今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道1．概述
火力發電廠機組自動化由熱控自動化和電氣自動化兩大部分組成，多年來熱控自動化得到了迅猛發展，我國從九十年代初開始DCS引進和試點工作，DCS經過十多年的風雨歷程， DCS在100MW以上火電機組中獲得了廣泛的應用，實現了DAS、MCS、SCS、DEH、FSSS（BMS）、BPS等功能，基本實現了機組DCS一體化控制，使機爐的自動化水平得到了迅速提高。與熱控自動化相比，電氣自動化就顯得極不協調，雖然電氣的繼電保護、勵磁調節、自動同期等裝置實現了微機化，但電氣的監控仍處于常規儀表、光字牌、連鎖開關、一對一的硬手操水平，而電氣的監控水平沒有得到真正提高。隨著廠網分開，電力市場競爭的逐步形成，電廠對電氣控制系統和保護系統的要求越來越高，防止誤操作、提高電氣自動化的安全可靠性以提到議事日程，為了使機組機、爐、電的控制水平協調一致，便于集中監控管理，將電氣控制系統納入DCS系統已是勢在必行。
2．電氣控制系統納入DCS的必要性
（1） 原有電氣控制系統監控手段落后，運行人員的監視和操作面大，不利于減人增效和競價上網的需要，為使機、爐、電的控制水平協調一致，便于集中監控管理，將電氣控制系統納入DCS是勢在必行。
（2） 電氣的控制邏輯都是采用聯鎖控制開關、中間繼電器、時間繼電器等硬接線方式來實現，接觸點多，故障浮現率高，操作要求高，易誤操作，安全可靠性差。
（3）電氣的保護聯鎖、操作復雜，監視困難，盡管有故障錄波器但因點數有限。
（4）電氣控制裝置相對獨立，接口難度大，不便于數據集中管理。
3．電氣控制系統納入DCS的可行性
DCS系統是七十年代中期國際上推出的一種新型控制系統，DCS系統的實現和進一步發展，除了大規模集成電路、微型技術計算機、圖形顯示技術、現代控制理論發展成果以外，其很重要的原因是有賴于信息傳輸技術和信息處理技術密切結合而產生的。這些先進技術在DCS中得到了廣泛的應用，使得DCS系統日趨成熟，更加完善。我國從八十年代中開始引進和試點工作，DCS經過十多年的風雨歷程，DCS在熱工控制系統中獲得了廣泛的應用，取得了寶貴經驗。將電氣控制系統納入DCS分散控制系統是可行的，技術上不存在任何問題，主要體現在以下幾個方面：
（1）DCS分散控制系統具有功能強、危險分散、可靠性高，實現各種保護邏輯、控制策略容易，兼容性好，為機組的安全、穩定、經濟運行提供了保障。
（2）DCS分散控制系統已是成熟的定型產品，不論是國外的DCS系統還是國內生產的DCS系統，都有大量的成功應用業績，產品質量是有保證的。
（3）將電氣控制系統納入DCS，可充分發揮DCS的強大邏輯、保護、控制功能，使電氣的聯鎖保護、監視操作更加方便，更加完善，更有效地提高整個電氣控制的安全可靠性。
（4）將電氣控制系統納入DCS后實現了參數自動檢測、聯鎖保護、自動控制、操作記錄、趨勢顯示和分析，監視操作直觀，便于數據集中管理。
（5） DCS系統經過十幾年的使用，廣大技術人員以基本掌握了DCS分散控制系統的技術性能，積累了豐富的設計、組態、調試、使用方面的經驗。將電氣控制系統納入DCS是有成功把握的。
4．將電氣控制系統納入DCS改造的總體思路
電氣控制系統納入DCS分散控制系統改造的總體思路是取消一對一強電控制的BTG盤和操作臺，電氣、熱控系統經DCS分散控制系統改造后，使控制系統和控制室的面貌煥然一新，通過六臺操作員站對整個機組的運行狀態盡收眼底，一目了然，對機組的監視、操作更加簡單、直觀、可靠，改造前機組各參數決大部分都是以瞬間指示為主，改造后機組各參數錄入歷史站保存，為現代化管理提供大量機組數據，可實現機組的在線信息管理、可靠性管理、狀態檢修等，通過現代化管理來提高企業效益。
5．電氣控制系統納入DCS改造的范圍及實現的功能
5．1 發電機－變壓器組監控
發電機－變壓器組監控包括發變組高壓側斷路器、勵磁系統的滅磁開關、勵磁調節器開關、整流柜開關、AVR增、減磁控制，發電機并網、解列程序控制和軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無功、電能、溫度、開關狀態等監測。實現了勵磁系統開關的聯鎖跳閘，發電機順序并網、順序解列，無功自動調節，失磁快減等功能。
5．2 廠用電系統的監控
廠用電系統的監控包括高壓廠用電源系統的高壓廠用電源變壓器（斷路器）、高壓啟/備變壓器（斷路器）、低壓廠用電源系統的單元低壓、公用低壓變壓器（斷路器）、交流380V/220V保安電源系統的進出線斷路器等開關的聯鎖、閉鎖程序控制和軟手操控制，公用系統的聯鎖、閉鎖控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無功、電能、溫度、開關狀態、直流電源和UPS電源等監測。實現了開關的聯鎖、閉鎖控制，廠用電源備自投（BZT）功能。
5.3繼電保護系統的監控
繼電保護系統其原理復雜、專業性強，在火力發電廠中占據非常重要的地位，因此對各種保護的可靠性、速動性及各保護之間的選擇性都有嚴格的要求，長期以來，廣大技術人員在防止繼電保護誤動和柜動上花費了大量的人力、物力，對保護裝置進行改進，經長期的實踐和不斷的改進完善，基本上滿足了速度快捷，安全可靠性的要求。將電氣系統納入DCS分散控制系統的首要原則是滿足（火力發電廠設計技術規程、繼電保護等有關規程）的要求，保證電氣系統納入DCS后的安全可靠性。不是將所有電氣系統都由DCS來實現，取消所有的繼電保護和專用裝置。就DCS分散控制系統而言，I/O點數龐大，數據處理運算復雜，還有大量的通訊信息，將繼電保護的功能用傳統的I/O卡件采集信息→DPU中處理→I/O卡件輸出來實現，在時間上絕對滿足不了要求，目前不論是國外還是國內生產的DCS分散控制系統，還不能滿足繼電保護系統的靈敏性、速動性、準確性、安全可靠性的要求，因此，在對電氣控制系統納入DCS改造中保留了電氣繼電保護系統的相對獨立性，只將各保護動作的輸出通過硬接線方式進入DCS進行紀錄和監視。
5．4 勵磁系統的監控
勵磁系統是同步發電機的一個重要組成部分，它的主要任務是向發電機勵磁繞組提供一個可調節的直流電流，以建立直流磁場。它不僅控制發電機發出的電勢、端電壓，而且還要控制發電機的無功功率、功率因數、電流等參量，已滿足發電機正常運行的需要。勵磁系統的安全可靠性是非常重要的，直接關系到電網和機組的安全穩定運行，因此，在電氣控制系統改造中仍采用原有的專用勵磁裝置，通過硬接線方式與DCS接口，實現發電機并網、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、無功、電能等參數監測的功能。
5．5 自動準同期裝置（ASS）的監控
發電機和電網的同期并列操作是電氣運行中最復雜、最重要的操作，發電機在并網過程中，必須滿足（1）發電機和電網的相序必須相同；（2）發電機和電網的電壓接近相等；（3）發電機和電網的頻率接近相等；(4) 發電機電壓和電網電壓的相位接近相等。否則將發生非同期并列事故，嚴重時損壞發電機的定子繞組或造成大軸損壞事故。因此，在電氣控制系統改造中仍采用專用的自動準同期裝置（ASS），通過硬接線方式與DCS接口，實現發電機并網、解列程序控制、軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無功等參數監測的功能。
5．6 直流系統和UPS系統的監控
直流系統和UPS系統納入DCS后只是監視，不參與控制；對直流系統的母線電壓、充電器工作狀態；UPS充電電流、工作狀態等進行監視、報警。
6．電氣控制系統納入DCS后的改造效果
電氣控制系統經DCS改造后，取消了常規監視儀表、一對一的硬手操開關、聯鎖保護機械開關、中間繼電器、時間繼電器等，所有回路的硬接線、邏輯功能通過軟件組態來完成，實現了各種動力設備的數據采集、自動調節、順序控制、數據管理(實時顯示、操作記錄、報警、報表、趨勢、歷史數據)等功能，完成了各種鳳機、水泵的順序啟停等程控功能；發電機－變壓器組、勵磁系統、公用系統變壓器、廠用電系統（包括廠備用電源）開關的控制、聯鎖自投，發電機順序并網、解列，無功自動調節，失磁快減等功能。將ECS納入DCS系統后，從根本上改善了電氣控制環境、提高了電氣自動化控制水平。提高了機組安全可靠性，減少了設備的維護量和維護費用，提高了電廠的經濟效益。
7. 結束語
雖然老機組自動化改造需花費大量的人力、物力和資金，但通過自動化控制系統改造的牽頭效應，使機組的主輔設備都得到了更深層次的治理，尤其將ECS納入DCS系統后，從根本上改善了電氣的控制環境、提高了電氣自動化控制水平。改造后所產生的綜合經濟效益在不同程度上補償了投資費用，不久將收回投資，而且換來了良好的設備性能，提高了機組整體自動化水平，確保了機組安全、穩定、經濟運行，為今后參與電力市場的競爭打下了良好的基礎。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號