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張軍 李楠
在電力市場飛速發(fā)展的今天，隨著電力體制改革的進(jìn)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(tǒng)（DCS）已經(jīng)成為50MW以上機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)配置;加之企業(yè)為了適應(yīng)現(xiàn)代管理的需要，采用信息技術(shù)、建立SIS（實(shí)時信息系統(tǒng)）、MIS（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）已成為必然趨勢。為了適應(yīng)“廠網(wǎng)分家，競價上網(wǎng)”這一新的形勢，最大限度的提高機(jī)組的控制水平，發(fā)展DCS系統(tǒng)，建立信息共享、管理、決策平臺，已成為必然趨勢。
目前大多數(shù)電廠都采用側(cè)重于鍋爐、汽機(jī)自動化控制的DCS系統(tǒng)。常規(guī)的DCS系統(tǒng)主要有以下子系統(tǒng)組成：DAS（數(shù)字采集系統(tǒng)）、MCS（模擬量控制系統(tǒng)）、SCS（順序控制系統(tǒng)）、FSSS（鍋爐安全監(jiān)視系統(tǒng)）、DEH（數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）、ETS（汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)）、ECS（電氣控制系統(tǒng)），MEH（小汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）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(yīng)快速性），對電氣部分的自動化運(yùn)行考慮較少。一般情況下，廠用電氣系統(tǒng)的主要保護(hù)、安全自動裝置，如發(fā)電機(jī)－變壓器組保護(hù)、同期裝置等基本獨(dú)立運(yùn)行，與DCS系統(tǒng)間進(jìn)行很有限的信息交換，造成資源浪費(fèi)；與輔機(jī)有關(guān)的電氣設(shè)備，如6kV、400V電動機(jī)等，其基本控制由DCS系統(tǒng)完成，但電氣人員關(guān)心的測量、保護(hù)動作、整定、事故追憶等信息在DCS系統(tǒng)中卻無法反應(yīng)。提高這些設(shè)備及整個電氣系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平，將直接關(guān)系到電廠運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)性，影響電廠在發(fā)電市場上的競爭能力。發(fā)電廠電氣監(jiān)控及自動化融入整個電廠的監(jiān)控系統(tǒng)成為電廠的迫切需要。普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，電氣系統(tǒng)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(diǎn)”收費(fèi)的“硬接線”方式。
1 電氣控制對象的特點(diǎn)和要求
電氣控制量與熱工控制量相比在控制要求及運(yùn)行過程中有著很多不同點(diǎn)，電氣的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：
(1) 電氣控制系統(tǒng)相對熱機(jī)設(shè)備而言控制信息采集量小、對象少，操作頻率低，但強(qiáng)調(diào)快速性、準(zhǔn)確性；
(2) 電氣設(shè)備保護(hù)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(tǒng)控制處理信息量大，系統(tǒng)復(fù)雜，以過程控制為主；電氣控制系統(tǒng)（ECS）主要以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和順序控制為主，聯(lián)鎖保護(hù)較多。
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)自動控制在最安全合理的工況下工作。
2 常規(guī)ECS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能和水平
目前，大多數(shù)電廠和DCS廠家所實(shí)現(xiàn)的ECS控制功能主要局限在以下幾個方面：
(1) 監(jiān)視部分 發(fā)電機(jī)―變壓器組系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)，高、低壓廠用電系統(tǒng)及備用電源系統(tǒng)，220V直流系統(tǒng)和UPS電源系統(tǒng)，電氣公用系統(tǒng)，所控電氣設(shè)備開關(guān)、閘刀的狀態(tài)監(jiān)視；中央信號及事故報(bào)警，事故記錄及追憶功能。
(2) 控制部分 發(fā)電機(jī)―變壓器組單元電氣一次設(shè)備的控制、聯(lián)鎖，發(fā)電機(jī)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(tǒng)管理；220kV斷路器、隔離開關(guān)的控制。
應(yīng)該說在傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)中對電氣量的監(jiān)視、控制非常有限，尤其是對電氣專用智能設(shè)備信息的采集更是少之又少，致使這些設(shè)備各自為政，對運(yùn)行人員來說，無法在操作員站的監(jiān)視器上了解相關(guān)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(jìn)DCS系統(tǒng)；或者采用硬接線的方式接入DCS系統(tǒng)，使系統(tǒng)復(fù)雜、投資增加和資源浪費(fèi)。
近幾年，電氣專用設(shè)備朝智能化、小型化、多功能、信息量大的方向發(fā)展。電氣專用設(shè)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(xiàn)場總線接口的高可靠性能的產(chǎn)品。加之這些廠家也推出了自主知識產(chǎn)權(quán)的電氣綜合自動化系統(tǒng)，使ECS功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)電氣綜合自動化，同時保證電氣系統(tǒng)的相對獨(dú)立性的條件已經(jīng)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(kuò)展后的ECS系統(tǒng)
3.1 設(shè)計(jì)原則
對于發(fā)電機(jī)組和廠用電部分的操作，運(yùn)行人員可以在ECS系統(tǒng)的運(yùn)行工作站上實(shí)現(xiàn)，也可以在DCS的監(jiān)控CRT（或LCD）上實(shí)現(xiàn)。ECS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的接口，從DCS的角度看相當(dāng)于擴(kuò)展了DCS的控制范圍，同時為廠用電系統(tǒng)提供了繼電保護(hù)功能和保護(hù)信息管理功能。
(1) 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)原則：保護(hù)測控裝置的高可靠性滿足IEC61000-4的四級標(biāo)準(zhǔn)，重要設(shè)備和關(guān)鍵環(huán)節(jié)考慮冗余設(shè)計(jì)，如發(fā)變組保護(hù)、通信服務(wù)器等；通訊網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)具有自診斷和糾錯功能；
(2) 系統(tǒng)的大容量實(shí)時數(shù)據(jù)庫，滿足大容量數(shù)據(jù)采集的要求；
(3) 系統(tǒng)的實(shí)時性設(shè)計(jì)原則：通訊網(wǎng)選用高速工業(yè)以太網(wǎng)／高速現(xiàn)場總線，通訊主控單元選用工業(yè)計(jì)算機(jī)和實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)，確保了系統(tǒng)的實(shí)時性；
(4) 通信服務(wù)器、通訊網(wǎng)絡(luò)采用冗余方式，每個控制設(shè)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(tǒng)正常運(yùn)行；
(5) 快速的主/備機(jī)故障切換機(jī)制；
(6) 嚴(yán)格的同步機(jī)制，確保主/備機(jī)數(shù)據(jù)的一致性。
3.2 電氣自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路
廠用電系統(tǒng)現(xiàn)場級（也叫現(xiàn)場應(yīng)用層）設(shè)備采用分散式就地安裝的集保護(hù)、測量、控制、通訊于一體的基于微處理器的微機(jī)綜合智能終端設(shè)備，如發(fā)變組保護(hù)裝置、微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)裝置、微機(jī)備用電源自投裝置、電動機(jī)綜合保護(hù)測控裝置、低壓變壓器保護(hù)測控裝置、廠用分支保護(hù)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(xiàn)場總線（或以太網(wǎng)）將這些終端設(shè)備的通信接口連接起來，構(gòu)成電氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過通信處理機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的分層管理；通信處理機(jī)（也叫通信管理層）進(jìn)而與廠用電監(jiān)控主站相連，最終由廠用電監(jiān)控主站（主控單元）連接至DCS
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