近年來, 隨著電力行業的技術進步及分散控制系統(DCS) 在電廠中的廣泛應用, 300MW及以上容量機組的熱工控制已全面采用分散控制系統(DCS),逐步形成了數據采集(DAS)、模擬量控制(MCS)、順序控制(SCS)、燃燒器管理(BMS)四大系統。但DCS 主要完成的是汽輪機、鍋爐的自動化過程控制, 對電氣部分的自動化結合較少,DCS 一般未充分考慮電氣設備的控制特點, 所以無論是功能上還是系統結構上, 與網絡微機監控系統相比在自動化程度、開放性等方面都有較大的差距。實施以現場總線技術為基礎電站電氣控制系統(ECS)，進而將該系統以相對獨立的單元實體模式最終納入DCS體系之中,充分利用FCS先進的全分散控制技術,提高電氣控制自動化水平和可靠性?？沙浞掷肍CS的徹底分散和數字信息現場化、智能設備自診斷等特點，使電氣防誤操作等功能實現更方便、更完備,并且將相關量的顯示報警與電氣設備的控制調節有機地結合起來,有效提高整個電氣控制的安全性和可靠性。

一、電站電氣控制系統的主要特點

電站ECS與熱工自動化在控制要求及運行過程中都有較大的區別,電站ECS的主要特點為:(1)電氣設備相對熱工設備而言控制對象少,操作頻率低,有的系統或設備運行正常時,時常幾個月或更長時間才操作1次;控制系統所實現的是順序控制, 即數字量控制, 模擬量信號僅作監視, 不參與系統邏輯控制 (2)電氣設備保護自動裝置要求可靠性高,動作速度快。如發變組保護動作速度要求在40ms以內,廠用電快切裝置快速切換時間一般小于60～80ms。 (3)300MW及以上機組一般每2臺機組共用1臺啟/備變,任一機組檢修都不能影響另一臺機組的正常運行。(4)電氣設備電氣系統的聯鎖邏輯較簡單,但電氣設備本身操作機構復雜。因此要求控制系統具有很高的可靠性。除了能實現正常啟停和運行操作外,尤其要求能夠實現實時顯示異常運行和事故狀態下的各種數據和狀態,并提供相應的操作指導和應急處理措施,保證電氣系統自動控制在最安全合理的工況下工作。

二、電站電氣控制系統的監控范圍

一般來說, 電站電氣控制系統的監控對象主要有:

1) 發電機- 變壓器組, 其監控范圍主要包括發電機、發電機勵磁系統、主變壓器、220 kV 斷路器;

2) 高壓廠用工作及備用電源, 其監控范圍主要包括高壓廠用工作變壓器、起動- 備用變壓器等;

3) 主廠房內低壓廠用電源, 其監控范圍主要包括低壓廠用工作和公用變壓器、照明變壓器、檢修變壓器和除塵變壓器等主廠房的低壓廠用變壓器;

4) 輔助車間低壓廠用電源;

5) 動力中心至電動機控制中心電源饋線;

6) 單元機組發電機和鍋爐DCS 控制電動機;

7) 保安電源;

8) 直流系統;交流不停電電源。

三、現場總線的技術特點及EFCS的優勢

20 世紀90 年代中后期, 現場總線控制技術興起并蓬勃發展起來，并開始逐漸應用于電站自動化。近年來，隨著電氣控制運行經驗的成熟，各類電氣智能化控制設備不斷出現，為現場總線技術應用于電站電氣控制做好了準備?，F場總線將集中與分散相結合的控制系統結構，轉變稱為新型的全分布式結構，把控制功能徹底下放到現場，依靠現場智能設備自身實現基本控制功能;同時，由于采用了全數字化的現場智能設備和數字通信技術，使系統具備了完全的自診斷和綜合信息集成的能力，為電站綜合自動化和全程自動化的實現奠定了堅實的基礎。現場總線的特點主要表現在：

1) 系統的開放性。開放系統是指通信協議公開, 各不同廠家的設備之間可進行互連并實現信息交換, 現場總線開發者就是要致力于建立統一的工廠底層網絡的開放系統。這里的開放是指對相關標準的一致、公開性, 強調對標準的共識與遵從。一個開放系統, 它可以與任何遵守相同標準的其它設備或系統相連。一個具有總線功能的現場總線網絡系統必須是開放的, 開放系統把系統集成的權利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對象把來自不同供應商的產品組成大小隨意的系統。

2) 互可操作性與互用性, 這里的互可操作性, 是指實現互連設備間、系統間的信息傳送與溝通, 可實行點對點, 一點對多點的數字通信。而互用性則意味著不同生產廠家的性能類似的設備可進行互換而實現互用。

3) 現場設備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場設備中完成, 僅靠現場設備即可完成自動控制的基本功能, 并可隨時診斷設備的運行狀態。

4) 系統結構的高度分散性。由于現場設備本身已可完成自動控制的基本功能, 使得現場總線已構成一種新的全分布式控制系統的體系結構。從根本上改變了現有DCS 集中與分散相結合的集散控制系統體系, 簡化了系統結構, 提高了可靠性。

5) 對現場環境的適應性。工作在現場設備前端, 作為工廠網絡底層的現場總線, 是專為在現場環境工作而設計的, 它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等, 具有較強的抗干擾能力, 能采用兩線制實現送電與通信, 并可滿足本質安全防爆要求等?！∮捎诂F場總線的以上技術特點, 特別是現場總線系統結構的簡化, 使控制系統的設計、安裝、投運到正常生產運行及其檢修維護, 都體現出優越性。

對于電氣系統全部采用硬接線進入DCS 的控制系統, 缺點是硬件設備對數據的采集只能采用I/ O 方式, 電氣系統的信息量均要采用I/ O 方式接入DCS , 電氣模擬量還要經過變送器轉換成4~20 mA 直流信號送入DCS , 由于DCS 的I/ O 點數總量控制及I/ O 采集方式本身的限制, 不可能將所有電氣信息量送入DCS , 信息量不完整, 無法滿足電氣系統故障分析、狀態處理、設備管理等高級應用功能的需要;同時所有信息均要采用硬接線接入DCS , I/ O 接口多, 硬接線測點量大, 系統接線復雜, 控制電纜用量多, 系統中有大量的變送器和I/ O 接口, 系統運行、維護的工作量較大, 對提高電廠運行管理水平不利。EFCS 是將在變電站和發電廠網絡控制中已經積累了豐富運行經驗的計算機分布式控制系統用于火力發電廠的電氣系統控制, 其特點是采用現場總線的設計思路, 所有電氣設備的信息采集主要采用綜合智能測控單元進行轉換和采集, 對于特別重要的信號(如參與聯鎖控制的信號量) 和控制量,除保留通信接口方式外, 采用硬接線接入DCS 的I/ O 柜進行采集, 如運行(合閘) 、停止(跳閘) 、故障、允許操作等與控制聯鎖邏輯有關的信號均采用硬接線接入DCS 的I/ O 柜, 對于所有控制量如各斷路器的跳閘、合閘指令也通過DCS 的I/ O 柜用硬接線方式接入各開關控制回路, 避免了萬一通信不暢時不能進行監控的問題。由于采用綜合智能測控單元進行電氣數據采集, 除能完成數據采集任務外, 還能對數據進行預處理, 并通過敷設在配電室開關柜內的現場總線將處理后的數據送入通信管理機, 系統接線十分簡單。為便于運行維護和調試,各通信管理機均提供調試接口, 可供機組維護人員在廠用電倒送和檢修調試期間使用。系統還配置有電氣工程師站, 其主要功能是實現電氣系統故障信息管理及故障分析、設備管理、自動抄表等管理功能, 供運行維護人員進行電氣系統的數據庫、界面、報表等的維護修改以及電氣自動化系統的監視與維護, 還可以作為培訓工作站進行操作流程預演及對運行人員的培訓仿真或作為DCS 操作員站的備用, 可在建設初期DCS 未投入時滿足廠用電倒送或DCS 退出時對電氣系統進行監控。EFCS采用現場總線方式, 電氣信息量采集完整, 為實現電廠電氣系統高度自動化運行及管理水平提供了硬件基礎。該方案除具有遠程I/ O 的全部優點外, 還可以減少大量DCS 的隔離器件、端子柜、I/ O 卡件等, 且綜合智能測控單元直接安裝在開關柜上, 開關柜外采用總線進行通信連接, 可大幅度節省控制電纜及施工安裝工作量和系統調試、檢修及維護工作量。對廠用電系統等基本上取消了硬接線, 使控制系統接線更為簡單, 能最大程度地節省控制電纜, 減小施工、安裝、調試、檢修和維護工作量。此外, 由于各智能測控單元功能獨立, 風險分散, 任何一個測控裝置的故障僅涉及到相應元件, 不影響其它間隔, 使整個系統可靠性得到很大提高, 又增加了備用操作手段(既可在控制層操作, 也可在間隔層操作) , 提高了信息轉換精度和可靠性, 也避免了信號(特別是4～20 mA 模擬量信號) 在傳輸中的衰減和干擾等問題。