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作者簡(jiǎn)介：楊凌波（1975-），湖南東安人，電氣工程師，控制工程專業(yè)碩士研究生。
摘 要：本文介紹了電廠電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)（ECS）的范圍，結(jié)合工程實(shí)際的應(yīng)用情況分析了ECS在電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）中的控制特點(diǎn)、功能和要求，并就ECS在電廠DCS中應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式及其相應(yīng)的硬件配置、軟件功能等問題進(jìn)行了有益的探討，為以后同類工程提供借鑒。
關(guān)鍵詞：ECS；DCS；應(yīng)用
Abstract：This paper introduces the application domain of the power plant’s electrical controls system（ECS），analyses their characteristic，function and demand of the distributed controls system（DCS）applied in the power plant by the practical application.The realization manner，hardware configurations，and software functions of ECS’s applications in the DCS of power plant are discussed，which is helpful for the similar projects in the future.
Key words：ECS；DCS；Application
1 引言
隨著電廠中發(fā)電機(jī)組向大容量、高參數(shù)以及多單元發(fā)展，特別是以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的分散控制系統(tǒng)（DCS）技術(shù)不斷提高及其在國內(nèi)各類電廠廣泛應(yīng)用之后，實(shí)現(xiàn)爐、機(jī)、電集中管理，使電廠主控室爐、機(jī)、電控制水平協(xié)調(diào)發(fā)展，提高全廠的自動(dòng)化水平的需要越來越迫切。目前主流DCS基本都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）、鍋爐安全保護(hù)（FSSS）、燃燒器管理（BMS）、汽機(jī)緊急保護(hù)跳閘（ETS）、電液調(diào)節(jié)（DEH）等系統(tǒng)的控制、調(diào)節(jié)功能。而電廠中另一主要控制系統(tǒng)――電氣控制系統(tǒng)（ECS）仍然采用較常規(guī)的控制手段：使用獨(dú)立的電氣保護(hù)配套的監(jiān)控系統(tǒng)，配備專門的配電人員監(jiān)控，同時(shí)負(fù)責(zé)動(dòng)力變壓器；設(shè)置單獨(dú)的操作盤/臺(tái)，通過一對(duì)一硬手操方式，由鍋爐或汽機(jī)操作人員完成工藝過程中的電氣控制。爐、機(jī)控制與電氣控制日益顯得不協(xié)調(diào)，也越來越不能滿足工藝上數(shù)據(jù)共享的要求。為了解決這一矛盾，有效的辦法就是將ECS納入DCS之中，這樣既利用DCS已成熟的分散控制技術(shù)，提供相關(guān)工藝參數(shù)的全廠顯示，并且能將DCS中的報(bào)警與ECS的設(shè)備控制調(diào)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來，通過DCS強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力使電氣防誤操作、備自投等功能實(shí)現(xiàn)更方便、更完備，有效提高整個(gè)ECS的安全性和可靠性。同時(shí)還可以起到省投資、省人力、省主控制室面積，便于集控值班運(yùn)行的作用。
2 工程概述
廣東韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司熱電廠第二熱電站共3臺(tái)220t/h CFB鍋爐、2臺(tái)220t/h高爐煤氣鍋爐、2臺(tái)60MW汽輪發(fā)電機(jī)組、1臺(tái)37MW汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組和2臺(tái)43MW汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組。配套1座35kV區(qū)域變電站其中包括2臺(tái)升壓變和2臺(tái)配電變，2臺(tái)升壓變和2臺(tái)發(fā)電機(jī)組組成發(fā)變組。ECS監(jiān)控的范圍包括35kV區(qū)域變電站內(nèi)設(shè)備、2套發(fā)變組以及5臺(tái)鍋爐和2臺(tái)汽輪機(jī)的高低壓電氣輔機(jī)設(shè)備等。本文根據(jù)工程中具體實(shí)施過程，就ECS在電廠DCS中應(yīng)用的有關(guān)問題進(jìn)行分析和探討。
3 ECS在DCS中的應(yīng)用
3.1 DCS中ECS的監(jiān)控范圍
根據(jù)火電廠的工藝運(yùn)行以及電氣控制的要求，工程中主要有以下電氣設(shè)備被納入DCS中ECS的監(jiān)控范圍：
①發(fā)電機(jī)（包括發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開關(guān)柜、發(fā)電機(jī)本體及其冷卻系統(tǒng)等）；
②變壓器（包括與發(fā)電機(jī)組成發(fā)變組的變壓器、廠用動(dòng)力變壓器等）；
③高、低電動(dòng)機(jī)（包括鍋爐和汽機(jī)高、低壓電機(jī)本體，電機(jī)線圈及軸承溫度等）；
④高、低壓廠用電源系統(tǒng)（包括廠用高、低壓電源進(jìn)線柜、母聯(lián)柜和電源饋線柜等）；
⑤直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)（僅監(jiān)測(cè)）；
⑥繼電保護(hù)裝置的報(bào)文信息（僅監(jiān)視）。
按照該廠的規(guī)定，其中高、低壓電動(dòng)機(jī)的啟停操作和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)電流、線圈及軸承溫度等的監(jiān)視由鍋爐或汽機(jī)相關(guān)操作人員負(fù)責(zé)，其它部分的操作及監(jiān)視由電氣值班員負(fù)責(zé)。
3.2 DCS中ECS的特點(diǎn)
電氣系統(tǒng)與爐、機(jī)系統(tǒng)相比在控制要求及運(yùn)行過程中有著很多不同點(diǎn)，它的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：
①電氣設(shè)備相對(duì)爐、機(jī)設(shè)備而言控制對(duì)象少，操作頻率低，但其控制的準(zhǔn)確性、可靠性要求更高。傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)的控制操作都需要經(jīng)過嚴(yán)格的程序：接令－操作員操作－監(jiān)護(hù)人員確認(rèn)－操作指令發(fā)出，由此確保操作的準(zhǔn)確性和可靠性。而一般DCS程序中無此確認(rèn)程序，因此，ECS納入DCS中后，需要增加專門的監(jiān)護(hù)員的確認(rèn)程序。
②電氣設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作和調(diào)節(jié)要求可靠性更高，動(dòng)作速度更快。如電氣保護(hù)動(dòng)作速度要求在40ms以內(nèi)；同期和勵(lì)磁操作時(shí)，轉(zhuǎn)速、電壓和滑壓等的調(diào)節(jié)控制要求在5ms以內(nèi)，同步鑒定相位差5°～20°；高壓廠用電快切裝置快速切換時(shí)間一般小于60～80ms。因此，不能通過DCS中的ECS實(shí)現(xiàn)上述的電氣保護(hù)、調(diào)節(jié)功能，仍采用專門的繼電保護(hù)裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、高壓廠用電快切裝置等。但本工程中低壓設(shè)備大都有低電壓延時(shí)保護(hù)或取消了低壓脫扣，因此在ECS中實(shí)現(xiàn)了低壓電快切功能。投運(yùn)至今已經(jīng)4年，所有動(dòng)作可靠。
③廠用電受電工期一般比DCS投入時(shí)間要早1個(gè)月以上，而且ECS一經(jīng)投入基本不能停運(yùn)，也不允許因?yàn)闋t、機(jī)的DCS的組態(tài)、調(diào)試工作影響ECS。根據(jù)一般電廠施工經(jīng)驗(yàn)，在廠用電受電時(shí)，DCS一般尚未投運(yùn)。若要將ECS納入DCS中統(tǒng)一控制，必須采用先進(jìn)的多域系統(tǒng)DCS，它可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)域的相對(duì)獨(dú)立，又能實(shí)現(xiàn)各域的數(shù)據(jù)共享；各域可以單獨(dú)組態(tài)下裝，互不影響；在操作員站上，可以通過切換域方式，查看與操作其它域的設(shè)備和數(shù)據(jù)；也可以在同一畫面中顯示和操作不同域中的設(shè)備和數(shù)據(jù)。將ECS單列為一個(gè)域，在工程前期把ECS那個(gè)域的邏輯程序與監(jiān)控畫面先行組態(tài)、調(diào)試完成，就可以解決ECS要比整個(gè)DCS早投運(yùn)的矛盾。
④繼電保護(hù)裝置的報(bào)文信息實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求高。因?yàn)?10kV系統(tǒng)以下的供電系統(tǒng)中一般不配置錄波裝置，所以故障及事故狀態(tài)下繼電保護(hù)裝置的報(bào)文信息實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性就關(guān)系到非常重要了。在本工程中，所有保護(hù)動(dòng)作信息都通過SOE模塊（比一般的DI模塊采樣頻率更高）接入到ECS中，確保繼電保護(hù)裝置的報(bào)文信息實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。
3.3 DCS中ECS的功能
①開關(guān)控制。電氣設(shè)備的正常起、停和其它運(yùn)行操作等，都可以通過D0模塊及其輸出繼電器觸點(diǎn)，并入其就地控制柜內(nèi)的分、合閘回路，實(shí)現(xiàn)分、合閘控制。
②位置監(jiān)視。根據(jù)開關(guān)輔助觸點(diǎn)返回狀態(tài)量DI點(diǎn)，通過CRT上開關(guān)的不同的顏色，顯示開關(guān)的分閘、合閘，遠(yuǎn)方、就地等狀態(tài)。部分重要信號(hào)，還可同時(shí)接入就地監(jiān)控屏上的閃光報(bào)警器。
③調(diào)節(jié)控制。對(duì)變頻器等設(shè)備的調(diào)節(jié)可以通過AO模塊輸出4～20mA電流信號(hào)直接調(diào)節(jié)變頻器頻率輸出，輕松實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的調(diào)節(jié)功能。
④數(shù)據(jù)監(jiān)視。電流、電壓、頻率、有功、無功、溫度等參數(shù)通過變送器轉(zhuǎn)換成4～20mA的AI點(diǎn)形式送入DCS，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、顯示、參與順控、低壓電源自投、聯(lián)鎖啟動(dòng)、閉鎖合閘等。
⑤報(bào)文、曲線監(jiān)視。開關(guān)變位、操作記錄、控制回路監(jiān)視等報(bào)警信息，保護(hù)動(dòng)作信息和電流、電壓、溫度等參數(shù)的曲線記錄可以很方便的通過DCS的中間變量進(jìn)行組態(tài)、顯示；而且通過DCS強(qiáng)大邏輯運(yùn)算能力可以將AI量進(jìn)行比較顯示狀態(tài)告警或事故停機(jī)，還可以參與聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)快切甚至五防等功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)都非常的方便，滿足甚至超過一般火電廠內(nèi)電氣控制規(guī)程要求。同時(shí)，由于ECS納入DCS，工藝設(shè)備和電氣設(shè)備處于同一個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)下，所有的操作記錄、SOE信號(hào)、事故時(shí)相關(guān)參數(shù)曲線等不再有時(shí)間差，對(duì)事故的分析非常有利。
4 ECS在DCS中應(yīng)用的問題
一般DCS的設(shè)計(jì)人員、安裝人員和維護(hù)人員都是由熱工專業(yè)的人完成，因此ECS在DCS中應(yīng)用時(shí)，就要特別注意ECS與一般DCS的不同點(diǎn)。
（1）因?yàn)镋CS納入DCS后，控制系統(tǒng)的輸出點(diǎn)與AC220V、AC380V電壓等級(jí)的設(shè)備、回路接觸的機(jī)會(huì)就大大的增加。若AC220V、AC380V電壓串入DCS系統(tǒng)中，就會(huì)可能燒壞大批弱電設(shè)備。因此需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中充分考慮到強(qiáng)、若電的隔離問題。同樣的，在施工過程中，施工人員也要注意這個(gè)問題，避免燒壞設(shè)備。
（2）DCS控制軟件在用戶權(quán)限、權(quán)限分級(jí)可以做得很細(xì)致、到位，但是在操作監(jiān)護(hù)上缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，需要在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)上明確提出：要求DCS廠家必須具備ECS操作時(shí)所必須的由監(jiān)護(hù)人員確認(rèn)的程序。
（3）目前主流DCS控制程序的掃描周期在100～200ms左右，達(dá)不到電氣保護(hù)動(dòng)作、高壓廠用電快切、同期和勵(lì)磁調(diào)節(jié)的要求，所以ECS納入DCS控制后，必須保留繼電保護(hù)裝置、高壓廠用電快切裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置等，確保這些功能的準(zhǔn)確性、可靠性和靈敏性。
（4）由于DCS設(shè)備安裝、調(diào)試等工作在工期上一般要晚于廠用電送電，所以ECS納入DCS控制后，在廠用電設(shè)備安裝調(diào)試的同時(shí)開展了DCS中ECS部分的安裝調(diào)試，使其投運(yùn)在廠用電受電之前。另外，還需要注意DCS的機(jī)柜室、操作室的土建工程也必須同步或提前完成。
（5）繼電保護(hù)裝置的報(bào)文信息量非常大，而且實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求高。因此對(duì)保護(hù)動(dòng)作報(bào)文信息最好通過SOE模塊接入DCS中；對(duì)于其它數(shù)據(jù)信息和報(bào)文信息最好通過通訊的方式接入DCS中，因?yàn)槿羲行畔⒍纪ㄟ^硬接線接入DCS中不但需要大量的DI模塊，也需要繼電保護(hù)裝置本身增加大量的開關(guān)點(diǎn)輸出板。這樣既可以滿足繼電保護(hù)裝置的報(bào)文信息實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求，也可以降低工程投資。
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)