通讯技术在火力发电厂电气控制系统的应用

何磊

摘 要：近年来，随着火力发电厂建设的快速发屏，发电厂电气控制系统及保护装置功能的不断完善、网络通讯技术在工业领域应用的不断深入以及发电厂业主或运行单位对电气控制系统在运行阶段管理功能需要求的不断提高，原有的以DCS为核心，硬接线为主要信息采集方式的发电厂电气控制系统已经不能满足火力发电厂日益增涨的自动化水平的要求。由先进的网络通讯技术为支撑的电气控制及管理系统已成为当前发电厂电气控制系统的主流方案。在网络通讯技术的支撑下，电气控制管理系统不仅能实现原来由DCS完成的控制功能，基于完整的信息采集能力，还能实现故障分析、信息管理、设备管理、自动抄表、仿真培训等高等级运行管理功能。因此，采用硬接线与通信相结合，或全通讯的监控方案，已成为目前火力发电厂对电气控制系统的发展方向。

关键词：火力发电厂；电气控制系统；通讯

近年来，随着火力发电厂建设的快速发屏，发电厂电气控制系统及保护装置功能的不断完善、网络通讯技术在工业领域应用的不断深入以及发电厂业主或运行单位对电气控制系统在运行阶段管理功能需要求的不断提高，原有的以DCS为核心，硬接线为主要信息采集方式的发电厂电气控制系统已经不能满足火力发电厂日益增涨的自动化水平的要求。

由先进的网络通讯技术为支撑的电气控制及管理系统已成为当前发电厂电气控制系统的主流方案。在网络通讯技术的支撑下，电气控制管理系统不仅能实现原来由DCS完成的控制功能，基于完整的信息采集能力，还能实现故障分析、信息管理、设备管理、自动抄表、仿真培训等高等级运行管理功能。因此，采用硬接线与通信相结合，或全通讯的监控方案，已成为目前火力发电厂对电气控制系统的发展方向。

1 火力发电厂电气系统控制的常规方案

目前火力发电厂电气控制系统常用的控制方案，即采用硬接线的方式将电气系统纳入DCS，由DCS完成全部的监控功能。具体方案如下：电气系统（以厂用电系统为主）所有电气设备的模拟量（4～20mA信号）和开关量（DI，SOE等），均采用硬接线送入DCS模拟量输入模件和数字量输入模件；所有电气设备的控制则采用DCS开关量输出模件通过硬接线进行一对一控制。

该方案目前已有近二十年的运行经验，并在运行过程中不断的改进和完善，无论是DCS硬件的稳定性、系统软件的一致性以及运行的可靠性和安全性上，都是目前最成熟的方案。该方案的缺点是由于DCS最初是基于机、炉的控制特点设计的，无法直接应用于电气系统的监控和管理。

另外，由于DCS系统I/O点数总量控制及I/O采集方式本身的限制，采用硬接线的方式将电气所有的管理信息接入DCS会造成巨大的硬件采购成本和现场施工管理成本的增加。由于电气信息量不能完整采集，DCS就满足发电厂电气系统的管理功能，包括电气系统故障分析、状态处理、设备管理等高级管理功能的要求。

2 通讯与硬接线相结合的电气系统控制方案

该方案在“DCS硬接线方案”的基础上，在DCS系统内，设置一套电气监测系统作为DCS的一个子系统。所有参与机炉连锁、控制的状态信号和控制指令，均采用硬接线的方式接入DCS，其它所有电气信息均采用通信方式由电气监测系统负责采集、处理。DCS与电气监测系统间采用双冗余通信服务器进行数据交换。

该方案的最主要优点就是采用了现场总线技术和分层分布的设计思路。所有电气现场设备均根据各工程网络架构的不要要求，配置有以太网、ProfiBus、Lonworks以及IEC61850等總线通讯接口。通过总线通讯接口将发电厂电气设备信息完整的采集至电气监测系统中。所有设备间的连接均由一至两根网线进线连接，相比于传统的DCS监控方式，不但大幅节省控制电缆及施工安装工作量和系统调试、检修及维护工作量，还由于电气设备信息采集完整，实现电气设备自动管理、故障及状态分析、培训、仿真等高级管理功能，真正做到电气系统的自动化。

该方案的缺点是：电气监测系统与DCS系统间通讯接口的配合工作量大，经实际工程验证，DCS厂家主要专业于汽机和锅炉部分，在电气专业方面技术储备较少，很难完成相关软、硬件的配合工作。另外，电气监测系统与DCS的通信传送存在延时，特别是模拟量信号（如电流等）的延时比较明显。

3 全通讯的电气系统控制方案

鉴于上述方案在实际工程应用中存在的问题，在坚持“现场总线”思路的基础上，提出了在DCS系统外设置独立的电气监控管理系统的方案。电气监控管理系统的主要完成：电气设备信息采集、厂用电开关设备的控制以及故障分析、状态处理、设备管理等高级管理功能。电气系统的逻辑组态，包括电气设备间的连锁逻辑、互备关系以及开关设备的切换条件，全部在电气监控管理系统系统中完成。

该方案具体配置：发电机-变压器组、厂用电电源系统均由电气监控管理系统实现监控，其中，厂用电部分采用全通讯的方式进行监控。機炉电动机由于要参与工艺联锁，仍采用硬接线进入DCS监控，其管理信息以通信方式接入电气监控管理系统。电气控制管理系统的操作员工作站与DCS操作员站统一布置，取消DCS为电气系统设置的操作员站。

本方案大大减少了电气监控管理系统与DCS的设计配合及DCS系统中对于电气系统的组态工作量，同时由于电气监控管理系统信息可以全部采用通信方式接入，可节省大量电缆及施工工作量。此外，电气监控管理系统一开始就是面向电气系统的，其产品是针对电气设备开发的，其研发人员和工程技术人员都是电气专业人员，因此，设置独立的电气监控管理系统较DCS更能适应电气系统的控制和管理要求。

4 结语

目前，全通讯的电气系统控制方案已在多个300MW和600MW机组工程中得到应用并顺利投运。根据目前已投运工程反馈，电气监控管理系统运行稳定、系统实时响应好、在机组运行、维护等工作中的所起到了积极作用，基本实现了电厂电气系统的数字化、信息化，向实现数字化电厂和信息化电厂的目标迈出了重要的一步。