DCS在電氣系統(tǒng)監(jiān)控納入應(yīng)用的探討
摘要： 分析了電氣系統(tǒng)控制的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程的應(yīng)用情況介紹了電氣系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的范圍和控制要求，并就有關(guān)DCS硬件配置、軟件功能、公用系統(tǒng)控制等問(wèn)題進(jìn)行了有益的探討，為以后同類(lèi)工程提供借鑒。
關(guān)鍵字： 電氣系統(tǒng)監(jiān)控 DCS應(yīng)用
300MW及以上容量機(jī)組的熱工控制已全面采用DCS控制系統(tǒng)，逐步形成了數(shù)據(jù)采集(DAS)、模擬量控制(MCS)、順序控制(SCS)、燃燒器管理(BMS)四大系統(tǒng)。從實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，DCS較好地實(shí)現(xiàn)了其控制功能，并發(fā)揮了安全經(jīng)濟(jì)、使用可靠的優(yōu)點(diǎn)，取得了良好的效果，而電氣控制仍然采用較常規(guī)的控制手段，使用盤(pán)臺(tái)上一對(duì)一硬手操方式。隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展和控制技術(shù)的不斷提高，使得機(jī)爐控制與電氣控制日益顯得不協(xié)調(diào)，控制水平也逐漸拉大。為了解決這一矛盾，有效的辦法就是將電氣納入DCS控制之中，這樣既利用DCS已成熟的分散控制技術(shù)，又能提高電氣控制水平。電氣控制納入DCS以后，可充分利用DCS的手段，使電氣防誤操作等功能實(shí)現(xiàn)更方便、更完備，并且將相關(guān)量的顯示報(bào)警與電氣設(shè)備的控制調(diào)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，有效提高整個(gè)電氣控制的安全性和可靠性。
1997年7月原電力部召開(kāi)了熱工自動(dòng)化領(lǐng)導(dǎo)小組第六次擴(kuò)大會(huì)，對(duì)電氣設(shè)計(jì)如何與DCS配合提出了具體意見(jiàn)：“實(shí)現(xiàn)爐、機(jī)、電集中管理，使電廠(chǎng)主控室爐、機(jī)、電控制水平協(xié)調(diào)發(fā)展是必要的而且在現(xiàn)有技術(shù)和裝備條件下是可行的，可以起到省人、省主控制室面積，便于集控值班運(yùn)行的作用，而且不提高造價(jià)。領(lǐng)導(dǎo)小組要求以積極的態(tài)度加入電氣納入DCS的工程試點(diǎn)。”按此精神，九江電廠(chǎng)三期2×350MW、信陽(yáng)電廠(chǎng)一期2×300MW、益陽(yáng)電廠(chǎng)一期2×300MW工程電氣系統(tǒng)均納入DCS監(jiān)控?，F(xiàn)依據(jù)這幾個(gè)工程中具體實(shí)施的過(guò)程和要求，就電氣系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的一些有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。
1 電氣系統(tǒng)控制的特點(diǎn)
電氣系統(tǒng)與熱工自動(dòng)化相比在控制要求及運(yùn)行過(guò)程中有著很多不同點(diǎn)，電氣的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：
?。?）電氣設(shè)備相對(duì)熱工設(shè)備而言控制對(duì)象少，操作頻率低，有的系統(tǒng)或設(shè)備運(yùn)行正常時(shí)，時(shí)常幾個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間才操作一次。
?。?）電氣設(shè)備保護(hù)自動(dòng)裝置要求可靠性高，動(dòng)作速度快。發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作速度要求在40ms以?xún)?nèi)；自動(dòng)準(zhǔn)同期采用同步電壓方式，轉(zhuǎn)速、電壓調(diào)整和滑壓控制要求在5ms以?xún)?nèi)；電壓自動(dòng)調(diào)整裝置快速勵(lì)磁要求時(shí)間極短；廠(chǎng)用電快切裝置快速切換時(shí)間一般小于60～80ms，同步鑒定相位差5°～20°。
?。?）300MW及以上機(jī)組一般每2臺(tái)機(jī)組共用1臺(tái)起／備變，任一機(jī)組檢修都不能影響另1臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)行，因此DCS控制應(yīng)考慮其控制方式，確保只能有1臺(tái)機(jī)組的DCS實(shí)現(xiàn)對(duì)共用部分的控制，同時(shí)另一機(jī)組DCS能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視，并且這種操作控制權(quán)能實(shí)現(xiàn)切換。
?。?）電氣設(shè)備電氣系統(tǒng)的聯(lián)鎖邏輯較簡(jiǎn)單，但電氣設(shè)備本身操作機(jī)構(gòu)復(fù)雜。
因此，機(jī)組的電氣系統(tǒng)納入DCS控制，要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性。除了能實(shí)現(xiàn)正常起停和運(yùn)行操作外，尤其要求能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)顯示異常運(yùn)行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并提供相應(yīng)的操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施，保證電氣系統(tǒng)自動(dòng)控制在最安全合理的工況下工作。
2 電氣系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的范圍
根據(jù)單元機(jī)組的運(yùn)行和電氣控制的特點(diǎn)，在工程的應(yīng)用中采用將發(fā)電機(jī)—變壓器組和廠(chǎng)用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入DCS監(jiān)控。
從升壓站(不包括升壓站)至電廠(chǎng)側(cè)的所有主廠(chǎng)房?jī)?nèi)電氣系統(tǒng)均納入DCS監(jiān)控，主要系統(tǒng)歸納為：
發(fā)變組系統(tǒng)(不包括變壓器本身的通風(fēng)系統(tǒng))；
發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；
高壓廠(chǎng)用電源系統(tǒng)(包括廠(chǎng)用電源正常切換)；
低壓廠(chǎng)用電源系統(tǒng)和400VPC；
高壓?jiǎn)ⅲ瘋渥冸娫聪到y(tǒng)(2臺(tái)機(jī)共用)；
柴油發(fā)電機(jī)組和保安電源(僅監(jiān)視)；
直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)(僅監(jiān)視)；
自動(dòng)同期系統(tǒng)；
廠(chǎng)用電快切系統(tǒng)。
電氣主要保護(hù)安全自動(dòng)裝置因要求DCS實(shí)現(xiàn)其功能目前尚有一定的難度，并且要增加相當(dāng)大的費(fèi)用。原則上不要求通過(guò)DCS實(shí)現(xiàn)其功能，仍保留其裝置，但它們與DCS之間要有接口，常規(guī)方式采用硬接口。保留的保護(hù)自動(dòng)專(zhuān)用裝置主要有如下：
發(fā)變組保護(hù)裝置；
自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置(ASS)；
自動(dòng)電壓調(diào)整裝置(AVR)；
廠(chǎng)用電快切裝置；
故障錄波裝置。
主廠(chǎng)房外輔助系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)如輸煤、化水、制氫、電除塵等暫不納入DCS系統(tǒng)中。
3 電氣系統(tǒng)納入DCS控制水平及技術(shù)要求
機(jī)組整套啟動(dòng)時(shí)從鍋爐點(diǎn)火至發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶初始負(fù)荷夠?qū)崿F(xiàn)全過(guò)程的自動(dòng)程序控制。(當(dāng)然可以設(shè)有限幾個(gè)斷點(diǎn)人工分析判斷決定后介入操作)，或機(jī)組停機(jī)時(shí)DCS能安全停機(jī)。
機(jī)組自啟?？刂频囊笫牵?BR> 機(jī)組正常起動(dòng)時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，DCS將投入AVR。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到額定值時(shí)，DCS將投入同期裝置。發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的同期是由同期裝置自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，在同期過(guò)程中通過(guò)DCS控制AVR、DEH，當(dāng)同期條件滿(mǎn)足時(shí)，向發(fā)電機(jī)斷路器發(fā)合閘指令。在同期合閘成功，發(fā)電機(jī)電負(fù)荷達(dá)到一定值之后，DCS將高壓廠(chǎng)用電系統(tǒng)快速?gòu)膯渥兦袚Q到高壓廠(chǎng)變上。
機(jī)組正常停機(jī)時(shí)，DCS控制降低機(jī)組負(fù)荷，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降到某一定值時(shí)，DCS將高壓廠(chǎng)用電系統(tǒng)快速切換到啟／備變系統(tǒng)供電；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)降到零，跳開(kāi)主開(kāi)關(guān)，聯(lián)跳汽輪機(jī)(主汽門(mén)關(guān)閉)，發(fā)電機(jī)滅磁。
對(duì)于廠(chǎng)用電源系統(tǒng)控制的要求是：
在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)通過(guò)啟／備變向廠(chǎng)用負(fù)荷供電；在機(jī)組正常用電時(shí)，由廠(chǎng)變供電并經(jīng)低壓廠(chǎng)變向400VMCC低壓負(fù)荷供電以啟動(dòng)機(jī)組所必需的輔機(jī)；在廠(chǎng)用電消失時(shí)，為了保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)的安全，廠(chǎng)用電快切裝置應(yīng)快速將廠(chǎng)用工作負(fù)荷自動(dòng)切換至啟／備變；當(dāng)確認(rèn)保安段母線(xiàn)失壓后，應(yīng)啟動(dòng)事故備用柴油機(jī)供電以保證設(shè)備安全。
依據(jù)以上控制水平的要求，電氣監(jiān)控納入DCS技術(shù)的要求是：
（1）發(fā)電機(jī)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)程序控制和軟手操控制使發(fā)電機(jī)由零起升速、升壓直到并網(wǎng)帶初始負(fù)荷。
?。?）廠(chǎng)用電系統(tǒng)能按啟動(dòng)／停止階段和正常運(yùn)行階段的要求程序控制和軟手操來(lái)實(shí)現(xiàn)。
?。?）能實(shí)時(shí)顯示和記錄上述發(fā)變組系統(tǒng)和廠(chǎng)用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行、異常運(yùn)行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并提供操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施。
?。?）單元機(jī)組(爐機(jī)電)實(shí)現(xiàn)全CRT監(jiān)控。
4 對(duì)DCS軟件、硬件要求
為了較好地說(shuō)明電氣納入DCS對(duì)軟件、硬件的要求，特別是為了對(duì)軟件作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，擬定工程規(guī)模為2臺(tái)單元機(jī)組，電氣主接線(xiàn)采用發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線(xiàn)，接至220kV／500kV配電系統(tǒng)，主廠(chǎng)房6kV高壓廠(chǎng)用母線(xiàn)采用設(shè)兩工作段及專(zhuān)用公用段的接線(xiàn)方式。
4．1 對(duì)硬件配置的要求
按傳統(tǒng)功能劃分，電氣納入DCS監(jiān)控之后，其功能可分為數(shù)據(jù)采集(DAS)和順序控制(SCS)兩部分，由于電氣量同熱工量相比并沒(méi)有特別的要求，而相對(duì)動(dòng)作速度快、可靠性高的控制功能通過(guò)保留的電氣專(zhuān)用裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此原則上對(duì)DCS的硬件無(wú)特殊要求。對(duì)硬件的配置要求同熱工一致，其功能分別融入DCS的功能之中。但基于歷史的原因DCS由熱工人員負(fù)責(zé)，而熱工人員對(duì)電氣的控制原理知之不多，在設(shè)計(jì)、調(diào)試、生產(chǎn)維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)中，這部分工作仍需電氣人員來(lái)完成。加上在工程建設(shè)過(guò)程中電氣有關(guān)廠(chǎng)用電受電部分需提前調(diào)試投入運(yùn)行，在電氣的控制功能部分即順序控制(SCS)仍建議設(shè)置電氣單獨(dú)的控制器，便于實(shí)際工作的順利進(jìn)行。其數(shù)據(jù)采集部分要求同熱工融為一體。
4．2 對(duì)軟件功能描述
4．2．1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS功能
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)應(yīng)連續(xù)采集和處理所有與電氣系統(tǒng)有關(guān)的重要測(cè)點(diǎn)信號(hào)及設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，以便及時(shí)向操作人員提供有關(guān)的運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全運(yùn)行。一旦機(jī)組發(fā)生任何異常工況，及時(shí)報(bào)警，提高機(jī)組的可利用率。一般有下列功能。
?。?）顯示：包括操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、趨勢(shì)顯示、報(bào)警顯示等。
（2）制表記錄：包括定期記錄、事故追憶記錄、事件順序(SOE)記錄、跳閘一覽等。
（3）歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索。
?。?）二次計(jì)算與機(jī)組性能。
4．2．2 順序控制系統(tǒng)SCS(G／A）功能
電氣部分順序控制主要由3個(gè)功能組組成：
（1）發(fā)電機(jī)—變壓器功能組，它包括下列順序控制子組項(xiàng)：
發(fā)—變組高壓側(cè)斷路器及刀閘子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括發(fā)—變組高壓側(cè)斷器及高壓側(cè)Ⅰ母及Ⅱ母隔離開(kāi)關(guān)等；
同期子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括發(fā)電機(jī)同期系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)的自動(dòng)同期控制由電氣專(zhuān)用裝置(ASS)完成，DCS應(yīng)留有操作窗；
勵(lì)磁子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及AVR等。
（2）廠(chǎng)用電源功能組，它包括下列順序控制子組項(xiàng)：
高壓廠(chǎng)用電源子組項(xiàng)：該子項(xiàng)包括高壓廠(chǎng)用工作及備用分支等；
低壓廠(chǎng)用電源子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括6kV所聯(lián)接的廠(chǎng)用變壓器的6 kV側(cè)斷路器、380V側(cè)斷路器及380V側(cè)分段斷路器等；
保安電源子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括保安段的工作及備用進(jìn)線(xiàn)的斷路器、儀控變進(jìn)線(xiàn)斷路器及儀控分段斷路器等；
廠(chǎng)用電快切子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括廠(chǎng)用電正?？烨醒b置功能。
?。?）廠(chǎng)用公用及備用電源功能組，它包括下列順序控制子組項(xiàng)：
高壓?jiǎn)?dòng)／備用電源子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括啟／備變高壓側(cè)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及6kV側(cè)斷路器、啟／備變有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)等；
低壓廠(chǎng)用公用段子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括6kV所聯(lián)接的變壓器6kV側(cè)斷路器、380V側(cè)斷路器及380V側(cè)分?jǐn)嗦菲鞯取?BR> 5 后備監(jiān)控設(shè)備的配置
根據(jù)已建成300MW機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，九江、信陽(yáng)、益陽(yáng)電廠(chǎng)機(jī)爐控制中采用DCS以CRT和鍵盤(pán)監(jiān)控為中心后，盡可能地減少控制盤(pán)臺(tái)上的顯示儀表、操作器／開(kāi)關(guān)、報(bào)警窗等，僅保留的后備監(jiān)控設(shè)備為：
?。?）模擬量信號(hào)全部進(jìn)DCS顯示，盤(pán)上僅保留少量顯示儀表。
（2）只保留少量的重要電氣開(kāi)關(guān)并取消電氣控制屏／盤(pán)，控制功能在DCS實(shí)現(xiàn)。關(guān)于手動(dòng)同期開(kāi)關(guān)的保留與否，由于自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置產(chǎn)品的可靠性已越來(lái)越高，建議取消手動(dòng)同期開(kāi)關(guān)。保留的后備手操開(kāi)關(guān)為：發(fā)變組斷路器緊急跳閘按鈕；發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)跳閘按鈕；柴油發(fā)電機(jī)緊急按鈕。
?。?）報(bào)警光字牌數(shù)量保留20個(gè)左右，與熱工報(bào)警合并在一起，既減少了設(shè)備的種類(lèi)，又便于布置。
6 公用系統(tǒng)控制方式
對(duì)于2臺(tái)機(jī)組的公用系統(tǒng)，如廠(chǎng)用公用及備用電源系統(tǒng)等與熱工控制系統(tǒng)一樣，DCS的配置能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組停止時(shí)，另一臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行人員能對(duì)公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并且要求采用可靠的措施，確保其控制命令的唯一性，即在同一時(shí)間只允許一套DCS系統(tǒng)對(duì)公用設(shè)備起控制作用。不能因?yàn)楣孟到y(tǒng)的存在，而使2臺(tái)機(jī)組的DCS耦合在一起。
在工程實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，依照DCS的特點(diǎn)采用了2種典型的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)公用系統(tǒng)的控制。九江三期的DCS是HITACHI公司生產(chǎn)的HIACS7000系統(tǒng)，在DCS的配置中，我們?cè)?臺(tái)機(jī)組中配置相同的硬件和軟件，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)操作權(quán)的轉(zhuǎn)換。外部設(shè)備的信號(hào)通過(guò)冗余配置(模擬量)或通過(guò)擴(kuò)展轉(zhuǎn)換(開(kāi)關(guān)量)分別送入2套DCS系統(tǒng)。同時(shí)因保證不出現(xiàn)誤操作事故，還增加了相當(dāng)部分的判據(jù)條件和I／0測(cè)點(diǎn)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)一臺(tái)機(jī)組停運(yùn)或檢修，可以較方便地對(duì)DCS進(jìn)行檢查，同時(shí)也增大了控制的可靠性，缺點(diǎn)是增加了外部設(shè)備的數(shù)量，增加了費(fèi)用。增加一個(gè)環(huán)節(jié)也就意味著增加了故障發(fā)生的可能。信陽(yáng)一期、益陽(yáng)一期的DCS是由Bailey公司提供的INFI-90系統(tǒng)，針對(duì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用了公用環(huán)，公用系統(tǒng)的控制全部通過(guò)公用環(huán)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。2套DCS通過(guò)Tagnumber來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，這樣較好地解決了耦合問(wèn)題。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是配置較少，外部設(shè)備也不用增加，有效地利用了信息資源；缺點(diǎn)是公用環(huán)的設(shè)備不能停電檢修，除非2臺(tái)機(jī)組均停機(jī)檢修，加重了設(shè)備運(yùn)行安全性的要求
7 DCS投入與廠(chǎng)用電受電工期配合
廠(chǎng)用電源控制納入DCS后，由于不設(shè)獨(dú)立于DCS的硬手操，而根據(jù)以往電廠(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，在倒送廠(chǎng)用電時(shí)，DCS一般尚未投運(yùn)，此時(shí)高壓?jiǎn)ⅲ瘋渥?、高／低壓廠(chǎng)用電源操作無(wú)法實(shí)現(xiàn)，故要求DCS設(shè)備安裝、調(diào)試及投運(yùn)在工期上予以配合。在廠(chǎng)用電設(shè)備安裝調(diào)試的同時(shí)，開(kāi)展了DCS的安裝調(diào)試，特別是與廠(chǎng)用電有關(guān)的子系統(tǒng)的調(diào)試，使其投運(yùn)在倒送廠(chǎng)用電之前，以滿(mǎn)足電氣倒送廠(chǎng)用電、廠(chǎng)內(nèi)各工藝系統(tǒng)的分部試運(yùn)行的要求
關(guān)鍵字： 電氣系統(tǒng)監(jiān)控 DCS應(yīng)用
300MW及以上容量機(jī)組的熱工控制已全面采用DCS控制系統(tǒng)，逐步形成了數(shù)據(jù)采集(DAS)、模擬量控制(MCS)、順序控制(SCS)、燃燒器管理(BMS)四大系統(tǒng)。從實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，DCS較好地實(shí)現(xiàn)了其控制功能，并發(fā)揮了安全經(jīng)濟(jì)、使用可靠的優(yōu)點(diǎn)，取得了良好的效果，而電氣控制仍然采用較常規(guī)的控制手段，使用盤(pán)臺(tái)上一對(duì)一硬手操方式。隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展和控制技術(shù)的不斷提高，使得機(jī)爐控制與電氣控制日益顯得不協(xié)調(diào)，控制水平也逐漸拉大。為了解決這一矛盾，有效的辦法就是將電氣納入DCS控制之中，這樣既利用DCS已成熟的分散控制技術(shù)，又能提高電氣控制水平。電氣控制納入DCS以后，可充分利用DCS的手段，使電氣防誤操作等功能實(shí)現(xiàn)更方便、更完備，并且將相關(guān)量的顯示報(bào)警與電氣設(shè)備的控制調(diào)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，有效提高整個(gè)電氣控制的安全性和可靠性。
1997年7月原電力部召開(kāi)了熱工自動(dòng)化領(lǐng)導(dǎo)小組第六次擴(kuò)大會(huì)，對(duì)電氣設(shè)計(jì)如何與DCS配合提出了具體意見(jiàn)：“實(shí)現(xiàn)爐、機(jī)、電集中管理，使電廠(chǎng)主控室爐、機(jī)、電控制水平協(xié)調(diào)發(fā)展是必要的而且在現(xiàn)有技術(shù)和裝備條件下是可行的，可以起到省人、省主控制室面積，便于集控值班運(yùn)行的作用，而且不提高造價(jià)。領(lǐng)導(dǎo)小組要求以積極的態(tài)度加入電氣納入DCS的工程試點(diǎn)。”按此精神，九江電廠(chǎng)三期2×350MW、信陽(yáng)電廠(chǎng)一期2×300MW、益陽(yáng)電廠(chǎng)一期2×300MW工程電氣系統(tǒng)均納入DCS監(jiān)控?，F(xiàn)依據(jù)這幾個(gè)工程中具體實(shí)施的過(guò)程和要求，就電氣系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的一些有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。
1 電氣系統(tǒng)控制的特點(diǎn)
電氣系統(tǒng)與熱工自動(dòng)化相比在控制要求及運(yùn)行過(guò)程中有著很多不同點(diǎn)，電氣的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：
?。?）電氣設(shè)備相對(duì)熱工設(shè)備而言控制對(duì)象少，操作頻率低，有的系統(tǒng)或設(shè)備運(yùn)行正常時(shí)，時(shí)常幾個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間才操作一次。
?。?）電氣設(shè)備保護(hù)自動(dòng)裝置要求可靠性高，動(dòng)作速度快。發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作速度要求在40ms以?xún)?nèi)；自動(dòng)準(zhǔn)同期采用同步電壓方式，轉(zhuǎn)速、電壓調(diào)整和滑壓控制要求在5ms以?xún)?nèi)；電壓自動(dòng)調(diào)整裝置快速勵(lì)磁要求時(shí)間極短；廠(chǎng)用電快切裝置快速切換時(shí)間一般小于60～80ms，同步鑒定相位差5°～20°。
?。?）300MW及以上機(jī)組一般每2臺(tái)機(jī)組共用1臺(tái)起／備變，任一機(jī)組檢修都不能影響另1臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)行，因此DCS控制應(yīng)考慮其控制方式，確保只能有1臺(tái)機(jī)組的DCS實(shí)現(xiàn)對(duì)共用部分的控制，同時(shí)另一機(jī)組DCS能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視，并且這種操作控制權(quán)能實(shí)現(xiàn)切換。
?。?）電氣設(shè)備電氣系統(tǒng)的聯(lián)鎖邏輯較簡(jiǎn)單，但電氣設(shè)備本身操作機(jī)構(gòu)復(fù)雜。
因此，機(jī)組的電氣系統(tǒng)納入DCS控制，要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性。除了能實(shí)現(xiàn)正常起停和運(yùn)行操作外，尤其要求能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)顯示異常運(yùn)行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并提供相應(yīng)的操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施，保證電氣系統(tǒng)自動(dòng)控制在最安全合理的工況下工作。
2 電氣系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的范圍
根據(jù)單元機(jī)組的運(yùn)行和電氣控制的特點(diǎn)，在工程的應(yīng)用中采用將發(fā)電機(jī)—變壓器組和廠(chǎng)用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入DCS監(jiān)控。
從升壓站(不包括升壓站)至電廠(chǎng)側(cè)的所有主廠(chǎng)房?jī)?nèi)電氣系統(tǒng)均納入DCS監(jiān)控，主要系統(tǒng)歸納為：
發(fā)變組系統(tǒng)(不包括變壓器本身的通風(fēng)系統(tǒng))；
發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；
高壓廠(chǎng)用電源系統(tǒng)(包括廠(chǎng)用電源正常切換)；
低壓廠(chǎng)用電源系統(tǒng)和400VPC；
高壓?jiǎn)ⅲ瘋渥冸娫聪到y(tǒng)(2臺(tái)機(jī)共用)；
柴油發(fā)電機(jī)組和保安電源(僅監(jiān)視)；
直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)(僅監(jiān)視)；
自動(dòng)同期系統(tǒng)；
廠(chǎng)用電快切系統(tǒng)。
電氣主要保護(hù)安全自動(dòng)裝置因要求DCS實(shí)現(xiàn)其功能目前尚有一定的難度，并且要增加相當(dāng)大的費(fèi)用。原則上不要求通過(guò)DCS實(shí)現(xiàn)其功能，仍保留其裝置，但它們與DCS之間要有接口，常規(guī)方式采用硬接口。保留的保護(hù)自動(dòng)專(zhuān)用裝置主要有如下：
發(fā)變組保護(hù)裝置；
自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置(ASS)；
自動(dòng)電壓調(diào)整裝置(AVR)；
廠(chǎng)用電快切裝置；
故障錄波裝置。
主廠(chǎng)房外輔助系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)如輸煤、化水、制氫、電除塵等暫不納入DCS系統(tǒng)中。
3 電氣系統(tǒng)納入DCS控制水平及技術(shù)要求
機(jī)組整套啟動(dòng)時(shí)從鍋爐點(diǎn)火至發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶初始負(fù)荷夠?qū)崿F(xiàn)全過(guò)程的自動(dòng)程序控制。(當(dāng)然可以設(shè)有限幾個(gè)斷點(diǎn)人工分析判斷決定后介入操作)，或機(jī)組停機(jī)時(shí)DCS能安全停機(jī)。
機(jī)組自啟?？刂频囊笫牵?BR> 機(jī)組正常起動(dòng)時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，DCS將投入AVR。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到額定值時(shí)，DCS將投入同期裝置。發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的同期是由同期裝置自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，在同期過(guò)程中通過(guò)DCS控制AVR、DEH，當(dāng)同期條件滿(mǎn)足時(shí)，向發(fā)電機(jī)斷路器發(fā)合閘指令。在同期合閘成功，發(fā)電機(jī)電負(fù)荷達(dá)到一定值之后，DCS將高壓廠(chǎng)用電系統(tǒng)快速?gòu)膯渥兦袚Q到高壓廠(chǎng)變上。
機(jī)組正常停機(jī)時(shí)，DCS控制降低機(jī)組負(fù)荷，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降到某一定值時(shí)，DCS將高壓廠(chǎng)用電系統(tǒng)快速切換到啟／備變系統(tǒng)供電；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)降到零，跳開(kāi)主開(kāi)關(guān)，聯(lián)跳汽輪機(jī)(主汽門(mén)關(guān)閉)，發(fā)電機(jī)滅磁。
對(duì)于廠(chǎng)用電源系統(tǒng)控制的要求是：
在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)通過(guò)啟／備變向廠(chǎng)用負(fù)荷供電；在機(jī)組正常用電時(shí)，由廠(chǎng)變供電并經(jīng)低壓廠(chǎng)變向400VMCC低壓負(fù)荷供電以啟動(dòng)機(jī)組所必需的輔機(jī)；在廠(chǎng)用電消失時(shí)，為了保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)的安全，廠(chǎng)用電快切裝置應(yīng)快速將廠(chǎng)用工作負(fù)荷自動(dòng)切換至啟／備變；當(dāng)確認(rèn)保安段母線(xiàn)失壓后，應(yīng)啟動(dòng)事故備用柴油機(jī)供電以保證設(shè)備安全。
依據(jù)以上控制水平的要求，電氣監(jiān)控納入DCS技術(shù)的要求是：
（1）發(fā)電機(jī)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)程序控制和軟手操控制使發(fā)電機(jī)由零起升速、升壓直到并網(wǎng)帶初始負(fù)荷。
?。?）廠(chǎng)用電系統(tǒng)能按啟動(dòng)／停止階段和正常運(yùn)行階段的要求程序控制和軟手操來(lái)實(shí)現(xiàn)。
?。?）能實(shí)時(shí)顯示和記錄上述發(fā)變組系統(tǒng)和廠(chǎng)用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行、異常運(yùn)行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并提供操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施。
?。?）單元機(jī)組(爐機(jī)電)實(shí)現(xiàn)全CRT監(jiān)控。
4 對(duì)DCS軟件、硬件要求
為了較好地說(shuō)明電氣納入DCS對(duì)軟件、硬件的要求，特別是為了對(duì)軟件作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，擬定工程規(guī)模為2臺(tái)單元機(jī)組，電氣主接線(xiàn)采用發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線(xiàn)，接至220kV／500kV配電系統(tǒng)，主廠(chǎng)房6kV高壓廠(chǎng)用母線(xiàn)采用設(shè)兩工作段及專(zhuān)用公用段的接線(xiàn)方式。
4．1 對(duì)硬件配置的要求
按傳統(tǒng)功能劃分，電氣納入DCS監(jiān)控之后，其功能可分為數(shù)據(jù)采集(DAS)和順序控制(SCS)兩部分，由于電氣量同熱工量相比并沒(méi)有特別的要求，而相對(duì)動(dòng)作速度快、可靠性高的控制功能通過(guò)保留的電氣專(zhuān)用裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此原則上對(duì)DCS的硬件無(wú)特殊要求。對(duì)硬件的配置要求同熱工一致，其功能分別融入DCS的功能之中。但基于歷史的原因DCS由熱工人員負(fù)責(zé)，而熱工人員對(duì)電氣的控制原理知之不多，在設(shè)計(jì)、調(diào)試、生產(chǎn)維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)中，這部分工作仍需電氣人員來(lái)完成。加上在工程建設(shè)過(guò)程中電氣有關(guān)廠(chǎng)用電受電部分需提前調(diào)試投入運(yùn)行，在電氣的控制功能部分即順序控制(SCS)仍建議設(shè)置電氣單獨(dú)的控制器，便于實(shí)際工作的順利進(jìn)行。其數(shù)據(jù)采集部分要求同熱工融為一體。
4．2 對(duì)軟件功能描述
4．2．1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS功能
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)應(yīng)連續(xù)采集和處理所有與電氣系統(tǒng)有關(guān)的重要測(cè)點(diǎn)信號(hào)及設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，以便及時(shí)向操作人員提供有關(guān)的運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全運(yùn)行。一旦機(jī)組發(fā)生任何異常工況，及時(shí)報(bào)警，提高機(jī)組的可利用率。一般有下列功能。
?。?）顯示：包括操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、趨勢(shì)顯示、報(bào)警顯示等。
（2）制表記錄：包括定期記錄、事故追憶記錄、事件順序(SOE)記錄、跳閘一覽等。
（3）歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索。
?。?）二次計(jì)算與機(jī)組性能。
4．2．2 順序控制系統(tǒng)SCS(G／A）功能
電氣部分順序控制主要由3個(gè)功能組組成：
（1）發(fā)電機(jī)—變壓器功能組，它包括下列順序控制子組項(xiàng)：
發(fā)—變組高壓側(cè)斷路器及刀閘子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括發(fā)—變組高壓側(cè)斷器及高壓側(cè)Ⅰ母及Ⅱ母隔離開(kāi)關(guān)等；
同期子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括發(fā)電機(jī)同期系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)的自動(dòng)同期控制由電氣專(zhuān)用裝置(ASS)完成，DCS應(yīng)留有操作窗；
勵(lì)磁子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及AVR等。
（2）廠(chǎng)用電源功能組，它包括下列順序控制子組項(xiàng)：
高壓廠(chǎng)用電源子組項(xiàng)：該子項(xiàng)包括高壓廠(chǎng)用工作及備用分支等；
低壓廠(chǎng)用電源子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括6kV所聯(lián)接的廠(chǎng)用變壓器的6 kV側(cè)斷路器、380V側(cè)斷路器及380V側(cè)分段斷路器等；
保安電源子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括保安段的工作及備用進(jìn)線(xiàn)的斷路器、儀控變進(jìn)線(xiàn)斷路器及儀控分段斷路器等；
廠(chǎng)用電快切子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括廠(chǎng)用電正?？烨醒b置功能。
?。?）廠(chǎng)用公用及備用電源功能組，它包括下列順序控制子組項(xiàng)：
高壓?jiǎn)?dòng)／備用電源子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括啟／備變高壓側(cè)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及6kV側(cè)斷路器、啟／備變有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)等；
低壓廠(chǎng)用公用段子組項(xiàng)：該子組項(xiàng)包括6kV所聯(lián)接的變壓器6kV側(cè)斷路器、380V側(cè)斷路器及380V側(cè)分?jǐn)嗦菲鞯取?BR> 5 后備監(jiān)控設(shè)備的配置
根據(jù)已建成300MW機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，九江、信陽(yáng)、益陽(yáng)電廠(chǎng)機(jī)爐控制中采用DCS以CRT和鍵盤(pán)監(jiān)控為中心后，盡可能地減少控制盤(pán)臺(tái)上的顯示儀表、操作器／開(kāi)關(guān)、報(bào)警窗等，僅保留的后備監(jiān)控設(shè)備為：
?。?）模擬量信號(hào)全部進(jìn)DCS顯示，盤(pán)上僅保留少量顯示儀表。
（2）只保留少量的重要電氣開(kāi)關(guān)并取消電氣控制屏／盤(pán)，控制功能在DCS實(shí)現(xiàn)。關(guān)于手動(dòng)同期開(kāi)關(guān)的保留與否，由于自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置產(chǎn)品的可靠性已越來(lái)越高，建議取消手動(dòng)同期開(kāi)關(guān)。保留的后備手操開(kāi)關(guān)為：發(fā)變組斷路器緊急跳閘按鈕；發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)跳閘按鈕；柴油發(fā)電機(jī)緊急按鈕。
?。?）報(bào)警光字牌數(shù)量保留20個(gè)左右，與熱工報(bào)警合并在一起，既減少了設(shè)備的種類(lèi)，又便于布置。
6 公用系統(tǒng)控制方式
對(duì)于2臺(tái)機(jī)組的公用系統(tǒng)，如廠(chǎng)用公用及備用電源系統(tǒng)等與熱工控制系統(tǒng)一樣，DCS的配置能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組停止時(shí)，另一臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行人員能對(duì)公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并且要求采用可靠的措施，確保其控制命令的唯一性，即在同一時(shí)間只允許一套DCS系統(tǒng)對(duì)公用設(shè)備起控制作用。不能因?yàn)楣孟到y(tǒng)的存在，而使2臺(tái)機(jī)組的DCS耦合在一起。
在工程實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，依照DCS的特點(diǎn)采用了2種典型的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)公用系統(tǒng)的控制。九江三期的DCS是HITACHI公司生產(chǎn)的HIACS7000系統(tǒng)，在DCS的配置中，我們?cè)?臺(tái)機(jī)組中配置相同的硬件和軟件，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)操作權(quán)的轉(zhuǎn)換。外部設(shè)備的信號(hào)通過(guò)冗余配置(模擬量)或通過(guò)擴(kuò)展轉(zhuǎn)換(開(kāi)關(guān)量)分別送入2套DCS系統(tǒng)。同時(shí)因保證不出現(xiàn)誤操作事故，還增加了相當(dāng)部分的判據(jù)條件和I／0測(cè)點(diǎn)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)一臺(tái)機(jī)組停運(yùn)或檢修，可以較方便地對(duì)DCS進(jìn)行檢查，同時(shí)也增大了控制的可靠性，缺點(diǎn)是增加了外部設(shè)備的數(shù)量，增加了費(fèi)用。增加一個(gè)環(huán)節(jié)也就意味著增加了故障發(fā)生的可能。信陽(yáng)一期、益陽(yáng)一期的DCS是由Bailey公司提供的INFI-90系統(tǒng)，針對(duì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用了公用環(huán)，公用系統(tǒng)的控制全部通過(guò)公用環(huán)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。2套DCS通過(guò)Tagnumber來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，這樣較好地解決了耦合問(wèn)題。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是配置較少，外部設(shè)備也不用增加，有效地利用了信息資源；缺點(diǎn)是公用環(huán)的設(shè)備不能停電檢修，除非2臺(tái)機(jī)組均停機(jī)檢修，加重了設(shè)備運(yùn)行安全性的要求
7 DCS投入與廠(chǎng)用電受電工期配合
廠(chǎng)用電源控制納入DCS后，由于不設(shè)獨(dú)立于DCS的硬手操，而根據(jù)以往電廠(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，在倒送廠(chǎng)用電時(shí)，DCS一般尚未投運(yùn)，此時(shí)高壓?jiǎn)ⅲ瘋渥?、高／低壓廠(chǎng)用電源操作無(wú)法實(shí)現(xiàn)，故要求DCS設(shè)備安裝、調(diào)試及投運(yùn)在工期上予以配合。在廠(chǎng)用電設(shè)備安裝調(diào)試的同時(shí)，開(kāi)展了DCS的安裝調(diào)試，特別是與廠(chǎng)用電有關(guān)的子系統(tǒng)的調(diào)試，使其投運(yùn)在倒送廠(chǎng)用電之前，以滿(mǎn)足電氣倒送廠(chǎng)用電、廠(chǎng)內(nèi)各工藝系統(tǒng)的分部試運(yùn)行的要求
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