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案例頻道1．概述
火力發(fā)電廠機(jī)組自動(dòng)化由熱控自動(dòng)化和電氣自動(dòng)化兩大部分組成，多年來(lái)熱控自動(dòng)化得到了迅猛發(fā)展，我國(guó)從九十年代初開(kāi)始DCS引進(jìn)和試點(diǎn)工作，DCS經(jīng)過(guò)十多年的風(fēng)雨歷程， DCS在100MW以上火電機(jī)組中獲得了廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了DAS、MCS、SCS、DEH、FSSS（BMS）、BPS等功能，基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)組DCS一體化控制，使機(jī)爐的自動(dòng)化水平得到了迅速提高。與熱控自動(dòng)化相比，電氣自動(dòng)化就顯得極不協(xié)調(diào)，雖然電氣的繼電保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、自動(dòng)同期等裝置實(shí)現(xiàn)了微機(jī)化，但電氣的監(jiān)控仍處于常規(guī)儀表、光字牌、連鎖開(kāi)關(guān)、一對(duì)一的硬手操水平，而電氣的監(jiān)控水平?jīng)]有得到真正提高。隨著廠網(wǎng)分開(kāi)，電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的逐步形成，電廠對(duì)電氣控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，防止誤操作、提高電氣自動(dòng)化的安全可靠性以提到議事日程，為了使機(jī)組機(jī)、爐、電的控制水平協(xié)調(diào)一致，便于集中監(jiān)控管理，將電氣控制系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)已是勢(shì)在必行。
2．電氣控制系統(tǒng)納入DCS的必要性
（1） 原有電氣控制系統(tǒng)監(jiān)控手段落后，運(yùn)行人員的監(jiān)視和操作面大，不利于減人增效和競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的需要，為使機(jī)、爐、電的控制水平協(xié)調(diào)一致，便于集中監(jiān)控管理，將電氣控制系統(tǒng)納入DCS是勢(shì)在必行。
（2） 電氣的控制邏輯都是采用聯(lián)鎖控制開(kāi)關(guān)、中間繼電器、時(shí)間繼電器等硬接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，接觸點(diǎn)多，故障浮現(xiàn)率高，操作要求高，易誤操作，安全可靠性差。
（3）電氣的保護(hù)聯(lián)鎖、操作復(fù)雜，監(jiān)視困難，盡管有故障錄波器但因點(diǎn)數(shù)有限。
（4）電氣控制裝置相對(duì)獨(dú)立，接口難度大，不便于數(shù)據(jù)集中管理。
3．電氣控制系統(tǒng)納入DCS的可行性
DCS系統(tǒng)是七十年代中期國(guó)際上推出的一種新型控制系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和進(jìn)一步發(fā)展，除了大規(guī)模集成電路、微型技術(shù)計(jì)算機(jī)、圖形顯示技術(shù)、現(xiàn)代控制理論發(fā)展成果以外，其很重要的原因是有賴于信息傳輸技術(shù)和信息處理技術(shù)密切結(jié)合而產(chǎn)生的。這些先進(jìn)技術(shù)在DCS中得到了廣泛的應(yīng)用，使得DCS系統(tǒng)日趨成熟，更加完善。我國(guó)從八十年代中開(kāi)始引進(jìn)和試點(diǎn)工作，DCS經(jīng)過(guò)十多年的風(fēng)雨歷程，DCS在熱工控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用，取得了寶貴經(jīng)驗(yàn)。將電氣控制系統(tǒng)納入DCS分散控制系統(tǒng)是可行的，技術(shù)上不存在任何問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）DCS分散控制系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、危險(xiǎn)分散、可靠性高，實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)邏輯、控制策略容易，兼容性好，為機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。
（2）DCS分散控制系統(tǒng)已是成熟的定型產(chǎn)品，不論是國(guó)外的DCS系統(tǒng)還是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)，都有大量的成功應(yīng)用業(yè)績(jī)，產(chǎn)品質(zhì)量是有保證的。
（3）將電氣控制系統(tǒng)納入DCS，可充分發(fā)揮DCS的強(qiáng)大邏輯、保護(hù)、控制功能，使電氣的聯(lián)鎖保護(hù)、監(jiān)視操作更加方便，更加完善，更有效地提高整個(gè)電氣控制的安全可靠性。
（4）將電氣控制系統(tǒng)納入DCS后實(shí)現(xiàn)了參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、聯(lián)鎖保護(hù)、自動(dòng)控制、操作記錄、趨勢(shì)顯示和分析，監(jiān)視操作直觀，便于數(shù)據(jù)集中管理。
（5） DCS系統(tǒng)經(jīng)過(guò)十幾年的使用，廣大技術(shù)人員以基本掌握了DCS分散控制系統(tǒng)的技術(shù)性能，積累了豐富的設(shè)計(jì)、組態(tài)、調(diào)試、使用方面的經(jīng)驗(yàn)。將電氣控制系統(tǒng)納入DCS是有成功把握的。
4．將電氣控制系統(tǒng)納入DCS改造的總體思路
電氣控制系統(tǒng)納入DCS分散控制系統(tǒng)改造的總體思路是取消一對(duì)一強(qiáng)電控制的BTG盤和操作臺(tái)，電氣、熱控系統(tǒng)經(jīng)DCS分散控制系統(tǒng)改造后，使控制系統(tǒng)和控制室的面貌煥然一新，通過(guò)六臺(tái)操作員站對(duì)整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)盡收眼底，一目了然，對(duì)機(jī)組的監(jiān)視、操作更加簡(jiǎn)單、直觀、可靠，改造前機(jī)組各參數(shù)決大部分都是以瞬間指示為主，改造后機(jī)組各參數(shù)錄入歷史站保存，為現(xiàn)代化管理提供大量機(jī)組數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組的在線信息管理、可靠性管理、狀態(tài)檢修等，通過(guò)現(xiàn)代化管理來(lái)提高企業(yè)效益。
5．電氣控制系統(tǒng)納入DCS改造的范圍及實(shí)現(xiàn)的功能
5．1 發(fā)電機(jī)－變壓器組監(jiān)控
發(fā)電機(jī)－變壓器組監(jiān)控包括發(fā)變組高壓側(cè)斷路器、勵(lì)磁系統(tǒng)的滅磁開(kāi)關(guān)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)關(guān)、整流柜開(kāi)關(guān)、AVR增、減磁控制，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、解列程序控制和軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無(wú)功、電能、溫度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖跳閘，發(fā)電機(jī)順序并網(wǎng)、順序解列，無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)，失磁快減等功能。
5．2 廠用電系統(tǒng)的監(jiān)控
廠用電系統(tǒng)的監(jiān)控包括高壓廠用電源系統(tǒng)的高壓廠用電源變壓器（斷路器）、高壓?jiǎn)?備變壓器（斷路器）、低壓廠用電源系統(tǒng)的單元低壓、公用低壓變壓器（斷路器）、交流380V/220V保安電源系統(tǒng)的進(jìn)出線斷路器等開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖、閉鎖程序控制和軟手操控制，公用系統(tǒng)的聯(lián)鎖、閉鎖控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無(wú)功、電能、溫度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、直流電源和UPS電源等監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖、閉鎖控制，廠用電源備自投（BZT）功能。
5.3繼電保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控
繼電保護(hù)系統(tǒng)其原理復(fù)雜、專業(yè)性強(qiáng)，在火力發(fā)電廠中占據(jù)非常重要的地位，因此對(duì)各種保護(hù)的可靠性、速動(dòng)性及各保護(hù)之間的選擇性都有嚴(yán)格的要求，長(zhǎng)期以來(lái)，廣大技術(shù)人員在防止繼電保護(hù)誤動(dòng)和柜動(dòng)上花費(fèi)了大量的人力、物力，對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)長(zhǎng)期的實(shí)踐和不斷的改進(jìn)完善，基本上滿足了速度快捷，安全可靠性的要求。將電氣系統(tǒng)納入DCS分散控制系統(tǒng)的首要原則是滿足（火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程、繼電保護(hù)等有關(guān)規(guī)程）的要求，保證電氣系統(tǒng)納入DCS后的安全可靠性。不是將所有電氣系統(tǒng)都由DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)，取消所有的繼電保護(hù)和專用裝置。就DCS分散控制系統(tǒng)而言，I/O點(diǎn)數(shù)龐大，數(shù)據(jù)處理運(yùn)算復(fù)雜，還有大量的通訊信息，將繼電保護(hù)的功能用傳統(tǒng)的I/O卡件采集信息→DPU中處理→I/O卡件輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)，在時(shí)間上絕對(duì)滿足不了要求，目前不論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的DCS分散控制系統(tǒng)，還不能滿足繼電保護(hù)系統(tǒng)的靈敏性、速動(dòng)性、準(zhǔn)確性、安全可靠性的要求，因此，在對(duì)電氣控制系統(tǒng)納入DCS改造中保留了電氣繼電保護(hù)系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性，只將各保護(hù)動(dòng)作的輸出通過(guò)硬接線方式進(jìn)入DCS進(jìn)行紀(jì)錄和監(jiān)視。
5．4 勵(lì)磁系統(tǒng)的監(jiān)控
勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要組成部分，它的主要任務(wù)是向發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組提供一個(gè)可調(diào)節(jié)的直流電流，以建立直流磁場(chǎng)。它不僅控制發(fā)電機(jī)發(fā)出的電勢(shì)、端電壓，而且還要控制發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率、功率因數(shù)、電流等參量，已滿足發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的需要。勵(lì)磁系統(tǒng)的安全可靠性是非常重要的，直接關(guān)系到電網(wǎng)和機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，在電氣控制系統(tǒng)改造中仍采用原有的專用勵(lì)磁裝置，通過(guò)硬接線方式與DCS接口，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、解列程序控制、失磁快減和軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無(wú)功、電能等參數(shù)監(jiān)測(cè)的功能。
5．5 自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置（ASS）的監(jiān)控
發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的同期并列操作是電氣運(yùn)行中最復(fù)雜、最重要的操作，發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)過(guò)程中，必須滿足（1）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的相序必須相同；（2）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓接近相等；（3）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的頻率接近相等；(4) 發(fā)電機(jī)電壓和電網(wǎng)電壓的相位接近相等。否則將發(fā)生非同期并列事故，嚴(yán)重時(shí)損壞發(fā)電機(jī)的定子繞組或造成大軸損壞事故。因此，在電氣控制系統(tǒng)改造中仍采用專用的自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置（ASS），通過(guò)硬接線方式與DCS接口，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、解列程序控制、軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無(wú)功等參數(shù)監(jiān)測(cè)的功能。
5．6 直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)的監(jiān)控
直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)納入DCS后只是監(jiān)視，不參與控制；對(duì)直流系統(tǒng)的母線電壓、充電器工作狀態(tài)；UPS充電電流、工作狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視、報(bào)警。
6．電氣控制系統(tǒng)納入DCS后的改造效果
電氣控制系統(tǒng)經(jīng)DCS改造后，取消了常規(guī)監(jiān)視儀表、一對(duì)一的硬手操開(kāi)關(guān)、聯(lián)鎖保護(hù)機(jī)械開(kāi)關(guān)、中間繼電器、時(shí)間繼電器等，所有回路的硬接線、邏輯功能通過(guò)軟件組態(tài)來(lái)完成，實(shí)現(xiàn)了各種動(dòng)力設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)調(diào)節(jié)、順序控制、數(shù)據(jù)管理(實(shí)時(shí)顯示、操作記錄、報(bào)警、報(bào)表、趨勢(shì)、歷史數(shù)據(jù))等功能，完成了各種鳳機(jī)、水泵的順序啟停等程控功能；發(fā)電機(jī)－變壓器組、勵(lì)磁系統(tǒng)、公用系統(tǒng)變壓器、廠用電系統(tǒng)（包括廠備用電源）開(kāi)關(guān)的控制、聯(lián)鎖自投，發(fā)電機(jī)順序并網(wǎng)、解列，無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)，失磁快減等功能。將ECS納入DCS系統(tǒng)后，從根本上改善了電氣控制環(huán)境、提高了電氣自動(dòng)化控制水平。提高了機(jī)組安全可靠性，減少了設(shè)備的維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用，提高了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。
7. 結(jié)束語(yǔ)
雖然老機(jī)組自動(dòng)化改造需花費(fèi)大量的人力、物力和資金，但通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造的牽頭效應(yīng)，使機(jī)組的主輔設(shè)備都得到了更深層次的治理，尤其將ECS納入DCS系統(tǒng)后，從根本上改善了電氣的控制環(huán)境、提高了電氣自動(dòng)化控制水平。改造后所產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟(jì)效益在不同程度上補(bǔ)償了投資費(fèi)用，不久將收回投資，而且換來(lái)了良好的設(shè)備性能，提高了機(jī)組整體自動(dòng)化水平，確保了機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為今后參與電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)打下了良好的基礎(chǔ)。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)