电气设备采用总线控制方式分析

电气设备采用总线控制方式分析为了真正实现火电厂数字化和信息化，逐步推行现场总线技术与DCS系统的集成是火电厂工业控制及自动化水平发展的趋势。随着电气智能自动化的发展，电气设备及系统完全能够实现总线控制，一般情况下电气就地智能设备通过现场总线方式接入电气厂用电监控系统的主控单元，经过前置层主控单元经协议转换后与DCS电气系统进行通讯，电气厂用电系统中的6kV开关柜、6KV电动机、380VPC各段电源馈线、380V低压电动机各个控制回路的I/O控制信息，测量量等，经由各个回路的微机保护测控装置通过现场总线方式进入电气主控单元，经过协议转换后与DCS系统电气处理单元进行通讯，使得在DCS控制器所看到的从现场总线传输来的信息如同来自一个传统的DCS设备卡一样，这样便实现了在I/O总线上的现场总线技术集成。根据6kV电动机在系统中的重要性保留重要的硬接线接口（如启停信号），保留紧急情况下的后备手段。因此在我们工程上应该在电气系统上有针对性的采用总线控制方式，尤其对一些智能电气系统。下面从两个方面对电气设备采用总线控制方式进行分析，为我们将来采用总线控制做好充分准备一.安全性为适应现场总线技术的发展趋势，世界上各电气制造商纷纷推出智能化电气前端产品。国外的ABB、Siemens（SIPROTEC系统）、ALSTOM等均有产品；国内的北京四方、东大金智、丹东华通、苏州智能、南瑞继保等也有产品。这些智能化的前端产品为利用通讯技术构成现场总线网络创造了条件，另外这些电气智能系统在实际应用中也得到了认可。由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强:减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。火力发电厂厂用电系统按其监控对象可以分为电气部分和工艺部分。其中电气部分又可以分为主厂房电源系统和辅助厂房电源系统。主厂房电源系统包括高压厂用电源，含高压厂用工作变压器、高压起动／备用变压器、6kV工作段等；低压厂用电源，含低压厂用工作变压器、低压公用变压器、低压检修照明变压器、保安段系统、380VPC和MCC等；还有这些厂用电源的辅助装置，包括厂用电源快切装置、备用电源自动投入装置、同期装置、综合保护装置等。辅助厂房电源系统主要是辅助厂房公用6kV段、煤灰变、化水及水工变、翻车机变、厂前区变、辅助厂房380VPC和MCC等。工艺部分主要是指各类电动机，包括高压电动机和低压电动机。在总线系统方案中，小型电动机采用“全通信”监控方式进DCS系统，大型电动机及其它电气设备采用“通信＋硬接线后备”监控方式。由于现场总线系统与DCS系统进行了网络互联，实现了信息共享，避免了信息重复采集，减少了设备和电缆成本及运行维护费用。对于小型电机及电动执行器，由于已经有总线型马达控制器（如西门子的SIMCODE）产品，而且在很多厂已经在应用,可以不通过主控单元处理直接与DCS通讯，实现设备与DCS间的全通讯。大型电动机采用“全通信＋硬接线后备”监控方式，这里的大型电动机是指高压电动机及低压电动机中容量超过75kW的电动机。大型电动机的保护、测量、计量由综合型保护装置完成，回路的电流、电度量、跳合闸线圈状态、保护动作及预报信号由综合型保护装置以通信方式上传至现场总线，经主控单元汇总后，一并传入相应的DCS系统中DPU通信接口。作为后备手段电动机断路器的控制指令及参与连锁所需要的位置状态经硬接线送至DCS系统的DO、DI卡件。低压电动机中容量超过100kW的回路，采用智能型断路器（或采用普通断路器加配多功能测控装置），保护、测量、计量由智能脱扣器（或多功能测控装置）完成，取消电流变送器、电流表、电度表，回路的电流、电度量、保护动作及预报信号由智能脱扣器（或多功能测控装置）以通信方式上传至现场总线，经主控单元汇总后，一并传入相应的DCS系统中DPU通信接口。作为后备手段断路器的控制指令及参与连锁所需要的位置状态经硬接线送至DCS系统的DO、DI卡件。另外随着电气技术的发展，6KV综保装置也具备现场总线功能，因此可以不通过电气主控单元，利用现场总线直接与DCS通讯，考虑到6KV设备的重要性，必须保留后备手段。下面图为电气实现数字化信号传输的标准设计，其中主控单元为实现电气信号和DCS间信号转换和发送处理单元。由于综保装置与DCS能够通过现场总线进行全通讯，可以取消主控单元。对于电气6KV综保装置，由于其重要性以及大量的信息，不适宜全通讯，必须有后备手段。冗余系统服务器卫星GPS接收装置图3ECMS单台机组典型方案维护工程师站/操作员站间隔层通信控制层站控层以太网1以太网2其他智能装置（发变组保护等）RS485…主控单元CSN-031E6kV综保装置主控单元CSN-031E现场总线380V综保装置主控单元CSN-031E现场总线采用现场总线控制方式的应用实例主要有以下：1.云南宣威电厂六期工程1X300MW机组:采用北京四方公司的6kV、380V综保测控装置，DCS采用美国上仪MAX-1000DCS系列，6kV、380V综保测控装置等间隔层设备与站控层通讯管理机之间采用LONworks总线方式,冗余双通道,通讯管理机与DCS的分散控制器(DPU)之间的通讯,则采用RS232通讯方式,双通道冗余配置。2.云南昆明第二热电厂2X300MW一期机组:采用东大金智公司的6kV、380V综保测控装置，DCS采用上海自动化仪表有限公司的产品，6kV、380V综保测控装置等间隔层设备与站控层通讯管理机之间采用以太网方式通讯,单通道,通讯管理机与DCS的分散控制器(DPU)之间的通讯,则采用RS485通讯方式,双通道冗余配置。3.山西风陵渡2*600MW机组发电厂全通讯（保留电动机启、停硬接线）4.山西平朔2*300MW机组发电厂全通讯（保留电动机启、停硬接线）5.山西大唐国际云岗热电有限公司2×300MW#3机ECS（保留电动机启、停硬接线）二．经济型减少了现场布线及投资，由于取消电流变送器、电流表、电度表，减少了硬件由于全部取消了厂用电6KV、380V开关柜至DCS的硬接线，大幅度减少了DCS系统的I/O卡件、减少大部分电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也减少了设计、安装和维护的工作量等，节省了大量的投资。由于取消了6KV、380V开关柜至DCS的硬接线，对于发电厂整体造价的降低有较大的影响。对于增加的电气主控单元，首先是数量不需要很多，一个主控单元处理能力一般是能带60左右综保装置，所有我们只需要一主一备两台主控单元，每台主控单元价格在3万元左右，不会增加太多费用。另外对于总线型综保装置，随着电气自动化的发展，常规综保装置已经被淘汰，现在的综保装置都是智能总线型的，因次从这部分来讲，不会增加费用。云南宣威电厂六期采用全通讯的一体化现场总线方案，不但机组的自动化水平得到了整体性的提高，比较前面投产的五期工程，节约总投资约300万元，信息量是五期工程的两倍，电缆量减少约23%。昆明第二热电厂较同类型机组节约投资约300万元，信息量是同类工程的两倍，电缆量减少约20%。综上所述，采用现场总线方式的厂用电监测管理系统，不仅能节约大量的投资，也能使全厂的电气控制的自动化程度和管理水平提高到一个更高的层次，同时为实现电厂数字化奠定了坚实的基础。采用全通讯的厂用电监测管理系统则是一种全新的技术方案，依赖于先进的现场总线技术，是今后电厂电气部分自动化控制的一种趋势,目前阶段在本工程厂用电系统监控采用全总线方案从技术上是完全可行的。