裝置通信接口以及電氣專用繼電保護裝置，則應采用基于Mod-bus2RTU 協議下的總線。

4 結束語

綜上所述，電廠電氣控制系統中現場總線技術的優化應用是實現自動化系統建設的重要技術手段，針對因資金成本跟不上發展而導致的電廠電氣控制系統應用現場總線標準不統一問題，研究人員可根據分類法，使不同規格標準的總線作用于固定的系統環境，從而為日后實現電氣控制系統自動化目標提供助力。事實證明，現場總線技術作用于6kV以及380V電氣控制系統后，實現了多串口的通信服務器接入FCS目標。為此，相關人員應將其重視起來，以盡早實現電廠自動化控制系統的建設目標。

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作者單位

中電投電力工程有限公司 上海市 200233