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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(zhuān)業(yè)碩士研究生。
摘 要：本文介紹了電廠(chǎng)電氣系統控制系統（ECS）的范圍，結合工程實(shí)際的應用情況分析了ECS在電廠(chǎng)分散控制系統（DCS）中的控制特點(diǎn)、功能和要求，并就ECS在電廠(chǎng)DCS中應用的實(shí)現方式及其相應的硬件配置、軟件功能等問(wèn)題進(jìn)行了有益的探討，為以后同類(lèi)工程提供借鑒。
關(guān)鍵詞：ECS；DCS；應用
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(zhù)電廠(chǎng)中發(fā)電機組向大容量、高參數以及多單元發(fā)展，特別是以計算機及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為基礎的分散控制系統（DCS）技術(shù)不斷提高及其在國內各類(lèi)電廠(chǎng)廣泛應用之后，實(shí)現爐、機、電集中管理，使電廠(chǎng)主控室爐、機、電控制水平協(xié)調發(fā)展，提高全廠(chǎng)的自動(dòng)化水平的需要越來(lái)越迫切。目前主流DCS基本都可以實(shí)現數據采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）、鍋爐安全保護（FSSS）、燃燒器管理（BMS）、汽機緊急保護跳閘（ETS）、電液調節（DEH）等系統的控制、調節功能。而電廠(chǎng)中另一主要控制系統――電氣控制系統（ECS）仍然采用較常規的控制手段：使用獨立的電氣保護配套的監控系統，配備專(zhuān)門(mén)的配電人員監控，同時(shí)負責動(dòng)力變壓器；設置單獨的操作盤(pán)/臺，通過(guò)一對一硬手操方式，由鍋爐或汽機操作人員完成工藝過(guò)程中的電氣控制。爐、機控制與電氣控制日益顯得不協(xié)調，也越來(lái)越不能滿(mǎn)足工藝上數據共享的要求。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)工藝參數的全廠(chǎng)顯示，并且能將DCS中的報警與ECS的設備控制調節有機地結合起來(lái)，通過(guò)DCS強大的邏輯運算能力使電氣防誤操作、備自投等功能實(shí)現更方便、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，便于集控值班運行的作用。
2 工程概述
廣東韶關(guān)鋼鐵集團有限公司熱電廠(chǎng)第二熱電站共3臺220t/h CFB鍋爐、2臺220t/h高爐煤氣鍋爐、2臺60MW汽輪發(fā)電機組、1臺37MW汽動(dòng)鼓風(fēng)機組和2臺43MW汽動(dòng)鼓風(fēng)機組。配套1座35kV區域變電站其中包括2臺升壓變和2臺配電變，2臺升壓變和2臺發(fā)電機組組成發(fā)變組。ECS監控的范圍包括35kV區域變電站內設備、2套發(fā)變組以及5臺鍋爐和2臺汽輪機的高低壓電氣輔機設備等。本文根據工程中具體實(shí)施過(guò)程，就ECS在電廠(chǎng)DCS中應用的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。
3 ECS在DCS中的應用
3.1 DCS中ECS的監控范圍
根據火電廠(chǎng)的工藝運行以及電氣控制的要求，工程中主要有以下電氣設備被納入DCS中ECS的監控范圍：
①發(fā)電機（包括發(fā)電機并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜、發(fā)電機本體及其冷卻系統等）；
②變壓器（包括與發(fā)電機組成發(fā)變組的變壓器、廠(chǎng)用動(dòng)力變壓器等）；
③高、低電動(dòng)機（包括鍋爐和汽機高、低壓電機本體，電機線(xiàn)圈及軸承溫度等）；
④高、低壓廠(chǎng)用電源系統（包括廠(chǎng)用高、低壓電源進(jìn)線(xiàn)柜、母聯(lián)柜和電源饋線(xiàn)柜等）；
⑤直流系統和UPS系統（僅監測）；
⑥繼電保護裝置的報文信息（僅監視）。
按照該廠(chǎng)的規定，其中高、低壓電動(dòng)機的啟停操作和電機運行狀態(tài)、電機電流、線(xiàn)圈及軸承溫度等的監視由鍋爐或汽機相關(guān)操作人員負責，其它部分的操作及監視由電氣值班員負責。
3.2 DCS中ECS的特點(diǎn)
電氣系統與爐、機系統相比在控制要求及運行過(guò)程中有著(zhù)很多不同點(diǎn)，它的主要特點(diǎn)表現為：
①電氣設備相對爐、機設備而言控制對象少，操作頻率低，但其控制的準確性、可靠性要求更高。傳統電氣系統的控制操作都需要經(jīng)過(guò)嚴格的程序：接令－操作員操作－監護人員確認－操作指令發(fā)出，由此確保操作的準確性和可靠性。而一般DCS程序中無(wú)此確認程序，因此，ECS納入DCS中后，需要增加專(zhuān)門(mén)的監護員的確認程序。
②電氣設備的保護動(dòng)作和調節要求可靠性更高，動(dòng)作速度更快。如電氣保護動(dòng)作速度要求在40ms以?xún)?；同期和勵磁操作時(shí)，轉速、電壓和滑壓等的調節控制要求在5ms以?xún)?，同步鑒定相位差5°～20°；高壓廠(chǎng)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(guò)DCS中的ECS實(shí)現上述的電氣保護、調節功能，仍采用專(zhuān)門(mén)的繼電保護裝置、勵磁調節裝置、自動(dòng)準同期裝置、高壓廠(chǎng)用電快切裝置等。但本工程中低壓設備大都有低電壓延時(shí)保護或取消了低壓脫扣，因此在ECS中實(shí)現了低壓電快切功能。投運至今已經(jīng)4年，所有動(dòng)作可靠。
③廠(chǎng)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，也不允許因為爐、機的DCS的組態(tài)、調試工作影響ECS。根據一般電廠(chǎng)施工經(jīng)驗，在廠(chǎng)用電受電時(shí)，DCS一般尚未投運。若要將ECS納入DCS中統一控制，必須采用先進(jìn)的多域系統DCS，它可以實(shí)現單個(gè)域的相對獨立，又能實(shí)現各域的數據共享；各域可以單獨組態(tài)下裝，互不影響；在操作員站上，可以通過(guò)切換域方式，查看與操作其它域的設備和數據；也可以在同一畫(huà)面中顯示和操作不同域中的設備和數據。將ECS單列為一個(gè)域，在工程前期把ECS那個(gè)域的邏輯程序與監控畫(huà)面先行組態(tài)、調試完成，就可以解決ECS要比整個(gè)DCS早投運的矛盾。
④繼電保護裝置的報文信息實(shí)時(shí)性和準確性要求高。因為110kV系統以下的供電系統中一般不配置錄波裝置，所以故障及事故狀態(tài)下繼電保護裝置的報文信息實(shí)時(shí)性和準確性就關(guān)系到非常重要了。在本工程中，所有保護動(dòng)作信息都通過(guò)SOE模塊（比一般的DI模塊采樣頻率更高）接入到ECS中，確保繼電保護裝置的報文信息實(shí)時(shí)性和準確性。
3.3 DCS中ECS的功能
①開(kāi)關(guān)控制。電氣設備的正常起、停和其它運行操作等，都可以通過(guò)D0模塊及其輸出繼電器觸點(diǎn)，并入其就地控制柜內的分、合閘回路，實(shí)現分、合閘控制。
②位置監視。根據開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)返回狀態(tài)量DI點(diǎn)，通過(guò)CRT上開(kāi)關(guān)的不同的顏色，顯示開(kāi)關(guān)的分閘、合閘，遠方、就地等狀態(tài)。部分重要信號，還可同時(shí)接入就地監控屏上的閃光報警器。
③調節控制。對變頻器等設備的調節可以通過(guò)AO模塊輸出4～20mA電流信號直接調節變頻器頻率輸出，輕松實(shí)現電氣設備的調節功能。
④數據監視。電流、電壓、頻率、有功、無(wú)功、溫度等參數通過(guò)變送器轉換成4～20mA的AI點(diǎn)形式送入DCS，進(jìn)行數據的采集、顯示、參與順控、低壓電源自投、聯(lián)鎖啟動(dòng)、閉鎖合閘等。
⑤報文、曲線(xiàn)監視。開(kāi)關(guān)變位、操作記錄、控制回路監視等報警信息，保護動(dòng)作信息和電流、電壓、溫度等參數的曲線(xiàn)記錄可以很方便的通過(guò)DCS的中間變量進(jìn)行組態(tài)、顯示；而且通過(guò)DCS強大邏輯運算能力可以將AI量進(jìn)行比較顯示狀態(tài)告警或事故停機，還可以參與聯(lián)鎖，實(shí)現快切甚至五防等功能。這些功能的實(shí)現都非常的方便，滿(mǎn)足甚至超過(guò)一般火電廠(chǎng)內電氣控制規程要求。同時(shí)，由于ECS納入DCS，工藝設備和電氣設備處于同一個(gè)時(shí)鐘系統下，所有的操作記錄、SOE信號、事故時(shí)相關(guān)參數曲線(xiàn)等不再有時(shí)間差，對事故的分析非常有利。
4 ECS在DCS中應用的問(wèn)題
一般DCS的設計人員、安裝人員和維護人員都是由熱工專(zhuān)業(yè)的人完成，因此ECS在DCS中應用時(shí)，就要特別注意ECS與一般DCS的不同點(diǎn)。
（1）因為ECS納入DCS后，控制系統的輸出點(diǎn)與AC220V、AC380V電壓等級的設備、回路接觸的機會(huì )就大大的增加。若AC220V、AC380V電壓串入DCS系統中，就會(huì )可能燒壞大批弱電設備。因此需要設計人員在設計中充分考慮到強、若電的隔離問(wèn)題。同樣的，在施工過(guò)程中，施工人員也要注意這個(gè)問(wèn)題，避免燒壞設備。
（2）DCS控制軟件在用戶(hù)權限、權限分級可以做得很細致、到位，但是在操作監護上缺乏足夠的認識，需要在設計聯(lián)絡(luò )會(huì )上明確提出：要求DCS廠(chǎng)家必須具備ECS操作時(shí)所必須的由監護人員確認的程序。
（3）目前主流DCS控制程序的掃描周期在100～200ms左右，達不到電氣保護動(dòng)作、高壓廠(chǎng)用電快切、同期和勵磁調節的要求，所以ECS納入DCS控制后，必須保留繼電保護裝置、高壓廠(chǎng)用電快切裝置、勵磁調節裝置和自動(dòng)準同期裝置等，確保這些功能的準確性、可靠性和靈敏性。
（4）由于DCS設備安裝、調試等工作在工期上一般要晚于廠(chǎng)用電送電，所以ECS納入DCS控制后，在廠(chǎng)用電設備安裝調試的同時(shí)開(kāi)展了DCS中ECS部分的安裝調試，使其投運在廠(chǎng)用電受電之前。另外，還需要注意DCS的機柜室、操作室的土建工程也必須同步或提前完成。
（5）繼電保護裝置的報文信息量非常大，而且實(shí)時(shí)性和準確性要求高。因此對保護動(dòng)作報文信息最好通過(guò)SOE模塊接入DCS中；對于其它數據信息和報文信息最好通過(guò)通訊的方式接入DCS中，因為若所有信息都通過(guò)硬接線(xiàn)接入DCS中不但需要大量的DI模塊，也需要繼電保護裝置本身增加大量的開(kāi)關(guān)點(diǎn)輸出板。這樣既可以滿(mǎn)足繼電保護裝置的報文信息實(shí)時(shí)性和準確性的要求，也可以降低工程投資。
——轉自《自動(dòng)化博覽》
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