任 果

（四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都610016）

0 引言

由四川电力设计咨询有限责任公司设计的多个135 MW电厂在厂用电监控方面一直采用单元机组电气设备纳入机组分散式控制系统（DCS）监控，对输煤、电除尘、综合水泵房等辅助厂房变压器，其高压侧纳入DCS控制，低压侧采用就地控制，事故信号送至DCS的方式。但是随着电气智能设备的广泛使用，上述方式已逐步不适应高等级运行管理的需要。300 MW及以上机组在电气系统控制方面大多采用DCS与FECS相结合的方式。目前，国内火电机组大多采用机炉电集中控制方式，电气与热控共用一套微机分散控制系统，实现炉、机、电一体化控制。机组的主要电气设备均采用DCS监视和控制，并以CRT／KB作为电气设备的监视和控制中心。由DCS监视和控制的电气元件主要有：发电机—变压器组；发电机励磁系统；高压厂用工作变压器；高压备用变压器；低压厂用工作变压器等低压变压器、输煤电源；380／220 V保安电源；柴油发电机组；全厂公用水泵；UPS装置等。同时，DCS分单元机组控制系统和公用控制系统，单元机组控制系统和公用控制系统各有一套处理器用于电气设备的监控，通过网络通讯实现在机组DCS中对公用设备的监控。为提高电气专业的自动化水平，建立广泛的信息共享技术，务必形成一个具有多用途的自动化功能的在线监控测量管理系统。因此，以现场总线技术为基础的FECS逐渐走入前端，成为主流配置。

1 FECS概述

1.1 监控范围

单元机组电气设备监控范围主要包括：发电机—变压器组；高压厂用工作及备用电源；高压厂用公用及备用电源；主厂房内低压厂用电源；辅助车间低压厂用电源；PC至MCC馈线；保安电源；直流系统（仅监测）；交流不停电电源（仅监测）；主厂房内高压厂用电气设备；主厂房及辅助厂房低压动力中心电气设备；机组其他智能设备，如励磁、同期、柴油机、直流、UPS、保护、测控等。

对于FECS采集的电气系统管理信息，比如保护装置设置的整定值、设备故障时产生的电流、电压波形等数据，可以通过独立的通信接口送入SIS和MIS作分析处理。

1.2 网络组成

电气监控系统的控制总体来说还是一个分层分布式计算机系统，分层式系统构成和分散式设备布置。网络组成主要有主站层、子站层（主控单元层）和间隔层这3层；连接网络为双100 M以太网将主站层和与子站层连接，以及将子站层和间隔层连接成现场总线网。间隔层设备按照分布原则配置，根据一次电气设备间隔分布配置。通信子站层（主控单元层）向上与主站层设备通讯，向下与间隔层设备通讯。一般来说，系统服务器、工程师站、网络交换机和负责与DCS及SIS通信的通信服务器均为双冗余的；安装在电气配电室的通信机和电气继电器室的多串口服务器构成了监控系统的子站层；最后的间隔层设备主要有智能测控装置、马达控制器、智能仪表和其他一些综合保护测控装置等。

1.3 系统功能

FECS主要有以下功能：

（1）实时数据采集与处理；

（2）控制操作；

（3）事件顺序记录及事故追忆；

（4）画面生成及显示；

（5）运行管理功能（专家系统）；

（6）设备管理；

（7）在线计算及制表；

（8）防误操作闭锁；

（9）时钟同步；

（10）系统自诊断和自恢复；

（11）人—机接口；

（12）与其他装置的通信。

2 FECS中的现场总线技术

2.1 现场总线技术现状

纵观国内大型火电机组的情况，电气监控现场总线运用时间不长，尚未有成套的规程规范，在总线技术硬件、软件配置或者相关标准的选取上还处在百花齐放、百家争鸣的阶段。目前国际上研发出的总线种类繁多，除了满足IEC61158现场总线国际标准的主流现场总线产品以外，还有大量的非主流现场总线产品，IEC现场总线国际标准IEC61158将其分为8种类型：

（1）IEC技术报告（即FF H1）；

（2）Control Net（美国 ROCK WELL公司支持）；

（3）Pr ofibus（德国SIEMENS公司支持）；

（4）P－Net（丹麦PROCESS DATA公司支持）；

（5）FF HSE（即原 FF H2，美国FISHER ROSEMOUNT公司支持）；

（6）Swiff Net（美国BOEING公司支持）；

（7）World FIP（法国 ALSTOM 公司支持）；

（8）Inter bus（德国Phoenix Contact公司支持）。

上述几类总线标准的选取原则主要是拟控制元素的要求和特征，选择的标准应能适应管理需要。

2.2 总线系统优势

总线系统具有以下优势：

（1）数值精确；

（2）数据内容丰富；

（3）接线简单；

（4）设备管理及维护方便。

这些优势使机组系统在过程控制、生产状态的运行监视、安装工作及后期维护管理方面的成本得到节约，更加促进了其自身的发展。

2.3 现场总线在火电机组FECS中的应用

目前，对于火力发电系统来说，控制对象的要求和特征主要是指其在对应工艺流程中的特点，归纳起来主要有：

（1）传输距离。针对大型发电机组，厂区较大、系统多、传输距离长，这是其典型特点。

（2）点位数量。国内600 MW以上发电机组，厂用系统控制点数量可达近500个，实时数据传输量大。

（3）响应速度。厂用监控系统主要针对实时数据进行处理，快速响应成为判断性能的重要指标，对总线技术的相关要求较高。

（4）控制方式。厂用系统在控制与监视数据上区别明显，数字和模拟信号作用不同，相对应的过程处理方式也不一样。

（5）环境要求。电气电子设备对外部环境、噪音、粉尘污染及电磁影响方面要求较高。

根据国内各厂用电控制系统智能设备厂商所能提供产品的情况，结合上述系统主要特点，以下重点推荐4类实际应用到火电机组的总线技术：

2.3.1 Profibus－DP

Profibus现场总线技术主要包含DP和PA 2种通信方式，而DP技术由于其高速低成本的优点，是使用最频繁的通信规约。另外，由于机组厂用系统在分层监控系统与分散I／O之间的联系十分重要，已可以逐渐取代4～20 mA信号传输。

2.3.2 CAN总线

CAN总线有自己的国际标准ISO11898，除了其成本低廉、可靠性高、通信距离及传输速度较好等优点外，较强的抗干扰性及检错效果也是其被优先选用的主要原因。

2.3.3 Lon Wor ks总线

从层次覆盖面及参考模型上来说，Lon Wor ks是独一无二的现场总线技术。同时，和CAN总线相比，其具有可互操作性和系统扩展性。

2.3.4 工业以太网

近几年，以太网技术正快速渗透到厂用自动控制中，具有成本低、速度快、容量大、硬件资源和软件资源丰富等特点，在工业自动化市场上的占有率逐年增加，且已经在电厂自动化系统中的站控层得到广泛应用。

3 FECS的应用实例

近年来，随着设备和技术的快速发展，火力发电机组FECS的应用已逐渐成为主流设计。在辅助车间上应用较好的电厂，有玉环电厂的工业水处理系统、化水系统等；九台电厂的辅助系统包含水、煤、灰等。在机炉主系统中使用现场总线技术的有三河电厂的热力网系统、金陵电厂的50%仪表控制系统等。

4 结语

随着微机和通讯技术的发展，FECS采用智能化前端设备现场总线的监控方式己成为最主要的发展方向，我们在今后各工程设计中还要不断实践、总结并助推其发展。

［1］韩玮，李竣，刘文，等.中、低压电气智能终端设备在火力发电厂的应用［J］.电力自动化设备，2006（10）

［2］陈倩茵.厂用电监控系统在火电厂的应用［J］.电力自动化设备，2005（3）

［3］吴泽生，吴艳萍.数字化电气监控管理系统的探讨［J］.电力自动化设备，2004（1）