火电厂热工与电气控制系统一体化应用分析

张 勇

（山西西山热电有限责任公司，山西 太原 030022）

电厂中汽机以及锅炉的控制大都是采用分布式DCS控制系统，随着技术的进步，现场总线控制技术也逐步发展起来，此种控制系统也被称作是FCS控制系统。将热工分散控制系统和电气监控系统的功能加以综合，把对电气设备的监控、以及保护等全部融合至FCS系统或者DCS系统之中，便能够完成机炉电的一体化控制，进一步确保电厂实现电气综合调控的目标。

1 电气自动化装置FECS概况

根据近期电厂发展要求，着手进行扩建工程：建设两台300 MW发电机组，变压器为370 MW。其中一台发电机组经由变压器设备之后接入厂外变电站的220 kV母线之中，而另一台发电机组则经过变压器之后直接接至电厂内部的220 kV母线之中。电气监控中所采用的方式为FECS监控手段，厂变高压侧以及发电机出口的最大短路电流分别为45.6 kA、128.4 kA以及65.5 kA。

依照以往所建设300 MW发电机组的实践经验来看，在机炉的监控过程中利用DCS以CRT以及键盘作为监控主要内容，这样便能够确保控制盘台之中所包含的各种显示仪表以及开关等装置，所保留的后台监控装置是：

1）将所有的模拟量信息均输入至DCS进行显示，在监视盘之中只是保留了非常少的仪表。

2）仅仅将一些相对重要开关保留，同时将电气控制盘去除，相关控制操作在DCS控制系统之中完成。

3）报警所用光字牌也尽可能减少，尽量和热工报警光字牌使用同一个，如此不仅能够降低设备的成本投入，同时还能更有利于整体布局设计。

针对两台发电机组公用系统，例如厂用公用电源，当DCS可以完成机组的停机操作情况下，另外的一台发电机组相关人员可以有效监控公用系统，同时还必须制定非常严密的制度，保证对公用系统控制指令拥有唯一性特征，也就是说相同的时间段之中，仅仅允许其中一套DCS系统能够有效的控制公用装置。不可以由于公用装置的出现，而导致两台发电机组DCS发生耦合问题。

2 一体化控制方案分析

一体化控制方案具体通信方式见图1。

图1 完全通信模式一体化控制方案

要想确保DCS系统能够更为高效利用由分散电气监控系统之中获取的有关I/O数据信息，分散电气监控系统中的I/O数据信息可以直接由DCS系统之中DPU层接入进来，将DCS系统之中I/O所收集的电气数据信息，作为DCS系统计算以及控制的数据信息来源。对于分散电气监控系统而言，其能够利用现场总线完成相关电气设备信息收集以及管理，针对一些非常重要的电动机设备，在进行启停控制过程中，是通过DCS系统中I/O模块利用硬接线方式完成，这样便能够确保系统控制的稳定性与可靠性。

在分散电气监控系统之中，设置有功能完备的监控主站，其操作权通常归属DCS系统操作员，利用DCS系统之中通信模块，能够实现对分散电气监控系统中I/O装置的操作，图1中电源部分以及非关键的电动机和回路均可以通过此种方式完成操作。

在系统之中站控层属于极为重要的管理模块，其主要功能是实现数据信息收集、分析、显示以及监视等功能，根据相应授权完成电气装置的监控工作。站控层对于DCS系统以及分散电气监控系统来说其是完全开放的，这样便能够确保操作人员可以对电气装置进行操作以及管理。通信控制层则属于整个系统中重要的连接枢纽，其拥有承上启下的功能，包含有通信模块以及控制模块，通过通信控制层能够实现站控层和间隔层信息相互交流，确保分散电气监控系统能够实时的和DCS系统以及调度中心进行信息互换。间隔层之中包含有保护设备以及测控设备，可以对各种电气设备进行有效的保护、测试以及监控等，利用现场总线以及以太网等信息通信手段，完成和通信控制层之间信息的交流。

3 总线连接方式和冗余方案

1）总线连接方式

总线连接方式包含有单主控单元总线连接方式以及双主控单元总线，其连接见图2。

图2 总线连接方式

采用总线连接方式能够有效的减少电缆长度，更加的便于布线，而且总线的结构也较为简单，属于无源元件，系统运行过程中更为可靠，而且系统拥有较强的可扩展性能，要想增加节点，只需从总线中的任一节点位置接入便可。但是，采用此种接线方式在进行系统故障诊断以及系统故障隔离时存在相对大的困难。

2）冗余方案

确保主控单元work和backup间能够实现实时的通信，使得两者之间数据信息能够保持一致。当系统处于正常的工作状态情况下，仅仅主控单元work通道进行上送报文操作，不过主机以及备机间能够保持数据的一致与同步。冗余模式见图3。

图3 冗余模式

所构建的冗余模式中，主机以及备机均接受系统输入的相关数据信息，不过备机不会对输入的数据进一步处理，仅仅是确保数据能够和主机之间同步。主机不仅拥有相应的应用功能，并且也会按照事先设定的时间及时向备机输送自身工作状态相关信息，要是备机在特定时间段之内未能接受到相关信息，便认定为主机发生故障，或者时在主机发出的信息之中，备机判断出主机发生故障，这种情况下，主机与备机便会进行切换。

4 一体化应用过程中需要解决的重点问题

1）电气监控系统和DCS系统之间的接口问题

应用CSPA-2000系统时，实现与DCS系统之间通信能够采取两种不同的方式，其一利用分散电气监控系统中站控层转发工作站和DCS系统中的站级通信网关实现通信，这些数据之中含有DCS系统控制过程中所需的大部分数据信息，进行通讯接口的选择时能够选用以太网或者是选用RS-485接口，相关规约可以采用OPC规约或者Modbus规约，此种通信方式仅仅是分散电气监控系统向DCS系统转发一些实时的监控数据信息，并不能实现数据信息的双向传输。还有一种信息传输方式便是利用分散电气监控系统中的控制层主控单元直接和DCS系统中DPU单元进行连接，可以使用RS-485作为通信方式，或者通过以太网方式完成通信，此种通信方式能够实现数据信息的双向交流。

2）一体化控制中时钟对时的问题

在一体化控制系统之中，要确保两个系统中各个数据的时间标识要保持一致，也就是应当确保不同系统中的时钟要能够同步。依照电厂之中监控系统相关要求，通常系统中时钟的同步精度应当控制在20 ms之内。不过，要是采用以太网信息传输方式，因为在信息传输的过程中，所发生的延时具有较强不确定性，一般情况下对时精度只可以控制在150 ms之内，无法达到系统对于时钟同步精度的相关要求。针对这一问题，能够将两个系统均和GPS卫星的同步时钟进行对时操作，这样可以确保时钟对时的精度进一步提升，从而达到系统正常运行的要求。

5 结语

现阶段，在发电厂的控制系统之中，因为热工控制系统和电气控监控系统的发展呈现不同步状态，导致电厂的自动化控制工作受到严重影响。将总线控制方式以及以太网通信方式相互结合，应用到热工控制系统和电气监控系统的一体化控制过程中，能够更好地满足系统实时通信需求，而且经过实践应用证明，此种一体化方式拥有良好的控制效果。