火电厂电气控制系统进入分散控制系统的实践及探讨

经过10多年的摸索实践，DCS在我国火电厂热控系统的应用已使单元机组的监控面貌发生了质的飞跃，体现了极大的优越性。随着单元机组集控运行要求进一步提高，火电厂电气控制系统进入DCS的问题也提了出来，有的工程已开始尝试。但DCS的设计起源是针对热工控制对象的，从功能、性能、使用习惯上与电气对象的特点和控制要求有不小的差异，因此，电气控制系统的功能进入DCS也有其特殊性和需注意的问题。本文结合阳城6X350MW电厂1、2号机组电气控制系统进入DCS的实践情况，对一些问题进行分析探讨。 1阳城电厂及其机组控制系统1.1阳城电厂概况及机组控制水平阳城电厂是中外合资、国家西电东送变输晋煤为输电的项目。一期工程设计容量为6X350MW燃用无烟煤的单元机组。整个机组控制系统采用西门子TELEPERM-XP型DCS为主要的控制装置，配以其他专用的热控和电气装置组成。DCS处理的I/O量共计6400余点，共使用13对冗余的AP8PF），分别完成机组的DAS、DEH、SCS、MCS、MEH、FSSS、BPS、SOE及电气系统的逻辑控制等不同功能，实现了机组运行以一个主值班员配若干辅助值班员的操作方式。在单元控制室中除若干紧急停机按钮，2台工业电视，汽轮机转速、发电机有功功率、电网频率3块数字表外，不设热工、电气常规仪表和后备手操装置，整个机组运行操作监视全部用CRT实现，并配有2幅4屏组合的背投大屏幕显示器。从控制功能上达到了只需运行人员在启动、运行过程的若干控制选择点上进行选择、确认，即可由控制系统完成整个机组启停和正常运行过程控制。电厂公用及其他辅助系统采用PLC等专用装置完成控制，重要信息通过通信或硬接线等方式，传送到DCS中进行显示、归档。因此，阳城电厂是国内较早真正实现单元机组DCS―体化控制的电厂。 1.2电气控制系统构成经综合考虑机组整体自动化水平要求、电气控制对象特点、DCS及电气控制装置功能现状，确定出电气控制系统进入DCS方案。主要系统具体构成如下。 第34卷火电厂电气控制系统进入分散控制系统的实践及探讨2001年第12期讨T论与建议1.2.1机组自启停控制系统机组自启停控制系统逻辑功能在DCS中完成。 机组自动启动过程中，它按预定程序分别给电气系统发出指令：投入AVR；启动同期系统和厂用电切换系统，进行厂用电的切换；自带厂用电后，启动500kV同期系统，机组与电网并列；停机时，降低负荷到*小，逆功率保护动作跳开500kV主开关与电网解列；启动同期系统和厂用电切换系统，倒切厂用电；发电机灭磁、闭锁电气系统。 1.2.2发电机变压器组、厂用电系统的保护这些重要的保护功能采用专用微机保护装置实现。直接取PT、CT及其他电量信号，保护出口直接动作相应的断路器，各个系统工作完全独立，不受DCS状态影响。只有这些保护装置及各个系统的工作状态信息共计60多个开关量信号）使用硬接线方式进入DCS进行显示、报警、记录。这是考虑到长期以来针对电气控制系统特点，开发研制的以微处理机为核心的电气控制装置的功能更适合于电气保护系统快速、可靠、专业性强的要求。因为DCS逻辑处理速度为秒级，如果要让DCS完成这些功能，一方面必须加快局部过程控制站的处理速度，必将导致处理能力和容量降低，无疑要增加硬件，同时也可能影响到其他功能的正常实现；另一方面，DCS还不能满足电气保护的抗干扰和特殊技术处理要求。 同样方法处理的还有故障录波器。实际上这种构成方式从机组整体控制看也是实现了控制分散、信息集中的集散控制原则。电气保护系统和DCS的信号传递完全可采用通信方式，但是否采用通信方式要进行综合经济比较。 1.2.3同期系统和厂用电切换系统阳城电厂单元机组同期系统和厂用电切换系统的构成是组合在一起考虑的。系统构成较为复杂，由DCS和电气继电器构成双重逻辑，并切换同一同期装置完成不同同期点的检测，由DEH、AVR的调节配合实现这些功能。 机组启动时由山西电网提供启动电源，机组自启停控制系统直到使汽轮机定速后，启动DCS中的厂用电切换系统，首先自动选择同期点6kV厂用电系统A段工作进线开关），检查该切换点条件满足，发出指令启动同期装置。同时，由继电器组成的厂用电切换回路也进行同样的检查后，允许启动同期装置。同期装置按检测情况，给DEH和AVR分别发出调整汽轮机转速和发电机端电压，直至满足同期要求后给A段6kV工作进线开关发出合闸命令，联跳A段6kV备用进线开关。DCS中确认A段厂用电切换结束，自动选择B段进行上述切换工作。 机组自带厂用电后，DCS将同期装置切换到500kV同期点由网控人工预先选择并列开关），检查同期条件满足后，启动同期装置进行相应工作，与江苏电网自动并列。如果机组自启停控制系统不投入运行，上述工作可通过CRT依序手动完成。停机时，发电机与电网解列，由电气保护系统启动厂用电切换系统和同期系统进行厂用电的倒切换，切换结束，闭锁电气系统。 1.2.4发电机励磁系统该系统配置2套冗余的微机自动电压调节装置AVR，通过就地控制柜面板安装的操作键盘可完成装置的调试、设定、投退、切换、操作等。该装置通过通信接口与DCS进行双向通信近60个信号），将全部信息送往DCS中进行显示、记录、报警和其他综合使用。通过CRT对AVR进行各种功能的远方设定、投退、切换、操作等全部手动控制。AVR接受DCS中机组其他有关状态信息，执行自启停系统的命令，完成相应的作业。同时DCS向AVR发时钟信息，使2个系统保持时钟同步。因此，在励磁功能上AVR是一个独立工作的系统，而对于机组的整个控制系统，它又是一个功能控制站。 1.2.5辅助电气系统保安电源、柴油发电机、直流电源系统和全部动力设备的操作、控制和状态参数显示、记录、报警等都进入DCS中。同时各动力设备仍作为热控顺序控制系统的执行终端。 输煤、除灰、化学制水等24台辅助变压器在DCS中只保留了运行状态、参数监视，各自独立的保护装置和投、退控制等设在就地控制柜中，这样处理可节省数块开关量控制板和部分电缆。其实对于这类系统，可在配电间设置2台冗余的PLC，将操作控制逻辑及状态信号设置在其中，通过双绞线与DCS建立双向通信，在DCS中组态选线操作块和状态显示点窗口），发出命令和接受状态信息，实现CRT监控的目的，这样更经济、合理。 1.2.6升压站控制阳城电厂220kV供电变电站和500kV升压站的监控都没有进入DCS中。为让在网控的值长了解每台机组的运行状况，原设计每台机组的DCS分别通过远程总线在网控设置一个CRT终端，可调看各台机组的全部信息。但从1、2号机组使用情况看这种配制方式既不经济，也不便操作。对此，在全部机组投产后，计划通过通信将6台机组各自的主要信息先传到一个服务器中，再通过它连接一台CRT在网控完成6台机组的信息显示。将来还可将这些信息连接到厂级MIS中。 2调试及投运由于电气控制系统进入DCS，给单元机组DCS 2001年第12期中国电力第34卷讨T论与建议一的调试带来了新问题，特别是机组厂用电受电和DCS带电的矛盾在1号机组*为突出。阳城电厂1号机组在厂用电受电前的2个月中，专门为DCS的带电进行各方面的准备。首先清理安装DCS控制柜的电子间，相对保证DCS的带电环境，将工程师站和CRT等临时安放在电子间；UPS系统由施工电源供电调试合格并能为DCS正常供电。这些条件基本满足后，启动工程师站和3个与厂用电系统有关的DCS控制柜，进行系统复原和调试并做一些临时设置，保证厂用电系统的操作。同时要将这3个机柜中的其他热控系统功能调试完成。厂用电受电后，随着安装工作结束逐步启动其他机柜，按传统方法对DCS进行调试，配合机组的分部试运。分部试运和DCS的安装全部结束，申请厂用电停电3~5d，将DCS各部分按设计就位，并完善3个柜中热控系统的接线等工作。重新启动DCS进行系统调试。1号机组针对DCS中电气控制系统进行过4次改进完善，使整个DCS及机组的控制系统达到了良好状态，实现了原设计的全部功能。 电气控制系统进入DCS后，对于电气和热控2专业调试工作的分工、配合也有新的问题。原则上热控人员应负责DCS装置和所有电气信息的处理功能调试，电气控制、连锁、保护逻辑功能调试应由电气人员完成，全部电气控制功能应由电气人员负责试验。 电气系统的信息有一部分是通过通信方式进入DCS的，这是系统调试的技术难点。必须经过调试双向组态优化，从整体系统的角度分配各个子系统的通信时段、周期、速率、每一周期的发送量及中断方式和信息优先级别等；否则将造成信息丢失、阻塞、死机的不良后果。 3若干问题探讨3.1电气控制进入DCS的优越性通过阳城电厂1、号机组的实践和调整完善结果可看出，大型火电单元机组的控制，用DCS覆盖包括电气系统在内的全部系统具有明显的优越性：使整台发电机组都采用现代工具和手段实现高水平和完善的监控；提高电气控制的可靠性；单元机组控制信息达到*大程度的共享，更有利于实现整个发电机组的综合自动化和提高管理水平，且单元机组真正达到了完全集控运行。 3.2关于覆盖范围及配置方式从1、2号机组使用情况看，电气控制系统可全面进入DCS中，但进入的多必将增加I/O点和内部配置容量，扩大DCS规模。DCS价格通常是以I/O点数作的，这显然要增加DCS投资。且因为DCS还不能直接接受PT、CT等信号，电流、电压进入又要增加转换成本。因此，决定DCS对电气控制的覆盖范围时应包括经济性综合考虑。要视DCS、电气控制装置、电厂特点等具体情况而定，可追求整体系统的可行、可靠、合理，没有必要强求事事由DCS实现。 3.3设计配合和功能分配传统DCS应用设计由热控专业完成，而电气控制进入DCS后，哪些功能、什么形式进入，进入的逻辑功能设计和进入的信息作何处理及与电气专用装置的分工、联系，DCS和独立的电气控制装置的数据通信协议建立等工作，要由电气专业规划并配合热控专业完成，这对构成可靠、经济的综合系统极为重要。 电气系统的控制逻辑、参数设置一般是1次完成，一旦调试合适后极少变动。且一个系统运行带电）后，可能很长时间或多年不允许退出。但热工控制逻辑和设计参数通常要经反复试验确定，变动多，任何一处功能或任意一个整定参数的修改，必须由工程师站对过程控制站进行代码传输。大部分DCS不具备在线传输功能，控制站离线过程中可能发生该站部分输出状态处于任意状态。只要电气控制和热工控制项目设在同一过程站中，对热控功能或参数的修改可能导致电气系统误动，因此在DCS中进行电气控制功能的过程站分配时必须注意这一问题。另一方面，对于新建机组厂用受电往往要早于DCS的正常复原、带电，因此给电气控制功能分配过程站时，也要便于提前局部带电，满足厂用电受电。 3.4装置时钟配合问题整个机组的控制装置是由DCS和若干独立的微处理机及数字装置组合构成的，各自都有自己的时钟。工程设计中要统一考虑制定系统同步时钟协议，否则系统中带时标的信息将会发生紊乱。