浅析热电厂脱硫工程中的电气自动化系统

楼建颖

摘 要：火力发电为我们的发展提供了大部分电量，但是火力发电厂带来的空气污染也在越来越严重的影响我们的日常生活，而分散控制系统随着科技的进步其在控制工程方向的优势越来越显著，本文结合某2×300MW机组烟气脱硫工程电气自动化系统（ECS）实施的经验，从应用的角度出发，分析了火电厂ECS通过硬接线、硬接线十通信、全通信3种方式接入DCS的优缺点和需要解决的问题，提出全通信的组网方式，展望了ECS最终实现全通信的前景和日标。

关键词：火电厂；DCSECS；通信；电气自动化；

0.引言

随着人民生活水平的不断提高，依靠煤炭发电的火电厂每年的发电量也逐年递增，其排放的二氧化硫却造成了严重的环境污染。开发出自主知识产权的烟气脱硫技术具有重大意义。为适应火电厂二氧化硫控制需要，我国积极推进脱硫产业化发展，现在单机容量300MW及以上火电机组的脱硫系统控制已全面采用集散控制系统（DCS），但脱硫系统DCS大都侧重于设备控制，而电气系统的数字化继电保护和自动装置是通过硬接线的方式接入DCS电气系统发展相对滞后，无法满足机、电统一协调发展。

1.硬接线方式

1.1硬接线方式结构

电气信息通过硬接线接入DCS（如图1）。接入信息主要包括开关量输入（DI）、开关量输出（DO）和模拟量输入（AI），接入方式为空接点和4～20mA直流信号。采用硬接线方式后，通过DCS的CRT实现了电气相关信息的显示报警与电气设备的控制调节，有效地提高了整个电气控制系统的安全性和可靠性，同时扩大了DCS的控制范围，实现了机电系统的一体化运行和监控。

图1硬接线方式结构

1.2硬接线方式优点

电气量的D模件柜集中布置，易于管理，设备运行环境较好；信号传输中转环节少，对现场信号的反应快速、可靠；连接电缆一次敷设正确后，发生故障的概率较低，维护工作量小。

1.3硬接线方式存在问题

硬接线方式存在的问题主要表现在：

（1）DCS需要配置大量的变送器、D卡件、机柜和连接电缆，施工复杂，成本较高。

（2）厂用电系统己经采用微机化的综合保护测控装置（以下简称综保装置），电气系统的电流、电压等早已实现了直接交流采样，精度高、速度快、数字化；可以通过网络接口传输电压、电流、功率、电量和保护动作信号等大量DCS需要的信息。

（3）油于DCS对电气测点的限制，使电气系统的许多功能无法实现，如故障诊断及分析、经济性分析、定值管理等，无法提升其运行管理水平。

2.硬接线+通信方式

2.1硬接线+通信方式结构

为了克服硬接线方式的不足，特别是对于接入DCS用于监测功能的信息，考虑采用通信方式取代硬接线很有必要。近年来，以现场总线、工业以太网为代表的网络通信技术在工厂自动化、变电站自动化及DCS等电力自动化领域得到了广泛应用，为脱硫电气系统联网接入DCS提供了经验。电气系统的继电保护和自动控制装置的微机化也为电气系统联网接入DCS提供了条件。硬接线+通信方式的ECS一般采用分层分布体系结构，系统分为站控层、通信层和问隔层3层。

站控层一般采用客户服务器的分布式结构，由服务器、操作员工作站、维护工作站和通信网关等组成，构成电气系统监控、管理和与DCS等自动化系统互联的中心，虽然电气系统的大量信息通过通信方式接入DCS但主要用于监控功能。

2.2硬接线+通信方式优点

这种方式具有如下优点：DCS取消了大量的变送器、D卡件、机柜和连接电缆，成本较低；接入DCS的信息全面，信息数量基本与投资无关，系统扩展性强；综保装置可实现厂用电系统电能的高精度计量，不必单独配置电能表，并可通过网络上送ECM后台，实现自动抄表功能；通过电气系统后台可实现事故追忆、保护定值管理、录波分析、操作票、防误闭锁等较复杂的电气维护和管理工作，使电气系统的整体自动化水平有较大的提高。

2.3存在问题

ECS在实施中存在的主要问题为：

（1）目前DCS的通信开放性受到很大限制，对于通信的信息，DCS的通信周期、数据包长度都对通信的实时性有很大影响。

（2）与硬接线方式相比，通信方式信息中转环节多，在可靠性和实时性方面还有一定的差距。

（3）网络通信中断、信息刷新缓慢等问题经常困扰用户，使系统维护量增大，从而影响ECS的实施效果和用户的应用信心。

3全通信方式

宣威七期烟气脱硫工程所选用的ECS系统为北京四方继保自动化股份有限公司的CSPA-2000发电厂电气自动化系统，该系统采用具有高可靠性的大型实时监控软件平台，利用通信网络实现基于保护测控智能装置的分层分布式综合自动化功能，并对DCSiF'CS系统完全开放，实现与DCS/FCS系统的全面接口，从而将发电厂电气自动化系统完全融入DCS系统。采用该系统结构实现的ECS与DCS接口充分利用网络通信、现场总线的优势，依照IEC通信协议，实现电气监控系统和DCS系统的接口，将电气自动化功能完全融入DCS从而使DCS真正覆盖电厂脱硫系统机电的监控。

在该系统中，通信管理机按脱硫工艺过程配置，参与工艺联锁控制的通信管理机与相应的分布式处理单元一对一进行通信，由于每个工艺过程的电动机综保装置数量较少，且全部采用双网通信，因而通信可靠性和实时性均比较高，完全可以满足电厂工艺联锁控制的要求。对于不参与工艺联锁的电气信息，可以通过ECS站控层的通信网关接入DCS}通过这种方式，电气系统的控制和联锁全部通过网络通信实现。

该机组烟气脱硫工程中以全通信方式实施的电气监控系统具有如下特点：

（1）电气部分全部采用现场总线和网络通信构成监控系统，并以通信方式融入DCS全部取消硬接线，节省大量电缆，节约大量投资。

（2）使用保护测控一体化智能装置实现厂用6kV，380V及公共部分的继电保护、监控、信息管理和设备维护，并经ECS系统融入DCS}

（3）实现在DCS的操作员站上对电厂所有电气部分进行控制和设备管理，DCS系统也可以授权在ECS操作员站上实现电气操作。

（4）采用通信了站实现ECS系统的问隔层设备管理和控制，通信了站实现电气保护测控单元与ECS监控系统和DCS主控单元（DPU）的通信，且全部采用双网通信，通信可靠性高。

4结语

目前宣威七期机组烟气脱硫系统已经投运，运行良好，系统的实时性和通讯的可靠性都满足运行要求。电厂电气自动化实现了对高、低压电气设备电气参数实时监测和安全监控，有效地提高运行安全性和可靠性，保证供电电能质量；运行人员具有了对电气系统参数集中监视和控制的手段，并与电气防误操作相结合，减少了值班人员，改善了运行人员的工作条件，满足了电厂综合运行管理功能。宣威七期机组烟气脱硫系统运行良好，但ECS中还有一些需要改进的地方，如采用全通讯后，系统的实时性还是受到了一些影响，相信经过DCS和ECS厂家的努力，这个问题将很快得到解决。

参考文献

[1]吴震宇. 总线技术在烟气脱硫电气控制系统中的应用[D].华东理工大学，2013.

[2]李宏远，陈志强. 电气自动化系统在烟气脱硫工程中的应用[J]. 电力环境保护，2014，05：30-32.

[3]白克强，刘知贵，陈思海，王小红. 分散控制系统在烟气脱硫自动化工程中的应用[J]. 西昌學院学报（自然科学版），2014，04：37-40.