現場總線技術在大型火電機組主輔控系統中的應用探討

摘 要：結合神華勝利電廠2×600MW超臨界機組主輔控系統的工程實例，介紹了現場總線技術的應用進程。同時對采用現場總線系統實現大型火電機組主輔機控制的方案做了簡單介紹。

關鍵詞：現場總線；超臨界；設備管理；DCS

0 前 言

目前廣泛用于火力發電廠過程控制的系統是分散控制系統（DCS）和可編程控制器（PLC）。80年代末至今，DCS以其先進的技術、豐富的控制功能、友好的人機界面等優勢，逐步占領了火電廠機、爐、電主控領域，而PLC則由于其邏輯處理功能強、境適應性好、環系統獨立性強、采購成本較低等特點，成為電廠輔助生產系統（水、煤、灰）和機組輔助系統（吹灰、空壓機等）的首選控制系統。

80年代末期開始發展起來的現場總線技術和產品，以及由此組成的控制系統——現場總線控制系統（FCS，Field Control System），引發了自動控制領域的革命。開放的、全數字化和雙向多站的通訊網絡，與多功能的智能化現場數字儀表是FCS的主要特征，它將使自動控制系統的效能產生巨大的飛躍。

1 FCS應用情況介紹

全面信息化和多層次的自動化是今后發電企業發展的方向，建立數字化電廠是必由之路，而現場總線系統是數字化電廠的基礎。

近兩年各大發電集團都十分關注電廠熱控自動化新技術的應用和由此產生的巨大效益。華能玉環電廠、國華寧海電廠二期、山東鄒縣二期工程、江蘇望亭聯合循環發電廠、江陰夏港電廠、廣東南海石油化工汽電聯產工程、陜西楊凌熱電廠、山東龍口電廠、廣安電廠、山西平朔電廠、山西漳山電廠等在電廠外圍輔助系統中成功實現了現場總線技術的全面應用，并在較短時間內完成了安裝、調試，并很快投入穩定可靠運行。大量的工程項目的順利實施，證明現場總線在電廠輔助生產控制系統中應用是完全可行的。

根據墨西哥Mazatlan電廠的報導，首臺應用現場總線控制系統的1號單元機組（158 MW）在1997年3月17日投入運行，曾連續運行12個月無故障、無維護，改善了鍋爐動態的相應特性，與分散控制系統（DCS）和可編程控制器（PLC）相比投資節省了45％，安裝調試時間縮短到3周。由于1號單元機組的改造獲得成功，該廠緊接著進行了2號單元機組（158 MW）的改造，2號單元機組于1998年2月14日投入運行。同1號單元機組一樣，這次改造十分成功，不但投資進一步節省，達到了50％，而且安裝調試時間縮短到1周。

德國尼德豪森（Niederaussem）電廠較全面地使用了現場總線。該廠采用了PROFIBUS-DP和HART-BUS兩種現場總線。整個系統包括900臺馬達、400個電磁閥、1000個閥門定位器和電動執行機構，這些智能設備均通過PROFIBUS-DP與DPU相連。通過采用PROFIBUS現場總線系統真正實現了全廠監控，提供更加完善有效的設備診斷功能，實現現場設備的遠程編程和維護，實現了全廠數據的集中管理，使設備的狀態檢修成為可能，提供更多的設備信息使操作和維護得到優化。

墨西哥Mazatlan電廠、德國尼德豪森電廠K機組PROFIBUS現場總線和近期上海賽科工程FF現場總線的全面成功應用，大大激發了國內各發電集團公司和設計院應用現場總線的積極性華能國際為了在國內電站發電新技術的應用上處于領先地位，著眼于領導先進技術潮流、合理控制工程造價、全面提升電廠自動化水平，在南京金陵電廠2×1000 MW機組、九臺電廠2×600MW機組的設計中已經把現場總線技術全面應用于機組控制中。

中國神華能源股份公司希望將神華勝利電廠一期工程（2×660MW機組）做為試點單位，在主輔機控制系統中全面選用現場總線技術，總線其控制規模遠大于國內外其他應用現場總線技術的電廠。

2 神華勝利電廠應用FCS介紹

神華勝利電廠位于內蒙錫林浩特。規劃容量為8臺600MW機組，一期工程建設2×600 MW機組。由于現場總線技術的先進性可以大量節省投資和提高機組運行維護水平，神華集團決定在神華勝利電廠主輔控系統中全面選用現場總線系統，其中總線選用范圍和規模為當前國內最大規模的工程應用。

2.1 現場總線在神華勝利電廠的應用原則

（1）影響機組安全運行的主機和主要輔機的保護不納入現場總線，如:

鍋爐安全監視系統（FSSS）；

汽機數字電液控制系統（DEH）；

汽輪機緊急跳閘系統（ETS）；

旁路控制系統（BPS）；

事故順序記錄（SOE）。

（2）用于聯鎖保護的開關型氣動閥門、電磁閥，不納入現場總線。

（3）國產電動門因現場總線接口不完善，且缺乏相應的測試和應用實踐，不納入現場總線。

（4）開關量儀表，如壓力開關、液位開關、溫度開關等不納入現場總線。

（5）對于調節型氣動執行機構，用于非重要調節回路的，納入現場總線，下列重要回路，采用常規硬接線＋HART:給水、汽溫、送、引風、磨煤機。

（6）對于調節型電動執行機構，用于非重要調節回路的，納入現場總線，用于重要回路（給水、汽溫、送、引風）的，采用硬接線＋現場總線。

（7）對于開關型閥門電動裝置，用于非重要系統的，納入現場總線；用于重要系統的，通過現場總線完成正常控制功能（或僅采集信息）保護、聯鎖功能通過DCS硬接線完成。

（8）主機/輔機保護和重要聯鎖的信號保留硬接線。

（9）380V電動機采用現場總線，6kV電動機也納入現場總線。

（10）主機/輔機的溫度測點，采用遠程I/O。

（11）僅用于監視的測量信號，采用現場總線。

（12）廠用電電源系統采用現場總線。

（13）閉環控制功能和功能組順序控制邏輯在控制器中完成。

（14）空冷島變頻器在采用特殊的干擾隔離措施后也采用現場總線。

2.2 現場總線在神華勝利電廠的初步方案

（1）主控系統應用方案

神華勝利電廠主控系統包括數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、旁路控制系統（BPC）、順序控制系統（SCS）、鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）、汽輪機數字電液控制系統（DEH）、給水泵汽輪機數字電液控制系統（MEH）、電氣控制系統（ECX）等各項控制功能，對機組安全運行至關重要，而且實時性、可靠性要求最高。采用國外著名品牌的、具有現場總線技術工程業績的DCS/FCS,可保證現場總線控制系統能如期、可靠地投入運行，最大限度地降低工程風險。

（2）輔控系統應用方案

在神華勝利電廠輔助控制系統——鍋爐補給水、外水網、凝結水、燃料網、灰/渣網及脫硫控制應用現場總線控制系統。采用快速工業以太網連接鍋爐補給水、外水網、凝結水、燃料網、灰/渣網和脫硫控制系統，輔控室集中監控。在輔控監控網采用的是成熟的網絡、監控技術，系統結構為：全廠外圍各個控制系統先匯集到各自的子網，然后子網再接人全廠輔網的核心交換機，整個輔控網絡由冗余的雙星型結構構成。輔網中心配置了數據服務器、SIS接口服務器、仿真接口服務器和操作員站/工程師站等設備，以滿足電廠全廠輔控的要求。

3 結束語

雖然神華勝利電廠在電廠主輔系統全面應用現場總線還處在設計和招標階段，但是，合理規劃電廠的自動化和信息化架構，降低工程造價、提高電廠自動化和信息管理水平，以實事求是和積極的科學態度應對新技術帶來的機遇與挑戰應該是從事電力建設人員需具備的良好職業素質和技術素養。現場總線技術已基本成熟，應抓住當前大好的電力建設機遇，認真學習、努力掌握現場總線技術、積極穩妥地解決工程應用中存在的問題，投資方、建設方以及設計院均要轉變觀念，同設備供應商一道推動現場總線技術在電廠的應用，受享新技術革命帶來的效益和成果。神華勝利電廠在主輔系統全面應用現場總線技術必將給火電廠安全經濟運行及提高管理水平、建設信息化的電廠帶來實實在在的效益。

參考文獻:

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