火电厂工程中应用的ECS介绍 淦田火电厂工程

来源:文库题库 发布时间:2019-03-20 07:39:11 点击:

  1、引宫      从21世纪末,单机容量600MW及以上的火电机组采用成熟的集散控制系统(DCS),形成了数据采集、模拟量控制、顺序控制、燃烧器管理四大协调系统。而电气系统采用了微机化的继电保护、自动同期、厂用电快切等装置,但自动化水平一直处于单打独斗的局面。从发电机一变压器组、厂用电系统陆续纳入DCS后,实现用DCS技术提高厂用电气自动化水平,还存在着一些困难。
  近年来,以现场总线、工业以太网为代表的网络通信技术在变电站综合自动化系统的成功应用,引发了多种火电厂厂用电气监控系统(Electric Control System,ECS)即ECS方案,解决方案可归结为三类,即硬接线方式、硬接线+通信方式和全通信方式。
  
  2、HCS的设计、应用与比较
  
  1.硬接线方式(原有DCS系统的扩展)
  硬接线方式电气信息通过硬接线接入DCS,接入信息主要包括开关量输入(DI)、开关量输出(DO)和模拟量输入(AI),接入方式为空接点和4nA-20mAK流信号。
  采用硬接线方式后,通过DCS的CRT实现了电气相关信息的显示报警与电气设备的控制调节,有效提高了整个电气控制的安全性和可靠性,同时扩大了DCS的控制范围,实现了机炉电系统的一体化运行和监控。
  硬接线方式的优点是:电气量的10模件柜集中布置,便于管理,设备运行环境好;信号传输中转环节少,对现场信号的反应快速、可靠,连接电缆一次敷设正确后,发生故障的概率较低,维护工作量小。硬接线方式虽然一次性投资较高,但目前大部分电厂、设计院仍认为它是电气信息接人DCS的最可靠、快速的方式。因此,目前对可靠性、实时性和确定性要求很高的电气联锁与控制,仍然保留了硬接线方式。
  
  2、硬接线+通信方式
  
  硬接线+通信方式的ECS克服硬接线方式的不足,特别是对于接入DCS用于监测功能的信息,考虑采用通信方式部分取代硬接线,以现场总线、工业以太网为代表的网络通信技术为基础。一般采用分层分布体系结构,系统分为站控层、通信层和间隔层3层:
  站控层一般采用客户服务器的分布式结构,由服务器、操作员工作站、维护工作站和通信网关等组成,构成电气系统监控、管理和与DCS、管理信息系统(MIS)、监控信息系统(sIs)等自动化系统互联的中心,虽然电气系统的大量信息通过通信方式接入DCS,但主要用于监控功能。通过ECS的站控层相对独立地实现对电气系统的监控,不仅提供了DCS的后备控制手段,还通过对大量基础信息的分析处理,实现了诸如事故追忆、保护定值管理、录波分析等复杂的电气维护和管理工作,为电气系统的运行、维护和管理提供了专用的平台,这是ECS的重要价值之一。
  通信层一般以通信管理机为核心,对信息起到分组和上传下达的作用,通过100Mbit/s以太网接入站控层的实时主干网,厂用电综保装置通过RS-485或现场总线接入通信管理机,对于除厂用电综保装置外的第三方智能电气设备,例如发变组保护、启备变保护、励磁系统、同期装置、厂用电快切装置和直流系统等,一般通过通信管理机实现通信接口和协议格式的转换,从而实现完整的电气系统联网。同时,通信管理机可经串行接口与机组DCS的分布式处理单元(DPU)相连,进行信息交换。目前,ECSaOCS的通信可通过站控层的通信网关和通信层的通信管理机二种方式实现。通信网关一般采用lOOMbit/s以太网,信息吞吐量大,但需要DCS开发专门的软件模块,受DCS的开放性限制较大,通信管理机与DPU之间一般采用RS-485接口、ModbuS协议通信,相对简单易行,同时也为电气信息参与工艺联锁提供了可能,因而得到了广泛应用。
  间隔层包括分散安装的厂用电综保装置(例如电动机保护测控装置、低压变压器保护测控装置等)、380V电动机控制器、发变组保护、厂用电快切装置等智能电气设备,完成对电气系统现场信息的采集、保护、控制和数据通信等功能。硬接线+通信方式的ECS把网络化的应用引入火电厂电气系统,也使DCS中电气信息的接入模式发生了很大的变化,电压、电流、功率、电量和保护动作信号等大量信息通过通信方式接人DCS,与工艺联锁和控制相关的开关量输入输出还保留硬接线,甚至只保留与热工联锁相关的电动机回路的硬接线,厂用电源回路的控制也通过通信接口实现。这种方式为电厂的电气运行和维护提供了,新的平台,为采用新型的系统维护方式和企业管理模式提供了可能,
  
  3、全通信方式
  
  全通信系统中,通信管理机按电厂工艺过程配置,参与工艺联锁控制的通信管理机与相应的DPU一对一进行通信,由于每个工艺过程的电动机综保装置数量较少,因而通信实时性较高,完全可以满足电厂工艺联锁控制的要求。对于不参与工艺联锁的电气信息,通过ECS站控层的通信网关接入DCS。通过这种方式,电气系统的控制和联锁全部通过网络通信实现,实时性与硬接线虽有一定的差距,但都能满足技术要求,在向全通信目标的过渡过程中,是一种大胆而有益的尝试。
  总的来讲,硬接线方式仍是固守DCS的领域扩展,造成控制接线复杂化,投资过大,全通信方式是未来ECS接入DCS的发展方向;硬接线+通信方式应用实践较多的折中的过渡方案,其特点是:厂用电气自动化设备通过现场总线联网;电气系统与DCS间采用通信加部分硬接线方式进行联系以减少电缆数量,简化控制系统的接线方式;建立电气后台系统,规划并逐步开发各种应用软件,提升了电气系统自动化水平。
  
  3、应用结论与未来展望
  
  随着硬接线+通信方式的ECS系统在火电厂应用的大面积铺开,针对在实际应用中出现的问题,一方面,需要ECS厂家切实根据用户需求提供先进的技术、可靠的产品和完善的服务,并且能持续不断地改进和创新,特别是提高网络通信的可靠性和实时性、提供丰富完善的电气维护和管理功能;另一方面,需要广大电厂、设计院和DCS厂家以更加坚定的信心和开放的心态来接纳ECS,各方密切配合,从真正为电厂用户提供服务的角度出发,做好ECS和DCS的互联规划和实施工作,DCSK厂家应从软硬件配置上满足异构系统互联的开放性、实时性和灵活性要求。相信在不久的将来,通信速度和系统可靠性将完全得到保证,厂用电气系统的控制完垒由垒通信方式实现,彻底取代硬接线形式,真正提升电气系统自动化水平。

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