浅谈火电厂电气监控系统在DCS控制的应用

浅谈火电厂电气监控系统在DCS控制的应用

余刘发王文远

（中国联合工程有限公司浙江杭州310052）

摘要：电气监控系统主要用于现场电气设备的运行监控，将电气监控系统纳入到DCS系统，实现分散布置，集中监控，达到全厂DCS一体化运行。DCS系统采用分布式的技术，通信简单，对于数据实时传送可以及时传送到上位机，完善和提高了电气系统的运行监控能力和水平，从而达到了完全集控运行的能力。

关键词：电气监控系统；分散控制系统；火电机组

目前，在火电厂中，热工系统及电气系统的自动化技术水平，直接就反映了电厂的运行管理水平。对于发电厂电气系统来说，主要的设备是纳入到了机组的分散控制系统来进行监控，这也是当前火力发电厂广泛采用的控制模式，可以大大提高对机组运行的稳定性和经济性。

1、电气系统控制的特点

①电气系统的测量参数是电流、电压，比如电度、功率、相位等属于电流、电压的二次参数。测量的手段为PT、CT以及相应的电量变送器，状态测量只有开关的辅助接点，电气控制对象是断路器、开关、接触器，但对控制系统的输出直接动作的是电磁线圈。从输入、输出看比较简单，但是它们交叉在交流回路中，就对控制装置提出了更高的抗干扰要求。特别是对那些输入参量进行内部的二次运算处理比较麻烦，专业性也比较强，这是电气控制系统从输入方面对控制装置提出的特殊要求。

②电气参数的变化速度和异常状态的发展速要求ms级的保护。因此，电气控制对自动化装置本身的信号采集、运算处理速度要求也比较高。如果要让DCS完成这些功能，那么就要加快对局部过程控制站的处理速度以及过程运行中的处理速度。

③电气控制专项的功能，比如发-变组、发电机励磁调节、故障滤波、发电机自动同期等，其内部功能运算处理有很强的专业性。

④电气系统运行过程中操作量比较少，过程参数的调节也很少，除励磁电压外几乎没有可以进行调节的，运行过程的异常状态大都是由保护装置自动处理的。电气系统的正常操作是对电气局部系统和装置的切投、运行方式的切换。这类操作频率低，操作速度响应要求也不是很高，但是对操作的准确性要求高。

2、电气监控加入DCS控制实现

2.1控制实现形式

目前，大容量机组的电气系统纳入DCS监控的主要方式有：由DCS软件实现电气逻辑，通过DCS的通道或网络通信将控制指令发送到电气控制装置上，DCS可实现厂用电自动切换、厂用电系统、电气断路器的分、合闸、电动机的启、停、操作员发出的操作命令的合法性逻辑检查和逻辑实现条件等。对于发电机励磁调节器来说，它是一种变压器的继电保护装置系统、故障滤波装置，其功能靠自身装置实现继电保护，通过DCS仅实现其装置的投、退。进入DCS控制系统的数字量部分，比如变组保护、综合自动化装置、厂用电系统的保护以及自动装置的动作情况，是通过各独立装置动作信号以及电气设备的位置状态等开关量，作为输入量DI送至DCS系统。到DCS系统的模拟量中，比如电流、电压、有功、无功，通过电量变松器输出4-20mA标准信号送至DCS系统中。各个电气系统设备与DCS系统的联系采用硬接线方式，是由电气设备现场用电缆将电气量信号一对一地送至到DCS系统中。

2.2网络结构

DCS网络在结构上解决了传输介质或传输设备故障后引发的网络连通问题，从而大大提高了网络的可靠性。采用双网冗余结构，在环网的基础上又加了一道保险，形成冗余容错网。采用光纤作为传输介质，解决了通信电缆抗电磁干扰性能差的问题，也为建立远程控制器之间的通信创造了条件。根据网络结构可以看出，DCS控制系统网络，在网络节点的分布上，遵循节点间点对点通信、相互独立的原则，以太网交换机具有根据网络数据的地址对各端口的数据进行分流的功能，冗余DPU之间存在点对点的实时数据跟踪和拷贝，通过将相关的冗余DPU连接在同一交换机上，各个冗余DPU之间的点对点数据传输在本地的交换机上直接转发，减轻了主干网的网络负荷。

3、DCS的电气主要设备控制过程

①发电机的启动软件并网控制：由DCS发选同期电压命令至自动准同期装置，然后由DCS对发电机发出并网命令至自动准同期装置使其带电，由自动准同期装置通过对AVR和DEH发出自动调压和调频信号，待电压和频率满足同期条件时，符合并网条件时自动准同期装置输出接点至出口断路器合闸。当出口断路器一侧无电压时，自动同期装置自动解除同期闭锁，发信号到DCS由运行人员确认后便能使断路器不经同期合闸。

②发电机的正常停机控制：厂用负荷经厂用快切装置将高压工作变压器切换到备用变压器后，由DCS和AVR自动调节发电机减负荷，负荷减为零后，确认汽轮机已无蒸汽进入后通过DCS发跳闸指令，发电机出口断路器分闸，通过AVR减少发电机励磁电流，发电机电流接近零后，根据DCS系统提示，通过CRT健操作断开灭磁开关，最后退出AVR。

③发变组出口断路器的分、合控制：发变组出口断路器的合闸由运行人员给DCS发同期合闸指令，通过启动同期装置，当同期装置判断同期条件满足后，发合闸指令至断路器合闸回路使之闭合。发变组出口断路器的分闸侧不需通过同期装置，而是通过DCS发出指令直接至断路器分闸回路使之分开。

④6kv和380kv断路器的分合控制：无需检同期合闸，由DCS发指令直接分合闸断路器。

⑤柴油发电机组的控制：柴油发电机可以通过DCS自动启动，或在柴油发电机自动控制柜上手动启动。自动启动或手动启动都通过CRT和鼠标选择窗口提前设置，柴油发电机的DCS中自动启动时不需要检测提前合闸，采用先断后合的串联方式。但保安段母线失压时，相关的接触线已跳闸且备用进线侧有电压指令使之闭合。当备用电源投入后保安段母线还是失压时，检查保安段备用电源进线断路器及保安断路器。再次确认保安段母线无故障，那么就可以确认备用电源进线断路器已跳闸，则由DCS发出启动柴油发电机指令，通过柴油发电机配套的机组自动控制柜最终实现母线正常供电。

⑥厂用快切装置的控制：厂用电源快切换装置与DCS之间采用硬接线接口。通过DCS和微机型厂用电切换装置实现正常情况备用电源与工作电源之间的双向切换，以及事故或异常情况下工作电源向备用单向切换。切换方式的选择可以在DCS上进行，也可以在切换时进行。厂用电源切换成功后，切换装置将发出信号给DCS，对切换过程的信息DCS可显示、存储、记录、提示、报警、闭锁。

4、小结

以上所述，要不断完善和提高电气系统的运行监控能力和水平，整台发电机组都采用现代化工具和手段实现高水平和完善的监控，更有利于实现整个发电机组的综合自动化，提高管理水平。目前看来，电气系统重要的运行参数和状态显示及操作已经进入到DCS中，实现了DCS对电气系统的监视与控制，很好地实现了整个机组的综合自动化和厂级运行管理。还能在一定基础上提高对电气控制的可靠性，以此达到完全集控运行的能力。

参考文献

[1]佘丹宁.火电厂电气监控系统纳入DCS监控的应用分析[J].低压电器,2012(19):55-58.

[2]佘丹宁.火电厂ECS电气监控系统纳入DCS监控的应用分析[J].上海电气技术,2012,5(04):14-17.

[3]佘丹宁.火电厂ECS电气监控系统纳入DCS监控的应用分析[J].电气传动自动化,2013,35(03):39-43.