第27卷　第6期

2006年6月

电　力　建　设

ElectricPowerConstruction

Vol.27　No.6

Jun,2006

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FCS在火电厂厂用电控制系统的应用

黄生睿,张　超

(中南电力设计院,武汉市,430071)

[摘　要]　现场总线控制系统(FCS)作为一种数据传输和控制方式,在现代过程控制中扮演着重要的角色。但由

于受其类型繁多和电厂控制系统传统结构的影响,目前在火电厂控制系统中的应用刚刚处于起步阶段。火电厂采用FCS与传统的DCS相比,具有彻底的分散性、更好的开放性、良好的互操作性和低成本等优点,明显提高电厂控制系统的自动化水平。

[关键词]　火电厂

厂用电现场总线控制系统

文章编号:1000-7229(2006)06-0039-03

中图分类号:TM621.6文献标识码:B

ApplicationofFCSformalPowerPlant

ZhangChao

(PowerDesignInstitute,WuhanCity,430071)

[Keywords]　thermalpowerplant;auxiliarypower;FCS

　　根据国际电工委员会IEC1158定义:现场总线

是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。由现场总线与现场智能装置组成的控制系统称为现场总线控制系统(FCS)。FCS由于其具有可靠性高、分散性好和投资低等优点,一直受到国内外各自动化设备制造商和用户的关注。将FCS应用于火电厂机组控制系统,则由于其应用场合、总线类型以及各利益团体对利益争夺等多种原因,目前才刚刚处于起步阶段。如何选择一个先进、可靠和经济的FCS,已成为各设计人员不得不面对的问题。

相比则相对落后一些,上世纪80年代末发电厂机、炉采用分散控制系统(DCS)监控,90年代中期机组的电气系统开始采用DCS进行一些辅助监测,直到2000年初才开始尝试将机组的电气系统纳入DCS

进行全面监控。由于DCS当初的设计思路和控制对象主要是针对机、炉的工艺设备,并未充分考虑电气设备的控制特点,所以在控制方式上虽然DCS监控取代了原来的强电一对一控制方式,但是机组的电气控制系统与网络控制系统相比在开放性、先进性和经济性等方面还有较大差距。近几年来,电气系统采用常规DCS监控方式已越来越不能满足时代的需求,为FCS在电厂控制系统的应用提供了机遇。

1　火电厂电气控制系统的发展历程

上世纪90年代前投产的发电厂电气系统,大多采用强电一对一控制方式。随着计算机技术的进步,90年代初部分电厂的网络系统开始采用了微机监测。90年代末,大部分火电厂的网络系统采用了计算机监控系统(NCS),到现在NCS已经发展成为一个采用分层分布式结构、集现场总线和现代网络技术于一体、功能齐全、配置灵活的计算机监控系统。单元机组电气系统的控制水平与网络控制系统

收稿日期:2005-12-17

2　FCS的特点和分类

FCS作为一种通信方式实现了就地仪表、断路

器等智能装置之间的数字通信,采用FCS与传统的DCS相比具有以下优点:

(1)彻底的分散性。FCS的控制任务不是像DCS在几个控制站中完成,而是主要分散到各现场

智能装置完成,由于现场智能装置彻底的分散性和

作者简介:黄生睿(1965-),男,高级工程师,电气主任工程师,主要从事发电厂电气二次设计。

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高度的自治性使系统具有更高的可靠性和灵活性。

(2)更好的开放性。FCS所有现场的智能设备都遵循统一开放的现场总线协议,其开放性将打破DCS大型厂家的垄断,实行技术共享,在给所有自动化厂商带来了平等竞争的机遇的同时也给用户提供了更大的选择空间。

(3)良好的互操作性。互操作性使不同厂商的设备可以相互通信,实现了设备的“即插即用”功能,用户可以自由地选择设备和软件,不同厂家生产的性能相似的设备可以实现互换互用,系统的更新、改造或维护十分方便。

(4)低成本。衡量一套控制系统的总体成本,不仅要考虑其建设时设备造价,而且应该考虑系统从安装调试到运行维护整个生命周期内总投入。FCS的彻底分散结构取代了DCS一对一的I/O信号传输方式,除大量减少了变送器、AD/A统的上述各种电气设备,主要具有下列特点:

3.1　设备的智能化程度较高。厂用电系统的保护、厂用电切换装置均为微机型,如中压保护为微机综合保护测控装置,低压采用智能开关和微机型马达控制器,测量仪表也采用了智能仪表,所有电气就地设备均实现了智能化。

厂用电系统的控制逻辑比较简单,绝大部分在间隔(或开关柜)内完成。逻辑控制大部分为开3.2

关量控制,与机组其他系统没有复杂的联锁逻辑,也没有调节或其他复杂控制要求。

3.3厂用电系统正常运行时的控制频度较低。除在机组启、停过程中部分电气设备要进行一些倒闸或切换操作外,,。

4。这是因为厂用、空气开关或接触器,其操作灵活,动作可靠,与电厂其他受控设备相比,具有良好的可控性。

3.5电气设备的安装环境较好且布置相对集中。厂用电设备大多集中布置在各电气配电设备间内,电气设备布置虽然在厂区比较分散,但在各用电区域却相对集中,且安装环境极少有水、汽或粉尘的污染,适宜各种智能设备就地布置。

如果说总线协议是FCS的核心,那么信息处理现场化则是FCS的本质,现场智能装置是采用FCS的基础。由于厂用电系统各电气设备的微机化和智能化,实现了所有信息的现场采集及处理,为电厂厂用电控制系统采用FCS创造了良好的条件。

试周期,分散、,使FCS发展迅速,现在已开发出有40多种FCS。表1为几种目前在电厂电气系统中常用FCS的性能对比。

表1

总线名称Profibus-DP

常用现场总线性能对比表

通信速率

/(bit s-1)12M78k/1.25M5k/1M31.25k500k500k5M

代表厂商德国西门子

通信距离

节点数　传输介质/m

100

32

双绞线、光纤

LonWorks美国Echelon

双绞线、同轴

2.7k/13032k电缆、光纤、无

线电或红外线10k/401.9k1004003k

110326451299

CANFFH1

德国Bosch美国仪器协会

双绞线、同轴电缆或光纤双绞线、同轴电缆、光纤屏蔽双绞线双绞线同轴电缆、光纤

DeviceNet美国RockwellInterbus

4　厂用电FCS的结构模式

由于目前单元机组仍然采用DCS监控,厂用电控制系统采用FCS后,一般设置相对独立的电气现场总线控制系统(以下简称EFCS),主要完成电气系统的信息采集、传输和管理功能。大多数EFCS的结构与NCS相似,如图1所示。图1部分示意了一个完整的EFCS的常用结构模式,其结构可以分为系统层、通信层和间隔层3个层次。系统层一般包含若干特定功能的服务器或工作站,主要完成数据收集、整理、显示和监控功能,并负责与DCS的通信,系统层网络采用以太网。通信层由各种通信管理机或协议转换器组成,为连接整个系统的纽带,主要负责完成间隔层现场总线与系统层以太网之间的物理介质及通信协议的转换。间隔层设备由安装在开关柜的综合保护测控装置、马达控制器和智能仪

德国

PhoenixContact

ControlNet美国Rockwell

3火电厂厂用电系统的特点

火电厂厂用电系统包含高压厂用电系统和低压

厂用电系统。高压厂用电系统主要包括高压厂用工作变压器、启动/备用变压器以及厂用6kV(或10kV)工作段和公用段等,监控对象主要包括各6kV(或10kV)断路器。低压厂用电系统主要包括主厂

房和各辅助车间的低压厂用变压器、PC分段开关以及PC至MCC电源馈线等,其监控制对象主要为各380V断路器、接触器和负荷开关。对于厂用电系

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表等大量的现场智能装置组成,各智能装置通过现场总线与通信管理机连接,主要实现信息的就地采集、处理和控制保护功能。

控制系统需按工艺要求对应DPU分组,系统配置复

杂,设计配合及系统组态工作量大,对系统集成商要求高。另外EFCS与SIS、MIS交换的大量信息需经DCS中转,增加了DCS的通信负担

。

5　EFCS与DCS的接口方式

电气系统采用EFCS监控后,EFCS一般不配置独立的操作员站,电气系统的监控仍由机组DCS的操作员站实现,所有电气系统的运行监视信息需上传到DCS,并接收DCS的操作指令,所以必须解决好EFCS与DCS的接口问题。图1、2分别示意了2种EFCS与DCS的接口模式。

图1为EFCS与DCS通过网关或通信服务器进行通信,在EFCS系统层设置专用的通信服务器与DCS以太网连接。该方案的优点是间隔层智能装置能按电气系统及布置位置分组,控制系统间隔层总线结构简单,便于管理和维护,与量大,并能方便地实现与IS配合比较简单。行转换,,为满足DCS控制的要求,对部分重要信号需采用硬接线接入DCSI/O模块

。

图2EFCS直接与DCSDPU接口

目前工程应用中还有一种电气监控系统方案综合了图1和图2的优点,即在图2的基础上,结合图1配置EFCS系统层,并在系统层设置通信服务器与DCS系统层通信,通过预先设置,将与DCS密切相关的少量实时信息由通信管理机直接发送到DCS的DPU,同时接收DPU下发的各种操作指令,而对于大量实时性要求不高的监视、报警信息则通过系统层的通信服务器传送到DCS系统层。该方式能最大限度地发挥EFCS的优越性,在工程投资充裕的情况下可考虑采用。

上述各方案均采用单元控制室控制方式将机组电气系统纳入DCS监控。目前还有一些设有网络计算机监控系统或采用主控制室控制方式的电厂,将机组电气系统纳入NCS监控,能简化EFCS与DCS的接口。采用此方式的电气现场总线控制系统结构与NCS基本相同,本文不再赘述。

图1EFCS采用网关与DCS接口

图2是根据电厂工艺系统结构,对应DCS控制器(DPU)的配置,将电气厂用电系统间隔层设备按工艺系统的DPU分组组成若干个子系统,各子系统由通信管理机、现场智能装置及连接通信管理机和智能装置的现场总线组成。各子系统通过通信管理机与DCS的DPU采用点对点方式进行数据交换,对于具有FCS接口的DPU还可以取消图中的通信管理机。由于现场设备直接与DCS控制器进行数据交换,信息传输实时性好,且可靠性高。但由于电气

6　结论和建议

新颁布的《火力发电厂、变电所二次线设计技术规程》明确指出“当采用微机型保护及自动装置时,有关开关量可采用数字通信方式”。目前电厂电气设备基本实现了智能化,为电气监控采用FCS提供了良好的条件。电气监控采用FCS可明显提高电气系统的自动化水平。在电厂推广FCS应用时,建议做好以下几点:

(下转第44页)

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图3施工步骤示意图

4钢内筒液压提升法的优点及应用

,,加快了进度。

,烟囱钢1997年在绥中电厂首次应用,、扬州第二发电厂、山西霍州兆光电厂二期、厦门嵩屿电厂等10多个大型工程中成功应用。

作为一种日渐成熟的施工工艺,液压提升法将在成为烟囱钢内筒施工的首选方案。

中的应用,[2]

优点有:411　,,重量轻,易安装和拆除。

412　采用集中控制系统,操作简单,自动化水平高,

吊装过程中运行平稳,冲击小。卡紧装置为机械自锁结构,安全可靠。413　每节钢内筒可在加工厂内整节加工成形,质量可靠,工厂化程度高,现场焊接量小。

414　除操作控制系统的人员外,其他人员均在0m

5参考文献

1　缪谦.钢索式液压提升装置的设计及应用.起重运输机械,2003(9)2　彭孝雄.火电厂烟囱钢内筒的几种施工方法.建筑技术,2000(7)

(责任编辑:王苹志)

(上接第41页)6.1

FCS目前正处于起步阶段,各系统集成商的技

术水平参差不齐,设备选择时应选择技术实力强和具有运行业绩的系统集成商的产品。

6.2FCS种类繁多,合理选择FCS对系统的性能和投资都会产生较大的影响。工程设计时应根据系统的功能要求和DCS的特点通过整个控制系统的技术经济比较来确定。

由于机组的热工系统仍采用DCS监控,EFCS与DCS的接口是制约整个系统功能的瓶颈。设计时应根据监控系统的功能要求合理选择其接口方式,必要时对于DCS需要的重要信息采用硬接线接入。6.36.4

气设备的监控范围,如需将原来在就地控制的一部分电源开关集中到集控室监控,在系统设计时应根据监控对象的重要程度的不同采用不同的组网和接线方案。

6.5对于高、低压厂用电动机,由于热工保护跳闸必需设置DCS至开关柜的控制电缆,为保证可靠性建议主厂房高、低压厂用电动机保留重要信号(如运行状态)和跳、合闸指令到DCS的硬接线。随着技术的进步和运行经验的积累,EFCS将不断完善和成熟,其在电厂应用水平的不断提高,EFCS必将被全厂的FCS所取代。建议有关部门或机构制定火电厂FCS的使用标准,以促进FCS在电厂控制系统的应用。

(责任编辑:李汉才)6.6

电气监控系统采用FCS后,一般需要扩大电