电气监控在DCS中的应用

0　概述
　　随着机组向大容量、高参数发展，火力发电厂的自动化程度越来越受重视，并随着计算机技术的发展而不断地改进和提高。
　　火力发电厂的自动化通常划分为热工自动化和电气自动化两大部分。
　　从80年代后期，随着以微处理器为基础的分散控制系统(DCS)在电厂中的广泛应用，热工自动化控制水平有了极大的提高，实现了对机、炉统一监控和管理。
　　但由于传统的原因，电气的监控仍停留在常规的表计、光字牌、手操站，控制逻辑通过继电器用硬接线方式实现，自动化水平较低。
　　无论是热工自动化还是电气自动化，它们的监控对象均可转换成开关量、模拟量和脉冲量，而这些对具有强大处理能力的计算机而言都是很容易实现的。因此，把电气监控纳入基于微处理器的DCS是完全可行的，也是很有必要的。这对提高整个单元机组的自动化水平，协调机炉电的发展是件十分有益的事。

1　电气监控在DCS中的应用
　　在国外项目中，由西门子公司提供的DCS，电气监控进入DCS是件平常事。在国内的福州二期、阳城电厂、邯峰电厂、德州三期和扬州二电厂等，西门子公司作为DCS的承包商，电气监控都已被纳入DCS。
　　扬州二电厂1号机组已于1998年11月12日顺利通过了168 h满负荷运行考核，到目前为止扬二工程电气监控纳入DCS的范围在全国所有电厂应用中是最全面、最深入的。下面介绍电气进入DCS在扬二电厂的使用情况。
1.1　控制范围
　　控制范围包括：高压发变组开关；启动同期装置、选择同期方式、发出分合闸命令；中、低压厂用电系统(10 kV，3 kV，400 V母线进线开关和馈线开关，机炉岛动力中心和马控中心，中压厂用电切换，低压厂用电切换)；手动有载调压和启动柴油发电机。
　　对高压发变组的开关、隔离开关和接地刀闸由DCS发出合闸和分闸命令，但联锁和控制逻辑在500 kV就地控制柜中实现。开关同期条件的判断是在专用装置ASS中实现，DCS用于选择同期方式，发出分、合闸控制命令。
　　对中、低压厂用电系统，控制和联锁逻辑均在DCS中实现，各个开关(驱动器)根据自动命令、手动命令、保护命令等不同的优先级来进行合闸和分闸控制，命令同时还有相应的释放条件，当条件满足时，命令才能发出去，否则命令被闭锁，可有效地防止开关误动。
1.2　监视范围
　　除控制范围所包含的几项外，还包括：主电源系统(发电机、励磁系统、主变、厂高变、起备变和封闭母线)，直流系统(DC 110 V和DC 230 V系统)，柴油发电机及其动力中心和交流不停电电源系统。
　　被监视的电气信号有：模拟量4～20 mA(电压、电流、功率、频率)，Pt100或热电偶(温度)，开关量(如开关的各种状态)和脉冲量(如电度量)。
　　所有这些信号经相应的功能模件采集进来并打上时间标签，送到自动化处理器。再经工厂总线、处理单元和终端总线后送至操作与监视系统，供监视、报表、曲线和计算等功能使用。
　　由于DCS对开关量有1 ms的分辨率，没有必要再采用专门的事故顺序记录装置。
　　运行人员通过29幅电气画面(包括了主系统、发电机系统、厂用电系统、启备电源系统、直流系统、柴油发电机系统、UPS系统和相应的保护报警系统)，可对电气系统在CRT上进行监视和控制。
1.3　硬接线监控设备的布置
　　发电机电气盘GEB为马赛克盘，长、高分别为2 800 mm×1 400 mm。上面布置有500 kV、发变组、高厂变、中低压厂用电、柴油发电机和UPS系统，除此以外还有励磁系统控制元件。其中手操站48个，各种表计7个，光字牌192个。
　　所有进GEB的信号都通过DCS，因此GEB仅作为操作员终端的后备，并非一般意义上的硬手操。
1.4　电气监控在DCS的配置
1.4.1　控制站的设置
　　由于所有进DCS的电气I/O点有1 400点，占整个DCS的20%，在硬件配置上，用了一对专门的自动化处理器。作为网上的一个子站，它包括2个控制柜，其中一个为基本柜，另一个为扩展柜。
1.4.2　操作员站的设置
　　由于各个操作员站可互用，任一个操作员站上均可调出任一个画面，原则上电气没设独立的操作员站。
1.4.3　与其它系统的接口
　　电气的励磁系统AVR、自动准同期ASS、保护、中压快速切换和故障录波仪均由专用装置实现，但留有与DCS的硬线接口。

2　结束语
　　由于扬州二电厂是第一次把电气监控纳入DCS，因此在做法上有许多保留。通过实际运行效果看，没有必要在GEB上保留大量的手操站、表计和光字牌。
　　由于电气设备位置比较分散，在设备和I/O点较集中的地方(如升压站和继电器楼)，宜采用远程I/O站，通过光缆把电气量送入DCS。这样可减少现场电缆，降低造价，便于维护。
　　由于DCS具有丰富的功能块，强大的运算功能，它可依据一定的条件和步骤完成子组或成组功能。在DCS接收自动同期指令后，通过逻辑运算，判断发变组、高压侧断路器在断开位置、机组已开至预定转速等条件成立，投入AVR，由AVR调压。当电压已建立和自动准同期条件满足时，DCS发出指令投入ASS，ASS通过与AVR及DEH的接口，实现ASS对AVR和DEH的调节，即实现对发电机电压和转速的自动调节，待同期调节满足时，由ASS向断路器发出同期合闸指令。所有这些成组功能宜在DCS中实现。
　　电气监控进入DCS，但往往DCS设备到货较迟而倒送电较早。在扬州二电厂倒送电时采取了临时措施，从GEB上直接引线至端子柜和中间继电器柜而跳过了控制柜，在GEB上进行操作和观测。由此可见，电气监控进了DCS后，应考虑DCS提前到货，电子设备间、工程师室和主控室也应提前具备DCS就位条件，使倒送电时就能用上DCS，充分发挥DCS的作用。
　　目前，扬州二电厂的电气公用系统仍放在1号机中，只能由1号机进行监控。但正在施工的德州三期工程2×660 MW机组，公用系统作为一个独立的自动化子站和一个独立的功能区，在两台机组的终端总线之间有一网桥。系统正常时由5号机进行监控，当5号机检修或故障时，可由6号机取而代之。

作者简介：朱能飞(1968-)，男，工程师，从事热工自动化的研究工作。

作者单位：(西门子电站自动化有限公司，江苏　南京　210003)