基金会现场总线在火力发电厂的应用

2016-07-14崔超超张莹沈东生崔逸群

综合智慧能源 2016年5期

关键词：火力发电厂质量控制

崔超超，张莹，沈东生，崔逸群

(1.西安热工研究院有限公司，西安　710032； 2.华能新疆轮台电厂，新疆巴音郭楞　841600)

基金会现场总线在火力发电厂的应用

崔超超1，张莹2，沈东生2，崔逸群1

(1.西安热工研究院有限公司，西安710032； 2.华能新疆轮台电厂，新疆巴音郭楞841600)

摘要：通过华能新疆轮台电厂2×350 MW超临界燃煤机组大规模应用总线的工程实践，介绍火力发电厂基金会现场总线的设计、施工原则和调试方法，探讨基金会现场总线在火力发电厂应用中的设计、施工和调试规范，供同类工程实施时参考。

关键词：火力发电厂；基金会现场总线；总线网段设计；总线调试；质量控制

表1　FF总线应用范围

1工程概况

华能新疆轮台电厂(以下简称轮台电厂)位于新疆巴音郭楞自治州轮台县，一期建设2×350 MW超临界、空冷热电联产机组，锅炉为哈尔滨锅炉制造厂生产的HG-1182/25.4-YM1型超临界直流锅炉，炉高78.00 m，炉宽37.40 m，跨度44.80 m，锅炉侧主要热工电缆桥架布置在锅炉6.00，12.00，24.90，37.40，48.10，58.35，65.50 m层处；汽轮机为上海汽轮机厂生产的CCJK350-24.2/4.2/0.4/566/566型超临界表面间接空冷凝汽式汽轮机，汽轮机平台跨度70 m，汽轮机侧主要电缆桥架布置在汽轮机6.00，12.00 m层处；发电机为上海电气发电机厂生产的QFSN-350-2型同步汽轮发电机。工程同步建设脱硫、脱硝工程，采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，每台锅炉配1套脱硫装置，浆液吸收塔塔高40.00 m，直径14.00 m，石膏脱水系统布置在脱硫综合楼14.00 m层处，跨度20.00 m；2台机组脱硝系统共用1组脱硝还原剂系统；机组采用间接空气冷却，2台机组共用1台间冷塔，12个扇区，间冷塔直径153.94 m；辅机冷却采用辅机循环水和闭式循环水，主要设备布置在辅机循环水泵房，跨度50.00 m，宽10.00 m。化学水处理系统布置在化学水处理车间，跨度50.00 m，宽10.00 m。表1给出了该工程基金会现场(FF)总线[1]的应用范围。

FF总线分为低速H1和高速HSE 2种通信速率，H1物理层的主要电气特性如下：采用位同步数字化传输方式；传输波特率为31.25 kbit/s；驱动电压9～32 V DC；信号电流±9 mA，电缆采用屏蔽双绞线；电缆长度<1 900 m(主干+分支)，分支电缆长度20～120 m，挂接设备数量<32台[2]。

轮台电厂分散控制系统(DCS)为艾默生过程控制公司的OVATION系统，FF总线电源为P+F公司冗余电源，接线盒为P+F公司8分支接线盒，FF总线线缆屏蔽层设计在DCS侧统一接地。

2FF总线网段设计原则

2.1工艺原则

与传统的DCS信号电缆划分原则相同，总线信号首先按照工艺系统划分进入不同的DCS机柜。

2.2距离原则

根据国内外大型石化项目FF总线的应用测算[3]及艾默生过程控制有限公司的推荐容量，确定FF卡件、电源、接线盒的数量。此工程按照每个总线网段9～10台仪表(含定位器)，每段主干电缆1 000 m内，分支电缆60 m的要求进行DCS硬件设计。表2给出了艾默生过程控制有限公司推荐的网段分支长度[4]，图1给出了轮台电厂FF总线网段拓扑结构。

图1　总线网段拓扑结构

图2　汽轮机侧6 m层仪表箱平面布置图

表2　总线网段推荐距离

2.3冗余原则

具有冗余关系的仪表需进入不同的网段[5]。

2.4防护原则

FF总线传输数字信号，对线路抗干扰要求较高，在设计阶段需要进行专门的防护设计[6]。例如电缆竖井，槽盒内要单独设计总线电缆走向的小槽盒，条件不具备的地方要设计全封闭金属隔板，在设计说明中注明与其他电缆的安全距离要求等。

此工程总线设计阶段在参考DCS供应商技术要求的前提下，总线仪表充分利用仪表箱平面布置图和仪表箱清册，定位器类设备主要利用设计院提供的具体位置展开网段的设计，图2给出了此工程汽轮机侧6 m层仪表箱的平面布置图，图中：低加为低压加热器；高加为高压加热器；汽机变为汽轮机变压器；照明变为照明变压器。

3工程实施

3.1技术交底

在现场工程实施之前，由设计人员对总线网段的设计技术和安装技术进行详细的技术交底。通过技术交底，达到以下几个目标：(1)确定FF总线接线盒的具体位置(要求易于维护，与动力电缆等保持安全距离)；(2)确定FF总线接线盒主干电缆的走向(电缆在专用的槽盒内，与动力电缆等保持安全距离)；(3)FF线缆屏蔽层接地(统一在DCS侧接地，现场接线盒和仪表都不允许接地)；(4)接线的工艺要求(电缆剥开裸露部分长度合适，冷压处理，网段屏蔽线应保证网段内连通)。

3.2网段优化

网段优化主要针对分支电缆超过60 m距离的网段，方法主要有以下几种：(1)网段调整，对于冗余仪表，通过网段仪表的重新分配，同时满足冗余和距离的要求；(2)设计增加串接接线盒，锅炉房仪表分散且跨度大，总线电缆若全部通过竖井或平台桥架走向，分支长度很容易超限，此种情况可以通过增加串接接线盒的方式来解决；(3)设计增加直通穿线管或者直通电缆槽盒，汽轮机房仪表较为密集，个别仪表虽然距离很近，但中间没有设计电缆槽盒，此种情况可通过增加直通穿线管或直接槽盒来达到设计的距离要求。

3.3施工指导和全过程质量监督

鉴于国内施工单位普遍对总线施工缺乏认识，而总线通信问题大多是由于施工质量无法保证导致的[7]，因此，有必要针对总线施工工艺推行全过程质量控制，提出具体的质量控制点，由监理单位对施工质量进行严格监督。此工程总线施工质量控制点主要有：(1)总线电缆与其他电缆的安全距离；(2)总线电缆接线头的制作工艺；(3)总线屏蔽与接地[8]。

4总线调试

4.1单体调试

总线类变送器在出厂之前已经进行了严格的校验和标定，现场一般无需单独校验。液位计、分析仪表、流量计等仪表需要根据现场工艺要求对仪表进行设定和调试，定位器则需要进行自整定[9]。需要注意的是，各类仪表除了完成常规的各种设置外，还需要用手操器将仪表内的资源块和传感器块全部置于自动方式，至此才完成了总线设备的单体调试。

4.2系统调试

调试过程：设备匹配，建立连接[10]。在系统调试前要求施工方将仪表的调试标签汇总交给DCS调试方，对于调试标签上无设备KKS编码或者调试标签遗失的需要用手操器获得仪表的设备ID。调试标签交付调试方后，由调试方负责完成仪表的组态和匹配。系统调试过程中，施工方还需要将设备单体调试过程中所设定的各种参数提交给DCS调试方，比如液位计需要提供单位、测量范围，定位器需要提供通道等。

此工程在调试阶段参照化工行业FF总线经验[10]，由设计方统筹、DCS调试方和施工单位共同商定工作范围。施工方负责仪表的设备ID、测量参数、测定范围、工程单位；调试方负责输入输出功能块的组态，建立连接，根据施工方提供的参数获得最终结果。

4.3通信质量检测

在完成所有网段系统调试之后，需要调试人员利用相关专用工具对总线网段的通信质量进行全范围的检测并出具相关的通信质量检测报告。

此工程在系统调试完成后利用FBT-6对每个网段的通信质量进行了检测——主要检测网段的电压、各种噪声及信号丢失等，并出具了检测报告。

5结束语

FF总线在国内火电行业已逐渐大规模应用，但相关的设计理论还没有建立和完善，各参建单位在工程实施过程中的职责和工作范围仍然划分不清晰，DCS供应方软件组态和通信质量检测的功能还不够强大，这些都给FF总线在火电行业的应用带来了一定困扰，相信随着更多工程的规范应用，这些问题将得到很好的解决。

参考文献：

[1]崔逸群，颜渝坪，王春利，等.FF和Profibus现场总线在火电厂的应用研究[J].热力发电，2006(2)：40-44.

[2]卞正岗.在发电厂建设中采用基金会现场总线技术[J].工业控制技术,2009(1):27-29.

[3]钟耀球，张卫华.FF总线控制系统设计与应用[M].北京：中国电力出版社,2010.

[4]Emerson Process Management Power&Water Solution Inc.Foundation fieldbus user guide for ovation 3.2 OW320_30[R].USA：Emerson Process Management Power & Water Solution Inc，2009.

[5]曾卫东，王春利，颜渝坪，等.大型火电机组现场总线控制系统的设计探讨[J].热力发电，2010(3)：5-8.

[6]火力发电厂现场总线安装技术导则: DL/T 1212—2013[S].

[7]魏志,蔡霞,邹跃平.FF现场总线的安装与调试[J].自动化仪表,2007,28(7):61-66.

[8]刘宇穗，陈勇，李军.现场总线控制系统的屏蔽、接地分析[J].热力发电,2009，38(6):88-90.

[9]石洪波，钟耀球.横河FF总线定位器YVP110的应用[C]//中国有色金属学会.中国有色金属行业自动化仪表学术会议论文集.长春：东北师范大学出版社,2011:39-47.

[10]柴占杰.基金会现场总线仪表与系统的调试[J].化工自动化及仪表，2015(7)：832-834.

(本文责编：白银雷)

收稿日期:2016-03-17；修回日期:2016-05-10

中图分类号：TM 621

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)05-0008-03

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