DCS在電氣系統(tǒng)控制中的應(yīng)用

原 剛 周艷惠

（牡丹江市路燈管理處，黑龍江 牡丹江 157000）

1 DCS具有以下特點

1.1 高可靠性

由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。

1.2 開放性

DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。

1.3 靈活性

通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。

1.4 易于維護

功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當(dāng)某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。

1.5 協(xié)調(diào)性

各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。

1.6 控制功能齊全

控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。

DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。

處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。

2 電氣系統(tǒng)控制的特點

電氣系統(tǒng)與熱工自動化相比在控制要求及運行過程中有著很多不同點，電氣的主要特點表現(xiàn)為：

電氣設(shè)備相對熱工設(shè)備而言控制對象少，操作頻率低，有的系統(tǒng)或設(shè)備運行正常時，時常幾個月或更長時間才操作一次。電氣設(shè)備保護自動裝置要求可靠性高，動作速度快。發(fā)變組保護動作速度要求在40ms以內(nèi)；自動準(zhǔn)同期采用同步電壓方式，轉(zhuǎn)速、電壓調(diào)整和滑壓控制要求在5ms以內(nèi)；電壓自動調(diào)整裝置快速勵磁要求時間極短；廠用電快切裝置快速切換時間一般小于 60～80ms，同步鑒定相位差 5°～20°；300MW及以上機組一般每2臺機組共用1臺起／備變，任一機組檢修都不能影響另1臺機組的正常運行，因此DCS控制應(yīng)考慮其控制方式，確保只能有1臺機組的DCS實現(xiàn)對共用部分的控制，同時另一機組DCS能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)視，并且這種操作控制權(quán)能實現(xiàn)切換；電氣設(shè)備電氣系統(tǒng)的聯(lián)鎖邏輯較簡單，但電氣設(shè)備本身操作機構(gòu)復(fù)雜。

因此，機組的電氣系統(tǒng)納入DCS控制，要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性。除了能實現(xiàn)正常起停和運行操作外，尤其要求能夠?qū)崿F(xiàn)實時顯示異常運行和事故狀態(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。

3 電氣系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的范圍

根據(jù)單元機組的運行和電氣控制的特點，在工程的應(yīng)用中采用將發(fā)電機-變壓器組和廠用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入DCS監(jiān)控。

從升壓站(不包括升壓站)至電廠側(cè)的所有主廠房內(nèi)電氣系統(tǒng)均納入DCS監(jiān)控，主要系統(tǒng)歸納為：

發(fā)變組系統(tǒng) (不包括變壓器本身的通風(fēng)系統(tǒng))；發(fā)電機勵磁系統(tǒng)；高壓廠用電源系統(tǒng)(包括廠用電源正常切換)；低壓廠用電源系統(tǒng)和400VPC；高壓啟／備變電源系統(tǒng)(2臺機共用)；柴油發(fā)電機組和保安電源 (僅監(jiān)視)；直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)(僅監(jiān)視)；自動同期系統(tǒng)；廠用電快切系統(tǒng)。

電氣主要保護安全自動裝置因要求DCS實現(xiàn)其功能目前尚有一定的難度，并且要增加相當(dāng)大的費用。原則上不要求通過DCS實現(xiàn)其功能，仍保留其裝置，但它們與DCS之間要有接口，常規(guī)方式采用硬接口。保留的保護自動專用裝置主要有如下：

發(fā)變組保護裝置；自動準(zhǔn)同期裝置(ASS)；自動電壓調(diào)整裝置(AVR)；廠用電快切裝置；故障錄波裝置。

主廠房外輔助系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)如輸煤、化水、制氫、電除塵等暫不納入DCS系統(tǒng)中。

4 電氣系統(tǒng)納入DCS控制水平及技術(shù)要求

機組整套啟動時從鍋爐點火至發(fā)電機并網(wǎng)帶初始負(fù)荷夠?qū)崿F(xiàn)全過程的自動程序控制。(當(dāng)然可以設(shè)有限幾個斷點人工分析判斷決定后介入操作)，或機組停機時DCS能安全停機。

機組自啟停控制的要求是：

機組正常起動時，當(dāng)發(fā)電機達到額定轉(zhuǎn)速時，DCS將投入AVR。當(dāng)發(fā)電機電壓達到額定值時，DCS將投入同期裝置。發(fā)電機與電網(wǎng)的同期是由同期裝置自動實現(xiàn)，在同期過程中通過DCS控制AVR、DEH，當(dāng)同期條件滿足時，向發(fā)電機斷路器發(fā)合閘指令。在同期合閘成功，發(fā)電機電負(fù)荷達到一定值之后，DCS將高壓廠用電系統(tǒng)快速從啟備變切換到高壓廠變上。

機組正常停機時，DCS控制降低機組負(fù)荷，當(dāng)機組負(fù)荷降到某一定值時，DCS將高壓廠用電系統(tǒng)快速切換到啟／備變系統(tǒng)供電；當(dāng)機組負(fù)荷繼續(xù)降到零，跳開主開關(guān)，聯(lián)跳汽輪機(主汽門關(guān)閉)，發(fā)電機滅磁。

對于廠用電源系統(tǒng)控制的要求是：

在機組啟動時通過啟／備變向廠用負(fù)荷供電；在機組正常用電時，由廠變供電并經(jīng)低壓廠變向400VMCC低壓負(fù)荷供電以啟動機組所必需的輔機；在廠用電消失時，為了保護設(shè)備和系統(tǒng)的安全，廠用電快切裝置應(yīng)快速將廠用工作負(fù)荷自動切換至啟／備變；當(dāng)確認(rèn)保安段母線失壓后，應(yīng)啟動事故備用柴油機供電以保證設(shè)備安全。

依據(jù)以上控制水平的要求，電氣監(jiān)控納入DCS技術(shù)的要求是：發(fā)電機系統(tǒng)能實現(xiàn)程序控制和軟手操控制使發(fā)電機由零起升速、升壓直到并網(wǎng)帶初始負(fù)荷；廠用電系統(tǒng)能按啟動／停止階段和正常運行階段的要求程序控制和軟手操來實現(xiàn)；能實時顯示和記錄上述發(fā)變組系統(tǒng)和廠用電系統(tǒng)的正常運行、異常運行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并提供操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施；單元機組(爐機電)實現(xiàn)全CRT監(jiān)控。

5 對硬件配置的要求

按傳統(tǒng)功能劃分，電氣納入DCS監(jiān)控之后，其功能可分為數(shù)據(jù)采集(DAS)和順序控制(SCS)兩部分，由于電氣量同熱工量相比并沒有特別的要求，而相對動作速度快、可靠性高的控制功能通過保留的電氣專用裝置來實現(xiàn)，因此原則上對DCS的硬件無特殊要求。對硬件的配置要求同熱工一致，其功能分別融入DCS的功能之中。但基于歷史的原因DCS由熱工人員負(fù)責(zé)，而熱工人員對電氣的控制原理知之不多，在設(shè)計、調(diào)試、生產(chǎn)維護等各個環(huán)節(jié)中，這部分工作仍需電氣人員來完成。加上在工程建設(shè)過程中電氣有關(guān)廠用電受電部分需提前調(diào)試投入運行，在電氣的控制功能部分即順序控制(SCS)仍建議設(shè)置電氣單獨的控制器，便于實際工作的順利進行。其數(shù)據(jù)采集部分要求同熱工融為一體。

[1]謝鵬.某發(fā)電廠DCS改造中電氣系統(tǒng)方案設(shè)計[J].電力學(xué)報，2006-12-30.