电厂电气控制系统中现场总线技术的应用

吴振华

针对目前电厂电气控制系统应用现场总线技术过程中存在的标准不统一问题，文章分析了现场总线技术作用于电厂电气控制系统的作用现、范围以及特点，并提出了技术应用实例，以深化现场总线技术的应用效率。其目的是为相关建设者提供一些理論依据。

【关键词】电厂电气控制系统 现场总线技术 DSC FCS RS485总线 Lanworks总线

随着我国市场经济发展进程的不断加快，电厂电气控制系统的自动化运行已经成为满足当前现代化建设对电力系统运行管理需求的关键。而现场总线技术以其具有实现电气控制系统运行智能化、操作灵活性以及动作可靠性特点，被广泛应用于电厂电气控制系统中。然而，有总线技术应用的差异性，使得电厂将其作用于电气控制系统的自动化目标难以实现。为此，相关建设人员应在明确其现场总线技术应用现状、应用范围以及应用特点的基础上，找出具体技术应用的优化方法。

1 电厂电气控制系统中现场总线技术应用现状

现阶段，电厂电气控制系统应用的现场总线技术主要作用于实现系统运行到自动化控制。具体来说，由于电厂电气控制系统的自动化建设需要采用大量智能仪表数字化通信方式以及相关智能执行机构。现场总线技术能够使上述自动化内容通过总线接口介入到现有的PLC以及DSC中，这就在很大程度上提高了运行使用效率。然而，受资金投入力度限制，许多电厂的电气控制系统并没有采用现场总线技术来进行自动化系统建设，这就使得短时间内，电厂电气控制系统难以实现整体的总线控制目标。科学力度不够主要体现在，总线标准不统一问题上。这种情况，就使得未来电气控制系统过渡到总线控制系统要面临极大挑战。为此，相关建设人员应在明确电厂电气控制系统现场总线技术作用范围以及作用特点的基础上，找出具体优化的方式方法。

2 电厂电气控制系统中现场总线技术的作用范围及特点

2.1 电气系统现场总线技术监控范围

通常情况下，电厂电气控制系统的现场总线技术监控对象有： 交流不停电电源、保安电源、直流系统、辅助车间低压厂用电源、交流不停电电源、动力中心至电动机控制中心电源馈线、元机组发电机和锅炉 DCS 控制电动机、发电机-变压器组、高压厂用工作及备用电源以及主厂房内低压厂用电源等。其中发电机-变压器组的现场总线技术监控范围包括：发电机励磁系统、发电机、主变压器以及220kV断路器；高压厂用工作及备用电池的技术监控范围包括：起动-备用变压器以及高压厂用工作变压器等；而主厂房内部低下的厂用电源，现场总线技术重要作用于低压厂用工作和共用变压器、检修变压器、照明变压器除尘变压器。上述技术应用方法均要在主电厂厂房处于低压厂用的变压器状态下。

2.2 电气现场总线控制系统特征

DCS（Distributed Control System） 的软件与硬件系统最初是针对热工控制过程而研发出来的， 这就使其并不完善使用电气设备的控制系统。基于此，现场总线技术作用于实际的电气控制系统应具备如下特征。如图1所示，为总线控制系统的作用结构图。

首先，电气设备智能化程度高，具体来说，电气控制系统中起动-备用变压器保护、发电机-变压器组保护、自动同期装置、励磁调节器保护以及厂用电切换装置保护均是微机型设备。为微机型设备提供综合保护的现场总线装置是6kV 开关站，而380V开关站则主要作用于微机型电动机控制器和智能开关控制器。这种情况下，所有的电气系统运行设备就都能实现智能化， 进而便于与各种计算机监控系统采用通信方式实现双向通信。其次，电气参数变化快，该特征导致电气模拟量大多体现在电压、电流、频率以及功率等。再次，电气设备控制频度较低。除在机组起、停过程中，部分电气设备要进行一些倒闸或切换操作外，在机组正常运行时电气设备一般不需要操作。在事故情况下， 大多由继电保护或自动装置动作来切除故障或进行用电源切换。第四点，电气设备控制逻辑简单特征，据统计，电气设备控制大多为开关量控制，因此，这一无需调节以及控制的逻辑十分简单。第五点，电气设备的安装环境与布置要相对集中，由于电气设备大多集中于电气继电器室以及其他各电气配电设备间，这就使得设备布置较为集中特征。而安装环境很少有粉尘污染以及水汽污染，这就给电气设备的就地布置创造了良好的环境条件。最后，基于现场总线技术的电气设备还具有良好的可控性。这是因为电气控制系统的技术应用对象大多为空气开关、断路器以及接触器，其具有操作灵活以及动作可靠的特点。由上述内容可知，电气控制系统在应用现场总线技术后，将在各个方面提升系统结构运行的安全稳定性。

3 电厂电气控制系统中现场总线技术应用实例

3.1 现场总线技术配置方案

3.1.1 数据采集方式

电厂电气现场总线控制系统建设人员除了要将发电机-变压器组、起动-备用变压器以及高压侧断路器等所有控制量信号以硬接线的方式与DCS直接连接外，还要将其他监测信号通过设置测控装置接入FCS后，再以通信方式送入DCS。此外，电气专用装置应设置各自的通信接口，以实现多串口的通信服务器接入FCS目标。由于电厂厂用电源分高压厂用工作电源和备用电源两种，为保证与电厂生产建设要求相一致，应将水、煤、灰等设施单独的控制点，以使得辅助车间380V的电源系统仍然能够纳入到可编程序控制气中进行控制。FCS采集的供电气系统分析管理的信息如各保护整定值、故障时电流和电压波形等数据， 送入FCS的工程师站进行分析处理，不送入DCS，但可以通过独立的通信接口送入SIS和管理信息系统MIS。这样一来，此方案就能够实现机组长用电系统与控制系统的无缝连接目标。

3.1.2 网络结构

电厂电气控制系统中的FCS采用了分层、分布式计算机控制系统，其实现了网络结构的分层设置。具体来说，3层设备网络结构为监控主站层、通信子站层以及间隔层；2层网指连接监控主站层与通信子站层的以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线网。其中电厂公用厂用电系统的站控层是以太网独立组网的，即通过通信网关分别与1号、2号机组自动化系统进行以太网连接。此厂用单元机组共用一个工程师站，并通过软、硬件闭锁手段只能接受一台机组控制系统的操作指令。

3.2 控制系统总线选择

相关研究表明，电气配电装置分散于电厂的整个厂区，。当现场总线技术应用于大中型电厂时，电气控制系统要求选择较长传输距离的总线。目前的市场环境中，可供选择的用电系统总线有5种，即工业以太网、Lonworks 总线、CAN 总线、基于 Mo dbus2RTU 协议的 RS485 总线以及Profibus2DP。其中 Profibus2DP总线主要作用于380V系统，而Lanworks总线、CAN总线以及工业以太网则主要作用于6kV系统，。基于Modbus2R TU 协议的 RS485 总线则可作用于两个电气控制系统，即6kV和380V系统。值得注意的是，当电厂电气专用自动装置通信接口以及电气专用继电保护装置，则应采用基于Mod-bus2RTU 协议下的总线。

4 结束语

综上所述，电厂电气控制系统中现场总线技术的优化应用是实现自动化系统建设的重要技术手段，针对因资金成本跟不上发展而导致的电厂电气控制系统应用現场总线标准不统一问题，研究人员可根据分类法，使不同规格标准的总线作用于固定的系统环境，从而为日后实现电气控制系统自动化目标提供助力。事实证明，现场总线技术作用于6kV以及380V电气控制系统后，实现了多串口的通信服务器接入FCS目标。为此，相关人员应将其重视起来，以尽早实现电厂自动化控制系统的建设目标。

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作者单位

中电投电力工程有限公司 上海市 200233