現場總線系統在百萬火電機組中的深度應用檢視原始碼討論檢視歷史

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現場總線系統在百萬火電機組中的深度應用本文針對國內火電行業大型燃煤機組，無法發揮現場總線技術優勢，提高熱控設備的檢修維護效率、實現設備狀態檢修等問題，從系統設備的施工安裝、通信質量監測、基礎參數遠程調整，到最終的台賬建立、故障預警和數據統計分析，設計出一套完整的技術應用方案，解決了現場總線技術在大型燃煤火電機組的深度應用問題，實現了熱控設備遠程維護、故障診斷及預測維護等功能，為推廣現場總線技術應用提供了重要借鑑。

關鍵詞：現場總線；Profibus；導波雷達；基準；阻尼；深度應用

1　引言

當前，在國內大多數的現場總線系統應用場合中，由於設計施工標準不高等原因，出現「實時性不如傳統接線方式」、「系統可靠性不如傳統接線方式」、「故障恢復時間長於傳統接線方式」等諸多問題，特別是干擾源多、自動化要求高的火電廠工藝環境較少使用現場總線控制。如何利用總線控制技術，充分開發現場總線設備的優勢功能，一直是電力行業中的一個重要研究課題。某電廠2×1050MW超超臨界火力發電機組，控制系統採用某國產DCS公司的現場總線控制系統，通信協議採用Profibus-DP和Profibus-PA，總線系統涵蓋汽機、鍋爐、脫硫、化水以及精處理，總線設備覆蓋率超過60%，是國內首個大規模使用國產現場總線設備的百萬火電機組[1]。該電廠在現場總線系統數據管理功能設計與應用方面積累了豐富的經驗，實現了現場總線系統的深度應用。

2　現場總線設備的基礎應用實踐

2.1　現場總線設備安裝及通信質量監測

2.1.1　現場總線設備安裝

相對普通控制系統而言，現場總線系統的大規模應用，對設計和施工有近乎「嚴苛」的要求。當出現通訊故障或不明擾動時，排除總線設備本身的原因，往往都是施工問題引起的，重新布線將會在時間和經濟上造成較大損失，因此總線設備安裝和系統施工應滿足「特殊」的規範要求[2]。

（1）總線電纜布線。總線電纜布線需滿足獨立布置的原則，綜合考慮拉引強度和隔離防護的要求：在敷設電纜時儘量避免用力拖拽，拖拽通訊纜時，Profibus電氣電纜允許的最大拉伸力為100N，用力過大將損壞屏蔽層，降低屏蔽質量；在電纜轉角處轉彎時應保持最小允許彎曲半徑（單個彎曲允許半徑≥75mm、多個彎曲允許半徑≥150mm）；總線與不同電壓等級的電源、動力電纜（220VAC、220VDC、380VDC及以上電壓等級的電源電纜）應分線槽布線，在電氣電纜橋架內應使用小槽盒單獨布線，豎井橋架內可通過隔板將總線電纜和其他電纜進行隔離；當通信電纜通過複雜電磁環境（如變頻器[3]等強幹擾源）或離開橋架後應用金屬套管保護，各金屬套管都要與等電位接地系統連接。

（2）總線電纜接線。總線電纜接線需滿足牢靠規範的原則，綜合考慮設備接線和屏蔽接地的要求：DP總線系統雙網環形布置，設備接線雙進雙出，DP總線紫色外皮，數據線紅色接正、綠色接負，屏蔽接到PE上；PA總線系統單網布置，分線盒枝狀單線接入設備，PA總線黑色外皮或橘紅色外皮，數據線紅（棕）正、綠（藍）負，就地設備屏蔽不接[4]；總線櫃內接線端處屏蔽線剝除長度不超過3厘米，多餘的電纜在盤櫃內不得綁紮成環形，屏蔽層需要接到就近櫃內的接地點或接地端子處。如果距離不夠可以將接地層擰成一股，用冷壓方式將接地網和接地線壓在一起，然後用接地線接盤櫃的屏蔽地。擰成一股的接地網用熱縮管進行保護，防止接地網與信號線短路；PROFIBUS-DP總線為多端接地，即在總線的電纜的兩頭都進行接地。PROFIBUS-PA總線為單端接地，即僅在DP/PALINK的盤櫃裡進行接地，現場端不應與儀表地線或外殼相連。在PA分線盒內將所有PA總線屏蔽層相連，如果接線盒附近有與DP/PALINK所在盤櫃的等電勢接地體則與等電勢接地體相連接地，如果沒有則分線盒接地浮空。

（3）項目施工驗收。項目施工不規範往往會綜合體現為總線系統抗干擾能力差、通訊故障等機組運行中不易處理的難題，因此突出的施工問題一定要在通過驗收前整改到位。比如動力電纜和信號電纜要嚴格分離，如不能嚴格分離應爭取十字交叉，電纜橋架要多點接地，還要相應提高接地網的鋪設等級（如圖1所示，常規要求如圖1左：總線電纜槽盒與動力電纜槽盒應獨立布置；特殊情況如圖1右：總線電纜與動力電纜共用一個槽盒，兩類電纜儘量遠離，中間加金屬隔板進行隔離，同時金屬線槽要做接地處理）。