现场总线系统在百万火电机组中的深度应用

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现场总线系统在百万火电机组中的深度应用本文针对国内火电行业大型燃煤机组，无法发挥现场总线技术优势，提高热控设备的检修维护效率、实现设备状态检修等问题，从系统设备的施工安装、通信质量监测、基础参数远程调整，到最终的台账建立、故障预警和数据统计分析，设计出一套完整的技术应用方案，解决了现场总线技术在大型燃煤火电机组的深度应用问题，实现了热控设备远程维护、故障诊断及预测维护等功能，为推广现场总线技术应用提供了重要借鉴。

关键词：现场总线；Profibus；导波雷达；基准；阻尼；深度应用

目录

1　引言

当前，在国内大多数的现场总线系统应用场合中，由于设计施工标准不高等原因，出现“实时性不如传统接线方式”、“系统可靠性不如传统接线方式”、“故障恢复时间长于传统接线方式”等诸多问题，特别是干扰源多、自动化要求高的火电厂工艺环境较少使用现场总线控制。如何利用总线控制技术，充分开发现场总线设备的优势功能，一直是电力行业中的一个重要研究课题。某电厂2×1050MW超超临界火力发电机组，控制系统采用某国产DCS公司的现场总线控制系统，通信协议采用Profibus-DP和Profibus-PA，总线系统涵盖汽机、锅炉、脱硫、化水以及精处理，总线设备覆盖率超过60%，是国内首个大规模使用国产现场总线设备的百万火电机组[1]。该电厂在现场总线系统数据管理功能设计与应用方面积累了丰富的经验，实现了现场总线系统的深度应用。

2　现场总线设备的基础应用实践

2.1　现场总线设备安装及通信质量监测

2.1.1　现场总线设备安装

相对普通控制系统而言，现场总线系统的大规模应用，对设计和施工有近乎“严苛”的要求。当出现通讯故障或不明扰动时，排除总线设备本身的原因，往往都是施工问题引起的，重新布线将会在时间和经济上造成较大损失，因此总线设备安装和系统施工应满足“特殊”的规范要求[2]。

（1）总线电缆布线。总线电缆布线需满足独立布置的原则，综合考虑拉引强度和隔离防护的要求：在敷设电缆时尽量避免用力拖拽，拖拽通讯缆时，Profibus电气电缆允许的最大拉伸力为100N，用力过大将损坏屏蔽层，降低屏蔽质量；在电缆转角处转弯时应保持最小允许弯曲半径（单个弯曲允许半径≥75mm、多个弯曲允许半径≥150mm）；总线与不同电压等级的电源、动力电缆（220VAC、220VDC、380VDC及以上电压等级的电源电缆）应分线槽布线，在电气电缆桥架内应使用小槽盒单独布线，竖井桥架内可通过隔板将总线电缆和其他电缆进行隔离；当通信电缆通过复杂电磁环境（如变频器[3]等强干扰源）或离开桥架后应用金属套管保护，各金属套管都要与等电位接地系统连接。

（2）总线电缆接线。总线电缆接线需满足牢靠规范的原则，综合考虑设备接线和屏蔽接地的要求：DP总线系统双网环形布置，设备接线双进双出，DP总线紫色外皮，数据线红色接正、绿色接负，屏蔽接到PE上；PA总线系统单网布置，分线盒枝状单线接入设备，PA总线黑色外皮或橘红色外皮，数据线红（棕）正、绿（蓝）负，就地设备屏蔽不接[4]；总线柜内接线端处屏蔽线剥除长度不超过3厘米，多余的电缆在盘柜内不得绑扎成环形，屏蔽层需要接到就近柜内的接地点或接地端子处。如果距离不够可以将接地层拧成一股，用冷压方式将接地网和接地线压在一起，然后用接地线接盘柜的屏蔽地。拧成一股的接地网用热缩管进行保护，防止接地网与信号线短路；PROFIBUS-DP总线为多端接地，即在总线的电缆的两头都进行接地。PROFIBUS-PA总线为单端接地，即仅在DP/PALINK的盘柜里进行接地，现场端不应与仪表地线或外壳相连。在PA分线盒内将所有PA总线屏蔽层相连，如果接线盒附近有与DP/PALINK所在盘柜的等电势接地体则与等电势接地体相连接地，如果没有则分线盒接地浮空。

（3）项目施工验收。项目施工不规范往往会综合体现为总线系统抗干扰能力差、通讯故障等机组运行中不易处理的难题，因此突出的施工问题一定要在通过验收前整改到位。比如动力电缆和信号电缆要严格分离，如不能严格分离应争取十字交叉，电缆桥架要多点接地，还要相应提高接地网的铺设等级（如图1所示，常规要求如图1左：总线电缆槽盒与动力电缆槽盒应独立布置；特殊情况如图1右：总线电缆与动力电缆共用一个槽盒，两类电缆尽量远离，中间加金属隔板进行隔离，同时金属线槽要做接地处理）。