火電廠ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的應(yīng)用分析

佘丹寧

（神華陜西國華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西榆林719300）

1 序言

在火力發(fā)電廠中，熱工及電氣系統(tǒng)的自動化水平，在很大程度上反映整個電廠節(jié)能經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行管理水平。隨著機(jī)組規(guī)模容量的進(jìn)一步擴(kuò)大、智能自動化水平的進(jìn)一步提高，大中型電廠已將電能生產(chǎn)運(yùn)營過程中越來越多服務(wù)控制對象納入到統(tǒng)一的電廠集散控制系統(tǒng)（DCS）中。電氣和熱工間系統(tǒng)功能特性和自動化水平不協(xié)調(diào)問題一直是制約電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)展的重要瓶頸。從20世紀(jì)90年代中后期開始，電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）中的發(fā)變組、廠用電等系統(tǒng)陸續(xù)在DCS中展開集中監(jiān)控，但由于當(dāng)時建設(shè)技術(shù)水平的影響，電廠電氣系統(tǒng)中的數(shù)字化繼電保護(hù)和自動控制裝置，依然采用I/O模件硬接線方式接入DCS系統(tǒng)，沒有真正實現(xiàn)電氣測量、保護(hù)、監(jiān)控等數(shù)據(jù)信息通信共享和互操作功能。為實現(xiàn)電廠監(jiān)控保護(hù)智能自動化功能，取消常規(guī)硬接線方式，采用通信方式將電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入到DCS監(jiān)控中，實現(xiàn)火電廠機(jī)、爐、電的集控運(yùn)行，是當(dāng)前火力發(fā)電廠繼電保護(hù)研究的焦點(diǎn)問題之一。將火電廠ECS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息資源通過網(wǎng)絡(luò)通信方式，實時準(zhǔn)確接入到DCS監(jiān)控中，成為電廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的一種方向，在新建和改造大中容量機(jī)組繼電保護(hù)工程中得到廣泛的推廣應(yīng)用［1]。

2 火電廠ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

DCS是火力發(fā)電廠監(jiān)測、調(diào)控、保護(hù)的核心自動化系統(tǒng)，除了常規(guī)控制鍋爐、汽輪機(jī)，以及公用輔助設(shè)備裝置的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、爐膛安保系統(tǒng)（FSSS）外，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和電廠監(jiān)控保護(hù)技術(shù)要求的進(jìn)一步提高，汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)（DEH）、電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）等，也被納入到DCS監(jiān)控之列。目前，ECS系統(tǒng)中僅有部分重要信號通過硬接線方式接入到DCS集散控制系統(tǒng)中，進(jìn)行集中動態(tài)監(jiān)控，如：送風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)等重要輔機(jī)的起停信號，廠用電分支線路開關(guān)動作信號等；絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)信號則經(jīng)ECS系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)機(jī)通過光纖以太網(wǎng)實現(xiàn)與DCS網(wǎng)關(guān)機(jī)間數(shù)據(jù)信息的傳輸，比如：輔機(jī)設(shè)備裝置運(yùn)行電流、電壓、功率等［2]。此種通信方式，雖然結(jié)構(gòu)較為簡單，但由于DCS監(jiān)控將ECS系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)信息采集前端，然后根據(jù)內(nèi)部功能需求從ECS系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)機(jī)上獲得少量電氣監(jiān)控數(shù)據(jù)信息，也就是只有少部分電氣設(shè)備裝置能通過DCS系統(tǒng)完成運(yùn)行工況性能的監(jiān)視、操控和保護(hù)功能，絕大部分電氣設(shè)備裝置依然停留在ECS系統(tǒng)中進(jìn)行獨(dú)立操作控制，無法實現(xiàn)電廠智能一體化控制。另外，智能自動化電廠系統(tǒng)的建設(shè)，需要接入DCS系統(tǒng)的電氣設(shè)備裝置較多，接線較為復(fù)雜、通信點(diǎn)數(shù)量龐大，基本都在三四千點(diǎn)左右，有的大型電廠甚至出現(xiàn)上萬個點(diǎn)，在常規(guī)硬接線方式下，不僅會增大設(shè)備投資，同時還會由于數(shù)據(jù)量的劇增引起DCS系統(tǒng)無法實時刷新數(shù)據(jù)，導(dǎo)致DCS監(jiān)控操作工作站中的電氣信號數(shù)據(jù)嚴(yán)重滯后，甚至還會影響DCS監(jiān)控功能的正常運(yùn)行。為了充分法發(fā)揮DCS系統(tǒng)強(qiáng)大的集中監(jiān)視調(diào)控保護(hù)功能，實現(xiàn)機(jī)、爐、電等子系統(tǒng)的更高級、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動化的集中監(jiān)控和實現(xiàn)“減人增效”降低電能生產(chǎn)運(yùn)營成本等目的，采取全通信方式完成ECS系統(tǒng)與DCS監(jiān)控的無縫實時鏈接，實現(xiàn)電廠DCS智能一體化監(jiān)控功能，是電廠繼電保護(hù)自動化系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的重要途徑［3]。

3 ECS電氣系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的范疇

火電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)中，ECS系統(tǒng)相對獨(dú)立地實現(xiàn)電廠電能生產(chǎn)電氣部分設(shè)備裝置運(yùn)行工況性能的監(jiān)控與管理，同時也通過硬接線方式將部分重要信號與DCS和其他監(jiān)控信息系統(tǒng)進(jìn)行傳輸互享和協(xié)調(diào)工作。根據(jù)單元機(jī)組的運(yùn)行特性和電氣監(jiān)控技術(shù)特點(diǎn)，火電廠ECS系統(tǒng)涵蓋的監(jiān)控范圍主要包括廠用電系統(tǒng)、網(wǎng)控系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)-變壓器組（發(fā)變組）控制系統(tǒng)等。其中，發(fā)變組控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)、廠用電源系統(tǒng)等電氣監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)全部納入到DCS監(jiān)控范疇；另外，廠用電內(nèi)的柴油發(fā)電機(jī)組和保安電源、直流電源系統(tǒng)、應(yīng)急供電UPS系統(tǒng)等也應(yīng)該納入到DCS監(jiān)視范疇［4]。

4 ECS系統(tǒng)納入DCS的監(jiān)控一體化方案的實現(xiàn)

4.1 控制方式的實現(xiàn)

將大中型容量熱力發(fā)電機(jī)組的ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)，納入到DCS監(jiān)控的主要控制方法為：由DCS監(jiān)控系統(tǒng)中的高級應(yīng)用軟件根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行工況狀態(tài)通過程序判斷形成電氣邏輯，然后經(jīng)DCS監(jiān)控的I/O通信端口或網(wǎng)絡(luò)實時通信網(wǎng)，將調(diào)控指令直接發(fā)送到現(xiàn)地電氣設(shè)備裝置的智能終端，進(jìn)而實現(xiàn)廠用電電源自動切換、斷路器操作機(jī)構(gòu)自動分、合閘操作；高壓電動機(jī)起、?？刂?。DCS監(jiān)控可以對操控人員所發(fā)出的操作命令和動作事件行為的合法性、可靠性的邏輯進(jìn)行檢查判別，避免“誤動”、“拒動”等誤操作事件發(fā)生。ECS系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，如：發(fā)—變組保護(hù)、AVR自動調(diào)節(jié)、廠用電系統(tǒng)等自動調(diào)節(jié)保護(hù)裝置的動作保護(hù)信號和位置狀態(tài)開關(guān)量，以DI數(shù)字輸入量模式送入到DCS監(jiān)控中；對于電流、電壓、功率等模擬信號則經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后，形成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號送入到DCS監(jiān)控中［5]。

4.2 總體設(shè)計方案

在全通信方式下，電廠電氣和熱控系統(tǒng)合用一套微機(jī)監(jiān)控DCS系統(tǒng)，完成對電能生產(chǎn)運(yùn)營各環(huán)節(jié)的集中管理和分散控制，實現(xiàn)電廠機(jī)、爐、電智能一體化監(jiān)控管理。電氣監(jiān)控ECS系統(tǒng)納入DCS的監(jiān)控智能一體化方案，如圖1所示。

圖1 全通信方式監(jiān)控智能一體化方案

由圖1可知，ECS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通過主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)信息通信，即將智能化和網(wǎng)絡(luò)化的主控單元作為DCS系統(tǒng)中分散處理單元DPU（Distributed Processing Unit)的電氣專用遠(yuǎn)程I/O功能模件，相應(yīng)的控制信號和動作事件命令由DPU完成，并通過串口通信服務(wù)網(wǎng)卡→通訊處理機(jī)→現(xiàn)場總線→測控保護(hù)單元，完成對電氣設(shè)備裝置的起停操控，實現(xiàn)電氣監(jiān)控ECS系統(tǒng)與電廠DCS系統(tǒng)的智能一體化監(jiān)控管理。

4.3 監(jiān)控一體化功能實現(xiàn)

4.3.1 機(jī)組自起?？刂乒δ?/p>

在DCS監(jiān)視系統(tǒng)中，機(jī)組自起?？刂七壿嫻δ芎兔钚盘柾ㄟ^主控單元，傳輸給電氣監(jiān)控ECS系統(tǒng)，實現(xiàn)機(jī)組的順序控制或手動操作控制。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時，ECS系統(tǒng)就會自動判斷將投入AVR自動調(diào)節(jié)裝置；當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓上升到額定值時，DCS監(jiān)控系統(tǒng)將通過主控單元發(fā)出投入同期裝置信號。在同期過程中，DCS監(jiān)控中的ECS子系統(tǒng)將會實時監(jiān)測AVR、DEH裝置性能參數(shù)，待所有參數(shù)均滿足同期條件時，向斷路器發(fā)出合閘指令脈沖，并網(wǎng)運(yùn)行后，機(jī)組啟動完成。機(jī)組在正常停機(jī)過程中，ECS子系統(tǒng)控制DEH裝置降低機(jī)組負(fù)荷，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低到整定值時，ECS將機(jī)組自身高壓廠用電系統(tǒng)快速準(zhǔn)確切換到到其他分段母線上進(jìn)行供電，直到機(jī)組負(fù)荷降低到零為止，跳主機(jī)開關(guān)，并聯(lián)跳汽輪機(jī)（主汽門關(guān)閉開關(guān)）和發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)。

4.3.2 廠用電監(jiān)視功能

電廠中的高、低壓廠用電系統(tǒng)的自動切換裝置，其運(yùn)行工況狀態(tài)信號通過全通信方式進(jìn)入到DCS監(jiān)控系統(tǒng)中，進(jìn)行運(yùn)行工況數(shù)據(jù)信息的實時顯示、記錄、運(yùn)算分析、報警、存儲、以及其他綜合應(yīng)用功能。

4.3.3 電氣公用監(jiān)視功能

公用系統(tǒng)是電廠機(jī)組高效穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障性裝置，其主要包括：備用變電氣開關(guān)及繼電保護(hù)裝置控制、AVR調(diào)壓裝置控制、照明電路控制等，這些均由DCS系統(tǒng)中的ECS子系統(tǒng)控制邏輯實現(xiàn)，并可通過主控單元由遠(yuǎn)方實現(xiàn)集中調(diào)控操作和保護(hù)聯(lián)動。將ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入到DCS監(jiān)視系統(tǒng)后，其運(yùn)行工況狀態(tài)、特征電氣參量，以及調(diào)節(jié)運(yùn)行過程中的顯示、運(yùn)算分析、報警提示、報文報表等，均與熱工信息一樣在DCS上位機(jī)中實現(xiàn)集中監(jiān)視和控制。各種現(xiàn)地電氣遠(yuǎn)方操作信號由主控單元進(jìn)入到DCS監(jiān)控后，通過可視化人機(jī)互通界面進(jìn)行鼠標(biāo)操作，即可在DCS上位機(jī)上設(shè)置操作準(zhǔn)許權(quán)限、閉鎖條件等防誤邏輯程序。將ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入到DCS監(jiān)控中，可以實現(xiàn)對機(jī)組動態(tài)自動化調(diào)控和全廠信息實時運(yùn)算分析，便于電廠調(diào)控人員制定高效合理的調(diào)度運(yùn)行決策，確保機(jī)組安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

5 ECS系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控實施過程中的安全措施

將ECS系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控，設(shè)置單獨(dú)的電氣監(jiān)控ECS子站，可以避免實際調(diào)控運(yùn)行過程中機(jī)、爐等對電氣設(shè)備運(yùn)行工況性能的干擾，且在DCS監(jiān)控中將電氣設(shè)備性能參數(shù)的修正均設(shè)置“確認(rèn)”軟閉鎖按鈕，只有當(dāng)電氣操控人員確認(rèn)該操作后方可生效，這樣可以有效避免人為誤操作事故發(fā)生。將ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入到DCS監(jiān)控，可以有效提高電氣設(shè)備運(yùn)行性能狀態(tài)監(jiān)視操控的智能自動化水平，同時可以避免專業(yè)間相互干擾問題，許多繁瑣的邏輯判斷和閉鎖操作可由DCS監(jiān)控系統(tǒng)自動邏輯判斷完成，確保電氣設(shè)備高效穩(wěn)定的運(yùn)行，降低各種誤操作事故的發(fā)生率。但由于ECS系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控，無形中會給DCS監(jiān)控帶來電磁干擾源。因此，為了進(jìn)一步提高DCS監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，在ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入到DCS監(jiān)控中的建設(shè)和升級改造實施過程中，應(yīng)采取以下安全防護(hù)措施。

（1）根據(jù)設(shè)備裝置性能特點(diǎn)要求，將供電電源按照強(qiáng)、弱兩個電源進(jìn)行獨(dú)立分布布設(shè)，避免強(qiáng)電電源系統(tǒng)對DCS計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；

（2）對于斷路器、隔離開關(guān)等部分電氣控制回路而言，其跳、合閘電流通常較大，而DCS監(jiān)控系統(tǒng)所能提供的輸出觸點(diǎn)容量很難滿足其操控需求，此時必須通過擴(kuò)展繼電器將輸出觸點(diǎn)信號轉(zhuǎn)接到二次電氣控制回路中，確保電氣回路的安全性和動作可靠性；

（3）設(shè)置機(jī)械閉鎖與電氣閉鎖相匹配的綜合閉鎖系統(tǒng)，在就地開關(guān)柜門上設(shè)置“就地/遠(yuǎn)方”轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)開關(guān)處于“就地”工位時，不僅要在DCS上位機(jī)上顯示開關(guān)柜門狀態(tài)，同時還需建立邏輯閉鎖，避免操控人員在DCS監(jiān)控上位機(jī)上出現(xiàn)誤操作；

（4）從大量運(yùn)行經(jīng)驗可知，僅將一對動合觸點(diǎn)引入DCS監(jiān)控系統(tǒng)反映開關(guān)狀態(tài)時，容易造成系統(tǒng)的“誤判”。因此，建議將開關(guān)的動合和動斷觸點(diǎn)同時接入到DCS監(jiān)控系統(tǒng)，用以反映開關(guān)真實的動作工況狀態(tài)；

（5）對于ECS系統(tǒng)中的重要電氣參數(shù)（如AVR電壓調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)等）接入DCS監(jiān)控，應(yīng)盡量采用“三取二”的方式，以提高DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采集的可靠性和動作信號命令判斷的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)論

對于新建和改造的大中型火力發(fā)電機(jī)組而言，將ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入到全廠DCS監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)了機(jī)、電、爐智能一體化監(jiān)控，使實際運(yùn)行調(diào)控操作更加簡單、安全，監(jiān)控更加集中完善。ECS系統(tǒng)通過全通信模式結(jié)構(gòu)納入DCS監(jiān)控，優(yōu)化DCS監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部接線結(jié)構(gòu)，節(jié)省大量信號電纜，降低了工程整體投資費(fèi)用。全部電氣的操作、監(jiān)控均納入全廠DCS監(jiān)控中，且與機(jī)組機(jī)、爐控制系統(tǒng)共同構(gòu)成電廠綜合自動化集控系統(tǒng)，為單元機(jī)組實現(xiàn)智能一體化集控運(yùn)行提供重要技術(shù)支撐。另外，機(jī)、爐、電大聯(lián)鎖主保護(hù)數(shù)據(jù)信號均全部納入到DCS監(jiān)控中，有效地提高了電廠電能生產(chǎn)運(yùn)營安全、穩(wěn)定、可靠的自動化監(jiān)控管理水平，降低運(yùn)行維護(hù)成本。因此，將ECS系統(tǒng)通過全通信方式納入到DCS監(jiān)控，能夠滿足電廠安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效調(diào)控運(yùn)行需求。

［1] 柴 昕.電氣控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用［J] .新疆電力技術(shù)，2009，（1）：18－19.

［2] 劉志超，丁建民，任錦興，等.基于以太網(wǎng)的分布式發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)［J] .電力系統(tǒng)自動化，2004，28（8）：84－87.

［3] 閏天軍，郭 偉，趙樹春.火電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)接入DCS方式的分析［J] .電力系統(tǒng)自動化，2006，30（11）：86－89.

［4] 沈良柳.電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入DCS一體化控制及系統(tǒng)對時［J] .熱力發(fā)電，2006，（6）：50－52.

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