超超臨界火電機組新建工程現(xiàn)場總線設備配置規(guī)劃

葉智　瞿麗莉　張幸福

摘 要：隨著智能化火電廠建設的不斷推進，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)作為實現(xiàn)智能化電廠建設的必要條件，其在新建火電廠機組的應用范圍也從初期的局部輔控系統(tǒng)逐步發(fā)展到主控系統(tǒng)和輔控系統(tǒng)的全場一體化應用，現(xiàn)場總線設備的配置規(guī)劃需要綜合技術創(chuàng)新和技術風險進行考慮，本文從新建火電廠主控系統(tǒng)與公用系統(tǒng)及輔控系統(tǒng)兩個層面提出了現(xiàn)場總線設備的規(guī)劃原則。

關鍵詞：智能化火電廠；新建火電機組；現(xiàn)場總線設備；配置規(guī)劃

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.190

0 引言

工廠自動化技術在現(xiàn)代通信技術、計算機網絡技術、自動化技術的推動下已發(fā)展到第3代—現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，簡稱FCS）階段，F(xiàn)CS系統(tǒng)的出現(xiàn)代表了工業(yè)自動控制系統(tǒng)一個新時期的開始[1]。截至2016年底，全國火電裝機105388萬千瓦，為各種先進新型控制系統(tǒng)的廣泛應用提供了可能，尤其是隨著環(huán)保及節(jié)能減排、競價上網等政策的不斷深入推進，火電廠控制系統(tǒng)將向更高性能的安全、可靠、高效、智能目標發(fā)展[2]，這同時也推動了智能化火電廠的建設，從而推動了現(xiàn)場總線系統(tǒng)和現(xiàn)場總線設備在火電廠的應用，為綜合考慮技術創(chuàng)新和技術風險，有必要針對總線設備在新建火電機組的主控系統(tǒng)及2公用系統(tǒng)與輔控系統(tǒng)上的應用提出合理配置規(guī)劃。

1 主控系統(tǒng)現(xiàn)場總線設備規(guī)劃原則

考慮到超超臨界火電機組控制系統(tǒng)的大容量和高參數等技術特點和要求，應以技術成熟且應用廣泛的分散控制系統(tǒng)（DCS）為基本系統(tǒng)，無縫嵌入現(xiàn)場總線網絡通信模件，形成現(xiàn)場總線的各級網絡，連接現(xiàn)場總線儀表、設備，實現(xiàn)數據采集、控制和設備驅動。應采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息處理、設備診斷和設備管理軟件，充分發(fā)揮FCS的技術優(yōu)越性。需要統(tǒng)籌考慮工程風險和技術創(chuàng)新二者的綜合效益，提出以下配置原則：

（1）對鍋爐、汽機本身的運行安全有重大影響的系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制方式的安全穩(wěn)定性略低于傳統(tǒng)方式，故仍采用傳統(tǒng)的DCS硬接線和I/O設備；

（2）SOE由于現(xiàn)場總線采集方式無法滿足快速實時性要求，故采用常規(guī)DCS采集方式；

（3）汽機數字電液控制系統(tǒng)（DEH），由于現(xiàn)場總線技術不支持，故采用常規(guī)控制方式；

（4）汽機本體緊急跳閘系統(tǒng)（ETS），由于現(xiàn)場總線技術不支持，故采用常規(guī)控制方式；

（5）汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)（TSI），由于現(xiàn)場總線技術不支持，故采用常規(guī)控制方式；

（6）給水泵汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)（MTSI），由于現(xiàn)場總線技術不支持，故采用常規(guī)控制方式；

（7）給水泵汽機緊急跳閘系統(tǒng)（METS）和給水泵汽機電液數字控制系統(tǒng)（MEH），由于現(xiàn)場總線技術不支持，故采用常規(guī)控制方式；

（8）引風機汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)（MTSI），由于現(xiàn)場總線技術不支持，故采用常規(guī)控制方式；

（9）引風機汽機緊急跳閘系統(tǒng)（IMETS）和引風機汽機電液數字控制系統(tǒng)（IMEH），由于現(xiàn)場總線技術不支持，故采用常規(guī)控制方式；

（10）主機潤滑油系統(tǒng)、盤車系統(tǒng)、高壓抗燃油系統(tǒng)、減溫水系統(tǒng)等，由于系統(tǒng)重要性跟環(huán)境溫度原因不易采用現(xiàn)場總線控制方式，故采用常規(guī)控制方式；

（11）等離子點火系統(tǒng)關系到機組安全性，故采用常規(guī)控制方式；

（12）所有開關量儀表，如壓力/差壓、液位、溫度等過程開關無設備管理的需求，故采用常規(guī)DCS采集方式；

（13）溫度信號由于無設備管理需求，故采用常規(guī)DCS采集方式；

（14）較為分散的開關型氣動執(zhí)行機構若采用現(xiàn)場總線技術會大幅度增加成本，且無設備管理需求，故采用常規(guī)控制方式；

（15）重要保護系統(tǒng)的變送器關系到機組安全性，故采用常規(guī)DCS采集方式，但要求儀表支持HART協(xié)議，以便實現(xiàn)遠程管理；

（16）用于重要保護回路的電動/氣動執(zhí)行機構關系到機組安全性，仍采用硬接線方式；

（17）機組分析儀表由于設備較為分散且數量較少，采用現(xiàn)場總線采集方式會大幅度增加成本，故采用常規(guī)采集方式；

（18）所有6kv電機及變頻器由于對現(xiàn)場總線通信的干擾較大，故采用常規(guī)DCS方式；

（19）對于系統(tǒng)安全性影響較小的380V電機采用FCS方式，采用國產馬達控制器，冗余型總線接口；

（20）鍋爐、汽機和公用控制系統(tǒng)中選擇部分子系統(tǒng)從儀表、電機驅動設備、執(zhí)行機構采用FCS（選取冗余通信口的總線設備），選用范圍可在高壓加熱器疏水、低壓加熱器疏水放汽、主汽/再熱汽、抽汽、輔汽、凝結水、開式水、廠內循環(huán)水、循環(huán)水泵房、汽動引風機汽機、油凈化、發(fā)電機氫油水、汽水、鍋爐吹灰、風煙、制粉、低溫省煤器、脫硫系統(tǒng)（機組）、脫硝SCR區(qū)、機組除灰、相對位置較集中的大小汽機疏水門等；

（21）FSSS中磨煤機系統(tǒng)電動執(zhí)行機構設備和信號可采用FCS；

（22）重要輔機（六大風機、磨煤機等）的400V油站電機不采用設備廠家自帶的設備，應由DCS統(tǒng)一控制，采用現(xiàn)場總線控制方式，其油箱加熱器也可采用現(xiàn)場總線；

（23）從現(xiàn)場直接采集的DAS信號全部采用FCS的儀表、設備；IDAS信號采用國產冗余Profibus-DP接口的遠程智能前端采集通訊至DCS的方式；

（24）鍋爐吹灰系統(tǒng)一體化電動門及壓力變送器采用現(xiàn)場總線控制方式，而吹灰器本體若采用現(xiàn)場總線方式需采購大量馬達控制裝置，大幅度增加成本，且吹灰器可管理的信息較少，故弊大于利，采用常規(guī)硬接線控制方式；

（25）脫硫、脫銷選用與主控DCS相同的控制系統(tǒng)硬件，部分設備考慮采用現(xiàn)場總線方式；

2 公用系統(tǒng)及輔控系統(tǒng)現(xiàn)場總線設備規(guī)劃原則endprint

在公用系統(tǒng)及輔控系統(tǒng)的現(xiàn)場總線設備規(guī)劃原則上，總體與主控系統(tǒng)現(xiàn)場總線設備規(guī)劃原則基本保持一致，針對不同現(xiàn)場總線設備類型，提出以下配置原則：

（1）由于公用系統(tǒng)及輔控系統(tǒng)不存在對鍋爐、汽機本身的運行安全有立即重大影響的系統(tǒng)，所以公用及輔控可大范圍的采用現(xiàn)場總線技術；

（2）溫度信號由于無設備管理需求，故采用常規(guī)DCS采集方式；

（3）所有開關量儀表，如壓力/差壓、液位、溫度等過程開關無設備管理的需求，故采用常規(guī)DCS采集方式；

（4）所有6kv電機及變頻器由于對現(xiàn)場總線通信的干擾較大，故采用常規(guī)DCS方式；

（5）公用及輔控與主機現(xiàn)場總線協(xié)議保持一致，可采用總線的設備包括壓力變送器、差壓變送器、流量變送器、流量計、超聲波液位計、雷達液位計、部分化學分析儀表、受控電機、電動執(zhí)行機構、閥島等，選用范圍可在空壓機、暖通空調、鍋爐補給水、取水泵房、凈化站、凝結水精處理、精處理再生、機組汽水取樣、加藥系統(tǒng)、生活污水、含煤廢水、灰?guī)?、含油廢水、脫硫廢水、公用除灰、公用脫硫等；

（6）所有現(xiàn)場總線型電動執(zhí)行機構均采用國產設備，由于公用及輔助車間無影響機組安全性設備，考慮造價等綜合性原因，采用單現(xiàn)場總線通信接口（已能滿足現(xiàn)場需求）；

（7）所有現(xiàn)場總線型智能變送器、液位計、電磁閥島、氣動定位器均采用成熟的進口產品（國產設備無成熟產品）；

（8）所有采用現(xiàn)場總線控制方式的電機，均配置國產智能型馬達控制器，冗余現(xiàn)場總線通信接口；

（9）凝結水精處理在線化學分析儀表均采用成熟的進口產品，鍋爐補給水和汽水取樣在線化學分析儀表中pH計和電導率由于造價原因且無過多設備管理信息故采用常規(guī)采集方式的國產儀表，其余設備采用成熟進口產品；

（10）生活污水、含煤廢水及含油廢水系統(tǒng)中電機由于采用現(xiàn)場總線控制方式，需配置馬達控制器，會大幅度增加造價，且系統(tǒng)中小型電機無過多管理信息，故采用常規(guī)控制方式；

（11）現(xiàn)場總線儀表和設備應選擇通過現(xiàn)場總線標準權威組織注冊認證且在工業(yè)控制中有應用業(yè)績的產品；

（12）采用現(xiàn)場總線儀表和設備的診斷、管理軟件，對FCS網絡、設備進行診斷和管理。

3 結語

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)作為新一代控制系統(tǒng)，突破了常規(guī)DCS系統(tǒng)采用專用通信網絡的局限性，采用基于公開化和標準化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷[3]。隨著智能化電廠建設不斷推進，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)作為智能化火電廠建設的必要條件也就推動了現(xiàn)場總線設備在新建火電廠的應用。目前火電廠工程技術員對現(xiàn)場總線技術的了解與掌握程度還處在初級階段，所以在工程應用上要統(tǒng)籌考慮技術風險與技術創(chuàng)新兩個方面，總結歸納其在主控系統(tǒng)和公用系統(tǒng)及輔控系統(tǒng)上的應用范圍和配置原則，從而充分發(fā)揮利用現(xiàn)場總線設備的技術優(yōu)勢。

參考文獻：

[1]侯維巖，費敏銳編著.PROFIBUS協(xié)議分析和系統(tǒng)應用[M].清華大學出版社，2006（12）.

[2]楊新民，肖勇等.火電廠監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].熱力發(fā)電，2014

（11）.

[3]凌志浩主編.DCS與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)[M].華東理工大學出版社，

2008（09）.

作者簡介：葉智（1975-），男，江西樂平人，碩士，高級工程師，研究方向：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)研究與開發(fā)。endprint