DCS分散控制技術在機組電氣系統中的應用

　　隨著計算機技術的發展和應用，新建的發電廠，熱工專業已全面在單元控制室采用微機分散集中控制系統（DCS）控制，逐步形成了數據采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）、燃燒器管理（BMS）四大系統，為了與熱控專業在控制水平上協調一致，共享資源，充分利用計算機技術的先進性，電氣專業也越來越多地采用了DCS控制技術，有效提高整個電氣控制的安全性和可靠性，從而實現了機、爐、電集中管理，協調運行。
1 分散控制系統（DCS）組態原則
　　本工程熱工控制系統主要由DCS構成，其主要監控范圍包括鍋爐、汽機、除氧給水等輔助系統。DCS由冗余配置的分散處理單元、數據通訊系統和人一機接口組成，系統按縱向分層．橫向按工藝系統劃分若干個功能區的分層分散的原則進行組態。系統功能區內的被控對象在DCS硬件組態時保持適當的獨立性，以保證單個控制站故障時不影響機組的運行。DCS系統易于組態，易于使用，易于擴展，3套DCS通過網橋進行連接，增加系統靈活性，降低過程控制總線數據通訊負荷，保證整個DCS的可利用率至少為99．9％。
2 電氣DCS的監控和控制（ECS）
　　1）本工程電氣與熱控合用一套DCS，這種方式達到了機、爐、電控制界面的統一，便于實現全能值班，電氣作為一個子系統進入DCS，資源共享。
　　2）根據本工程的電氣主接線和廠用電接線，電氣ECS監測和控制的對象主要有：a．發電機一變壓器組；b．高壓廠用工作及備用電源；e主廠房內低壓廠用變壓器；d．輔助車間低壓廠用變壓器6kV側斷路器；e，單元程控電動機；f.保安電源；g．直流系統；h．交流不停電電源。
　　3）ECS監控的內容和方式。
　　為完成上述電氣控制功能所必需的電氣信息量包括：模擬量有電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、功率因數、有功電能、無功電能等電量和溫度等非電量；開關量有斷路器、隔離開關以及接地開關的位置信號、繼電保護裝置動作及報警信號、運行監視信號及有載調壓變壓器分接頭位置信號等。
　　上述信息量中部分采用硬接線，部分以通信方式送入DCS。
　　4）ECS網絡結構。
　　a．站控層。站控層負責來自前置層的全部數據的傳輸和處理功能。
　　b．現場總線方式間隔層。6kv配電裝置現場總線采用雙網結構，利用CAN總線方式通過屏蔽雙絞線接人通訊管理機。380V配電裝置現場總線也采用單網結構，采用MODBUS通信協議，利用RS485接口以屏蔽雙絞線方式接入通訊管理機。以上通訊管理機采用MODBUS通信協議，利用RS485接口送入ECS站控層，接入網絡結構的物理通道可采用屏蔽雙絞線。通信管理機負責把各個保護測控裝置的數據整理匯總，再將這些信息上送至EC發變組、起備變和線路保護采用MODBUS通信協議，利用RS485接口送入ECS站控層，接入網絡結構的物理通道采用屏蔽雙絞線。
　　c．硬接線方式間隔層。非總線方式進入ECS的電氣量信息主要含ECS發出的控制閉鎖指令（D0），參與順序控制的重要斷路器狀態量（DI）以及其他沒有通過總線方式進入DCS的狀態量（DI）和模擬量（AI），這些信息量需要通過電纜接到ECS或DCS其他部分的輸入飾出接口柜上，輸入飾出接口柜均放置在機組電子設備問中。
　　d．ECS主要功能。數據采集與處理，能通過現場（I／O）測控單元采集有關信息，檢測出事件，故障，狀態，變位信號及模擬量正常，越限信息等，進行包括對數據合理性校驗在內的各種預處理，實時更新數據庫，其范圍包括模擬量，數字量和脈沖量等。模擬量采集包括電流、電壓、有功、無功、頻率、功率因數等電量和溫度等非電量，并實現如下功能：定時采集、越限報警。數字量采集包括斷路器，隔離開關以及接地刀閘的位置信號，保護動作信號、運行監視信號及有載調壓變壓器分接頭位置信號等，并實現如下功能：定時采集、設備異常報警、事件順序記錄（SOE）和操作記錄。
　　脈沖量的采集包括有功電度和無功電度等，并實現如下功能：能連續采集電度脈沖量，能根據各回路PT，CT二次變比及脈沖電度表參數計算并轉換為實際電度量進行累加，能對采集的電度量進行分時段和方向進行統計，當系統因故中斷計量時，能進行人工置數保證其電量累計的正確性，同時有保護措施，不丟失原累積值，具有與相應模擬量平均值進行校核的功能。智能接口數據：發變組微機保護屏、線路保護屏、起備變保護屏、6kV配電裝置、380V配電裝置等。
　　e．監視。在DCS工程師站能通過CRT對主要電氣設備運行參數和設備狀態進行監視，畫面調用采用鍵盤、鼠標或跟蹤球。顯示的主要畫面如下：電氣一次接線圖，包括顯示設備運行狀態、各主要電氣量（電流、電壓、頻率、有功、無功）等的實時值。
　　f．報警。在DCS工程師站當所采集的模擬量發生越限，數字量變位及計算機系統自診斷故障時進行報警處理。報警方式分為兩種：一種為事故報警，一種為預告報警，前者為非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號，后者為一般性設備變位，狀態異常信號，模擬量越限，計算機監控系統的事件異常等。
　　g．事件順序記錄（SOE）及事故追憶。對斷路器位置信號、繼電保護動作信號等中斷型開關量進行事件順序記錄，事件順序記錄的分辨率不大于1 ms。在出現事故后，能追憶事故前后一定時間內有關開關量的動作順序和相關重要模擬量的變化情況。h．運行管理功能。DCS工程師站能對設備進行電氣設備運行管理，具體為：運行操作指導、事故分析檢索、在線設備分析、操作票、模擬操作、自動抄表、其他日常管理，如操作票、工作票管理，運行記錄及交接班記錄管理，設備運行狀態、缺陷、維修記錄管理、規章制度等。
　　i．設備管理。在DCS工程師站能對主要電氣設備如斷路器、變壓器、電動機等運行工況進行監視，例如對斷路器累計其正常操作次數和事故開斷次數以及開斷時的電流，指導設備維護和檢修，并計算其使用壽命。
　　j．性能計算。在DCS工程師站能對采集的數據進行在線計算，電氣性能計算的項目主要有：機組發電量、廠用電率、發電成本、發電機功率因素、設備的使用壽命等。
　　除按運行要求對電流、電壓、頻率、功率和電能量進行統計分析外，還能在線地按照數值變換和規定時間間隔不斷處理和計算下述各項內容：有功、無功、功率因數計算；電能量的分時段、分方向累計及電能量平衡統計；開關投／退及保護動作次數的統計；監控設備投退率計算；全廠發電總有功功率；主要設備運行小時數統計。
　　防誤操作閉鎖對于通過CRT、鍵盤進行的電氣操作由系統的軟件進行閉鎖，防止誤操作。
　　k．人機接口。ECS具有良好的人機聯系手段，使運行人員可以清晰方便地了解運行情況，并提供輸入手段，實現對電氣設備的控制，參數修改等項工作。人機接口設備包括彩色屏幕顯示器，功能鍵盤、漢字打印機。它不但為運行人員提供對發電廠電氣設備實時監控的各種手段，而且具有對監控系統在線自診斷，投、退設備的功能。
　　1．硬件要求。ECS系統硬件選用成熟的、先進可靠的和以微處理器為基礎的杭州和利時工業產品設備，系統內所有的模件是固態電路、標準化、模件化和插入式結構，并帶有LED 自診斷顯示。系統硬件具有較好的可維護性，所有系統模件都能在線插拔。系統硬件具有擴充能力，支持系統結構的擴展和功能的升級，系統硬件接口應采用國際標準或工業標準，支持與其他計算機網絡及不同計算機廠設備的互聯。
　　硬件設備能承受GB／T5169．5—1997中嚴酷等級為20S的針焰試驗，設備外殼具有GB 4943—1990規定的V2及以上阻燃等級。m．通信接口。ECS監控系統完成與如下系統和／或智能型設備的通信接口（包括系統的集成及系統的整體調試）。
　　數字式繼電保護裝置：1號機組ECS含發變組保護屏1個RS485接口；2號機組ECS含發變組保護屏1個RS485接口；公用ECS含起備變保護屏1個RS485接口。
　　6kV系統：1號機組ECS含1個RS485接口；2號機組ECS含1個RS485接口；公用ECS含1個RS485接口。
　　380V系統：1號機組ECS含1個RS485接口；2號機組ECS含1個RS485接口；公用ECS含6個RS485接口。
　　ECS系統與上述各系統的通信規約執行國標、部標及IEC標準。
3 電氣IKN（ECS）控制遵循兩條基本原則
　　1）繼電保護、勵磁系統調節、自動準同期、故障錄波及備用電源自動投入采用專門的裝置實現，僅同DCS保持信號聯系；
　　2）機爐電動機的控制、聯鎖、測量等由熱控專業在DCS內實現，保護由電氣完成。
參考文獻：
[1] 彭毅．建筑電氣安裝工程中常見問題分析與預防[J]．山西建筑，2007，33（20）：201—202．