電氣自動化控制系統(tǒng)及設計

馬開云

（哈爾濱天路輕工機械廠，黑龍江 哈爾濱 150070）

1 電氣控制對象的特點和要求

電氣控制量與熱工控制量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:

1.1 電氣控制系統(tǒng)相對熱機設備而言控制信息采集量小、對象少，操作頻率低，但強調快速性、準確性;

1.2 電氣設備保護自動裝置要求可靠性高，動作速度快;同時對抗干擾要求較高。

1.3 熱力系統(tǒng)控制處理信息量大，系統(tǒng)復雜，以過程控制為主;電氣控制系統(tǒng)(ECS)主要以數(shù)據采集系統(tǒng)和順序控制為主，聯(lián)鎖保護較多。

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，尤其要求能夠實現(xiàn)實時顯示異常運行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據和狀態(tài)，并提供相應的操作指導和應急處理措施，保證電氣系統(tǒng)自動控制在最安全合理的工況下工作。

2 常規(guī)ECS系統(tǒng)的實現(xiàn)水平

目前，大多數(shù)電廠和DCS廠家所實現(xiàn)的ECS控制功能主要局限在以下幾個方面:

2.1 監(jiān)視部分。發(fā)電機--變壓器組系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)，高、低壓廠用電系統(tǒng)及備用電源系統(tǒng)，220V直流系統(tǒng)和UPS電源系統(tǒng)，電氣公用系統(tǒng)，所控電氣設備開關、閘刀的狀態(tài)監(jiān)視;中央信號及事故報警，事故記錄及追憶功能。

2.2 控制部分。發(fā)電機--變壓器組單元電氣一次設備的控制、聯(lián)鎖，發(fā)電機程序起停，ASS的投切;廠用工作電源，高、低壓廠變與高、低壓備變之間的正常切換操作；電氣接地系統(tǒng)管理;220kV斷路器、隔離開關的控制。

應該說在傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)中對電氣量的監(jiān)視、控制非常有限，尤其是對電氣專用智能設備信息的采集更是少之又少，致使這些設備各自為政，對運行人員來說，無法在操作員站的監(jiān)視器上了解相關信息。有時不得不采用大量的電流、電壓變速器將部分模擬量采集進DCS系統(tǒng);或者采用硬接線的方式接入DCS系統(tǒng)，使系統(tǒng)復雜、投資增加和資源浪費。

近幾年，電氣專用設備朝智能化、小型化、多功能、信息量大的方向發(fā)展。電氣專用設備制造廠家，如國電南瑞、國電南自、北京四方、許繼電氣、東大金智等廠家，紛紛推出了雙CPU(或三CPU)、智能型、帶現(xiàn)場總線接口的高可靠性能的產品。加之這些廠家也推出了自主知識產權的電氣綜合自動化系統(tǒng)，使ECS功能擴展，實現(xiàn)電氣綜合自動化，同時保證電氣系統(tǒng)的相對獨立性的條件已經成熟。只保留極少量的硬接線，全部采用通訊方式連接的模式已成為一種趨勢。

3 電氣綜合自動化系統(tǒng)的功能

根據單元機組的運行和電氣控制的特點，應將發(fā)電機一變壓器組和廠用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入ECS監(jiān)控。其基本功能 為：

3.1 發(fā)變組出口220kV/500kV斷路器、隔離開關的控制及操作。

3.2 發(fā)變組保護、廠高變保護、勵磁變壓器保護控制。

3.3 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)。包括啟勵、滅磁操作，控制方式切換，增磁、減磁操作，PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)的投退。

3.4 220kV/500kV開關自動同期并網及手動同期并網。

3.5 6kV高壓廠用電源監(jiān)視、操作、廠用電壓快切裝置的狀態(tài)監(jiān)視、投退、手動啟動等。

3.6 380V低壓廠用電源監(jiān)視、操作、低壓備自投裝置控制。

3.7 高壓啟/備變壓器控制和操作 (2臺機共用)。

3.8 柴油發(fā)電機組和保安電源控制和操作。

3.9 直流系統(tǒng)和LPS系統(tǒng)的監(jiān)視。

對于發(fā)變組保護等主保護和安全自動裝置，因其設備已經很成熟而且要求全部在DCS中實現(xiàn)其功能尚有一定難度，可能增加相當大的費用，故可以保留。但是它們與DCS間要口求接，控制采用硬接線，利用通訊方式傳輸自動裝置信息，并可以通過DCS進行事故追憶。

4 電氣自動化控制系統(tǒng)的設計

4.1 集中監(jiān)控方式

這種監(jiān)控方式優(yōu)點是運行維護方便，控制站的防護要求不高，系統(tǒng)設計容易。但由于集中式的主要特點是將系統(tǒng)的各個功能集中到一個處理器進行處理，處理器的任務相當繁重，處理速度受到影響。由于電氣設備全部進入監(jiān)控，伴隨著監(jiān)控對象的大量增加隨之而來的是主機冗余的下降、電纜數(shù)量增加，投資加大，長距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點經常不到位，造成設備無法操作。這種接線的二次接線復雜，查線不方便，大大增加了維護量，還存在由于查線或傳動過程中由于接線復雜而造成誤操作的可能性。

4.2 遠程監(jiān)控方式

遠程監(jiān)控方式具有節(jié)約大量電纜、節(jié)省安裝費用、，節(jié)約材料、可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點。由于各種現(xiàn)場總線(如Lonworks總線，CAN總線等)的通訊速度不是很高，而電廠電氣部分通訊量相對又比較大，所有這種方式適合于小系統(tǒng)監(jiān)控，而不適應于全廠的電氣自動化系統(tǒng)的構建。

4.3 現(xiàn)場總線監(jiān)控方式

目前，對于以太網(Ethernet)、現(xiàn)場總線等計算機網絡技術已經普遍應用于變電站綜合自動化系統(tǒng)中，且已經積累了豐富的運行經驗，智能化電氣設備也有了較快的發(fā)展，這些都為網絡控制系統(tǒng)應用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)奠定了良好的基礎?，F(xiàn)場總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設計更加有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣可以根據間隔的情況進行設計。采用這種監(jiān)控方式除了具有遠程監(jiān)控方式的全部優(yōu)點外，還可以減少大量的隔離設備、端子柜、I/0卡件、模擬量變送器等，而且智能設備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過通信線連接，可以節(jié)省大量控制電纜，節(jié)約很多投資和安裝維護工作量，從而降低成本。另外，各裝置的功能相對獨立，裝置之間僅通過網絡連接，網絡組態(tài)靈活，使整個系統(tǒng)的可靠性大大提高，任一裝置故障僅影響相應的元件，不會導致系統(tǒng)癱瘓。因此現(xiàn)場總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

5 探討電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

OPC(OIJEforProcess Control)技術的出現(xiàn)，IEC61131的頒布，以及Microsoft的Windows平臺的廣泛應用，使得未來的電氣技術的結合，計算機日益發(fā)揮著不可替代的作用。IEC61131已成為了一個國際化的標準，正被各大控制系統(tǒng)廠商廣泛采納。

Pc客戶機/服務器體系結構、以太網和Internet技術引發(fā)了電氣自動化的一次又一次革命。正是市場的需求驅動著自動化和IT平臺的融和，電子商務的普及將加速著這一過程。Internet／Intranet技術和多媒體技術在自動化領域有著廣泛的應用前景。企業(yè)的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業(yè)的財務、人事等管理數(shù)據，也可以對當前生產過程的動態(tài)畫面進行監(jiān)控，在第一時間了解最全面和準確的生產信息。虛擬現(xiàn)實技術和視頻處理技術的應用，將對未來的自動化產品，如人機界面和設備維護系統(tǒng)的設計產生直接的影響。相對應的軟件結構、通訊能力及易于使用和統(tǒng)一的組態(tài)環(huán)境變得重要了。軟件的重要性在不斷提高。這種趨勢正從單一的設備轉向集成的系統(tǒng)。

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