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張軍 李楠
在電力市場飛速發展的今天，隨著電力體制改革的進一步深入，對電廠的控制水平的定位，自動化水平的要求越來越高。分散控制系統（DCS）已經成為50MW以上機組的標準配置;加之企業為了適應現代管理的需要，采用信息技術、建立SIS（實時信息系統）、MIS（生產管理系統）已成為必然趨勢。為了適應“廠網分家，競價上網”這一新的形勢，最大限度的提高機組的控制水平，發展DCS系統，建立信息共享、管理、決策平臺，已成為必然趨勢。
目前大多數電廠都采用側重于鍋爐、汽機自動化控制的DCS系統。常規的DCS系統主要有以下子系統組成：DAS（數字采集系統）、MCS（模擬量控制系統）、SCS（順序控制系統）、FSSS（鍋爐安全監視系統）、DEH（數字電液調節系統）、ETS（汽機緊急跳閘系統）、ECS（電氣控制系統），MEH（小汽輪機電液調節系統）等，納入一體化集中管理。由于DCS廠家的歷史原因和電氣控制對象的特殊性（順序控制為主、響應快速性），對電氣部分的自動化運行考慮較少。一般情況下，廠用電氣系統的主要保護、安全自動裝置，如發電機－變壓器組保護、同期裝置等基本獨立運行，與DCS系統間進行很有限的信息交換，造成資源浪費；與輔機有關的電氣設備，如6kV、400V電動機等，其基本控制由DCS系統完成，但電氣人員關心的測量、保護動作、整定、事故追憶等信息在DCS系統中卻無法反應。提高這些設備及整個電氣系統的運行管理水平，將直接關系到電廠運行的安全經濟性，影響電廠在發電市場上的競爭能力。發電廠電氣監控及自動化融入整個電廠的監控系統成為電廠的迫切需要。普遍觀點認為，電氣系統接入DCS是一個趨勢，而且，在接入方式上，越來越多的考慮用通訊方式部分取代按“點”收費的“硬接線”方式。
1 電氣控制對象的特點和要求
電氣控制量與熱工控制量相比在控制要求及運行過程中有著很多不同點，電氣的主要特點表現為：
(1) 電氣控制系統相對熱機設備而言控制信息采集量小、對象少，操作頻率低，但強調快速性、準確性；
(2) 電氣設備保護自動裝置要求可靠性高，動作速度快；同時對抗干擾要求較高。
(3) 熱力系統控制處理信息量大，系統復雜，以過程控制為主；電氣控制系統（ECS）主要以數據采集系統和順序控制為主，聯鎖保護較多。
因此，機組的電氣系統納入DCS控制，要求控制系統具有很高的可靠性。除了能實現正常起停和運行操作外，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。
2 常規ECS系統的實現功能和水平
目前，大多數電廠和DCS廠家所實現的ECS控制功能主要局限在以下幾個方面：
(1) 監視部分 發電機―變壓器組系統，勵磁系統，高、低壓廠用電系統及備用電源系統，220V直流系統和UPS電源系統，電氣公用系統，所控電氣設備開關、閘刀的狀態監視；中央信號及事故報警，事故記錄及追憶功能。
(2) 控制部分 發電機―變壓器組單元電氣一次設備的控制、聯鎖，發電機程序起停，ASS的投切；廠用工作電源，高、低壓廠變與高、低壓備變之間的正常切換操作；電氣接地系統管理；220kV斷路器、隔離開關的控制。
應該說在傳統的DCS系統中對電氣量的監視、控制非常有限，尤其是對電氣專用智能設備信息的采集更是少之又少，致使這些設備各自為政，對運行人員來說，無法在操作員站的監視器上了解相關信息。有時不得不采用大量的電流、電壓變送器將部分模擬量采集進DCS系統；或者采用硬接線的方式接入DCS系統，使系統復雜、投資增加和資源浪費。
近幾年，電氣專用設備朝智能化、小型化、多功能、信息量大的方向發展。電氣專用設備制造廠家，如國電南瑞、國電南自、北京四方、許繼電氣、東大金智等廠家，紛紛推出了雙CPU（或三CPU）、智能型、帶現場總線接口的高可靠性能的產品。加之這些廠家也推出了自主知識產權的電氣綜合自動化系統，使ECS功能擴展，實現電氣綜合自動化，同時保證電氣系統的相對獨立性的條件已經成熟。只保留極少量的硬接線，全部采用通訊方式連接的模式已成為一種趨勢。
3 功能擴展后的ECS系統
3.1 設計原則
對于發電機組和廠用電部分的操作，運行人員可以在ECS系統的運行工作站上實現，也可以在DCS的監控CRT（或LCD）上實現。ECS系統與DCS系統的接口，從DCS的角度看相當于擴展了DCS的控制范圍，同時為廠用電系統提供了繼電保護功能和保護信息管理功能。
(1) 系統的可靠性設計原則：保護測控裝置的高可靠性滿足IEC61000-4的四級標準，重要設備和關鍵環節考慮冗余設計，如發變組保護、通信服務器等；通訊網絡采用雙網，網絡具有自診斷和糾錯功能；
(2) 系統的大容量實時數據庫，滿足大容量數據采集的要求；
(3) 系統的實時性設計原則：通訊網選用高速工業以太網／高速現場總線，通訊主控單元選用工業計算機和實時多任務操作系統，確保了系統的實時性；
(4) 通信服務器、通訊網絡采用冗余方式，每個控制設備可采用主/備雙通道，故障時自動切換，任何單一故障不影響系統正常運行；
(5) 快速的主/備機故障切換機制；
(6) 嚴格的同步機制，確保主/備機數據的一致性。
3.2 電氣自動化系統的設計思路
廠用電系統現場級（也叫現場應用層）設備采用分散式就地安裝的集保護、測量、控制、通訊于一體的基于微處理器的微機綜合智能終端設備，如發變組保護裝置、微機勵磁調節裝置、微機備用電源自投裝置、電動機綜合保護測控裝置、低壓變壓器保護測控裝置、廠用分支保護測控裝置、同期合閘裝置、廠用電快切裝置、小電流接地選線裝置等。用現場總線（或以太網）將這些終端設備的通信接口連接起來，構成電氣監控網絡，通過通信處理機實現設備的分層管理；通信處理機（也叫通信管理層）進而與廠用電監控主站相連，最終由廠用電監控主站（主控單元）連接至DCS
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