熱工控制與電氣控制的有效配合方案略述

李瓊

摘 要：熱工控制與電氣控制是火電廠生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的控制系統(tǒng)，它們有著非常重要的作用。其中熱工控制系統(tǒng)主要是對(duì)火電機(jī)組的運(yùn)行進(jìn)行控制，而電氣控制系統(tǒng)除對(duì)單元機(jī)組進(jìn)行控制外，還肩負(fù)著控制廠用電的任務(wù)。如果能夠使這兩大系統(tǒng)有機(jī)地融為一體，將會(huì)使彼此之間的配合更加密切。基于此點(diǎn)，文章首先簡(jiǎn)要闡述了熱工控制DCS系統(tǒng)與電氣控制ECS系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上對(duì)DCS系統(tǒng)與ECS系統(tǒng)有效配合的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行論述。期望通過(guò)該文的研究能夠?qū)痣姀S自動(dòng)化控制水平的提升有所幫助。

關(guān)鍵詞：熱工控制 電氣控制 配合 系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（a）-0014-02

在我國(guó)，火電廠肩負(fù)著生產(chǎn)電能的重要任務(wù)，其產(chǎn)能的高低，不僅關(guān)系到電能的供給，而且還與經(jīng)濟(jì)效益有著密切的關(guān)聯(lián)。熱工控制與電氣控制是火電廠控制系統(tǒng)的主要組成部分，二者分別負(fù)責(zé)對(duì)火電機(jī)組、單元機(jī)組和廠用電進(jìn)行控制。一直以來(lái)，這兩個(gè)控制系統(tǒng)都是獨(dú)立運(yùn)行，雖然彼此之間也存在配合，但并不緊密，為了能夠使熱工控制與電氣控制在火電生產(chǎn)中的作用得以充分發(fā)揮，應(yīng)當(dāng)使兩個(gè)控制系統(tǒng)之間形成緊密配合，這樣既可以提高火電廠的自動(dòng)化控制水平，又能提高生產(chǎn)能效，可以給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。借此，該文就熱工控制與電氣控制的有效配合方案進(jìn)行淺談。

1 熱工控制DCS系統(tǒng)與電氣控制ECS系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 熱工控制DCS系統(tǒng)的應(yīng)用情況

國(guó)內(nèi)火電機(jī)組應(yīng)用DCS初期，DCS的監(jiān)控范圍主要在DAS、MCS、FSSS、SCS方面。在《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）技術(shù)規(guī)范書》中，DCS的監(jiān)控功能覆蓋范圍仍是上述四項(xiàng)。但是，近幾年來(lái)，DCS的應(yīng)用范圍已經(jīng)拓展到大容量機(jī)組的各個(gè)控制子系統(tǒng)中，同時(shí)也能成功應(yīng)用于脫硝系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、大型循環(huán)硫化床鍋爐等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了DCS的全面控制。一些火電廠在DCS的SCS控制功能中納入了電氣發(fā)變組和廠用電系統(tǒng)的控制（FECS）功能，由DCS替代ETS控制功能，促使DCS與DEH的軟硬件有機(jī)結(jié)合，甚至可在單元機(jī)組的DCS控制中納入煙氣脫硫控制系統(tǒng)，構(gòu)建起一體化的熱工控制系統(tǒng)，從而推動(dòng)了DCS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。此外，火電廠還將輔控系統(tǒng)與主廠房的控制系統(tǒng)DCS實(shí)現(xiàn)對(duì)接，使得輔控室內(nèi)不再設(shè)置水、煤、灰三個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，而是將其設(shè)置在集控室，進(jìn)而有利于降低庫(kù)存成本和運(yùn)維費(fèi)用，強(qiáng)化熱工系統(tǒng)一體化控制。

1.2 電氣控制ECS系統(tǒng)的應(yīng)用情況

電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱ECS，可將該系統(tǒng)細(xì)分為單元機(jī)組和公用電氣兩部分，前者主要控制的對(duì)象包括：發(fā)變組斷路器、隔離開關(guān)；發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)；自動(dòng)準(zhǔn)同期ASS；勵(lì)磁系統(tǒng)VAR控制；高壓廠變工作與備用分支斷路器；6kV廠用電快速投切裝置；低壓變分段開關(guān)。后者的控制對(duì)象具體包括：公用變分段開關(guān)；廠區(qū)變分段開關(guān)；化學(xué)變壓器分段開關(guān)；進(jìn)線電源分支開關(guān)等等。

2 DCS系統(tǒng)與ECS系統(tǒng)有效配合的實(shí)現(xiàn)方案

想要實(shí)現(xiàn)熱工控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)之間的有效配合，最為簡(jiǎn)單的方法就是將ECS系統(tǒng)接入到DCS系統(tǒng)當(dāng)中。常用的接入方式有以下幾種：?jiǎn)渭冇步泳€、硬接線+通信、保留硬接線+通信。下面該文重點(diǎn)對(duì)這三種接入方式的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并通過(guò)對(duì)比分析找出最為經(jīng)濟(jì)、可行的接入方式。

2.1 硬接線

這種接入方式具體是指通過(guò)硬接線將ECS系統(tǒng)接入到DCS系統(tǒng)當(dāng)中，接入的信息包括DI/DO（開關(guān)量輸入/輸出）、AI（模擬量輸入）。接入方式為空節(jié)點(diǎn)和直流信號(hào)。采用該方式將ECS系統(tǒng)接入到DCS系統(tǒng)后，可借助DCS系統(tǒng)的CRT實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備相關(guān)信息的顯示報(bào)警和調(diào)節(jié)控制，由此不但能夠進(jìn)一步提高電氣控制的安全性和可靠性，而且還能是DCS的控制范圍有所擴(kuò)大，有助于機(jī)爐電系統(tǒng)一體化運(yùn)行監(jiān)控目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.1.1 優(yōu)點(diǎn)

該接入方式具有如下優(yōu)點(diǎn)：I/O模件柜可采取集中的方式進(jìn)行布置，更加便于管理，給設(shè)備的運(yùn)行提供了良好的環(huán)境；減少了信號(hào)傳輸?shù)闹虚g環(huán)節(jié)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的反應(yīng)快速、可靠；只要確保連接電纜敷設(shè)正確，基本不會(huì)發(fā)生故障，有助于減輕維護(hù)工作量。

2.1.2 缺點(diǎn)

前期一次性投入的成本較大，施工復(fù)雜；能夠接入到DCS系統(tǒng)中的信息量比較有限，系統(tǒng)可擴(kuò)展性能不高；需要在廠用電回路上加裝單獨(dú)的表計(jì)，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化抄表；在廠用電倒送的過(guò)程中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)廠用電源的遠(yuǎn)程操作；電氣系統(tǒng)的整體自動(dòng)化水平不高；重復(fù)配置、浪費(fèi)資源。

2.2 硬接線+通信

在這種接入方式下，ECS系統(tǒng)多數(shù)采用的都是分層分布式結(jié)構(gòu)，具體包括站控層、通信層和間隔層。其中站控層除了能夠單獨(dú)對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控外，還能為DCS提供后備控制手段；通信層的核心為通信管理機(jī)，利用通信接口及通信協(xié)議格式的轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；間隔層能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集、保護(hù)、控制及數(shù)據(jù)通信等功能。

2.2.1 優(yōu)點(diǎn)

DCS系統(tǒng)不需要配置過(guò)多的設(shè)備，并且能夠獲取更加全面、豐富的信息，且系統(tǒng)自身具備較強(qiáng)的擴(kuò)展性；綜保裝置無(wú)需單獨(dú)配置電能表，可將信息直接傳輸至ECS后臺(tái)，既具備自動(dòng)抄表功能，又可實(shí)現(xiàn)電能的高精度計(jì)量；電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化水平高，具有事故追憶、錄波分析、防誤閉鎖、保護(hù)定值管理、操作票等管理功能，并對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)；ECS在需要倒送廠用電的情況下，可遠(yuǎn)程操作高壓?jiǎn)?備變、高/低壓廠用電源。

2.2.2 不足

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)一些大型火電廠進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，用于DCS系統(tǒng)的建設(shè)資金有70%左右都投入了進(jìn)口設(shè)備的采購(gòu)上，進(jìn)口的DCS在通信方面有一定的限制，由此影響了系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性；與單純的硬接線方式相比，信息在整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)較多，可靠性與實(shí)時(shí)性上可存在一定的差距；節(jié)點(diǎn)多、分散性強(qiáng)，多臺(tái)機(jī)組必須采取分期建設(shè)的方法，這對(duì)系統(tǒng)容量的可擴(kuò)展性提出了較高的要求，受廠家解決方案的影響，常常會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信中斷等問(wèn)題，由此增大了系統(tǒng)的維護(hù)工作量；因ECS系統(tǒng)的站控層和通信層設(shè)備配置過(guò)于復(fù)雜，致使整體投資偏高，總成本的降低并不十分明顯。

2.3 保留硬接線+通信

這是一種將軟硬信息相互混合采用的方案，它要求ECS系統(tǒng)的I/O信息以通信的方式直接接入到DCS系統(tǒng)當(dāng)中，而部分設(shè)備保留硬接線的控制方式（僅包含啟?？刂疲?。通過(guò)這部分硬接線的保留，可以在故障停機(jī)時(shí)，確保重要設(shè)備能夠得到啟停控制，有助于機(jī)組設(shè)備安全性的提升。該接入方式的特點(diǎn)如下：在間隔層保護(hù)測(cè)控裝置中采用高速現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行組網(wǎng)，根據(jù)電廠自動(dòng)化的工業(yè)環(huán)節(jié)特點(diǎn)，使DI、DO、AI等參與控制的關(guān)鍵點(diǎn)與DCS的控制器層進(jìn)行通訊，從而保證ECS系統(tǒng)的I/O能夠參與到DCS控制的工藝過(guò)程中，利用分散控制方式進(jìn)而確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行；ECS系統(tǒng)可減少硬接線，使DCS系統(tǒng)配置少量的I/O卡件，這樣一來(lái)可節(jié)省電纜和橋架等配件的使用量，并且使得安裝和維護(hù)工作更加簡(jiǎn)便；ECS系統(tǒng)采用兩級(jí)控制方式實(shí)現(xiàn)與DCS的通訊，分別為控制器層和主站層，可獲取豐富的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)ECS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)協(xié)同控制。

2.4 經(jīng)濟(jì)性比較

由于單純硬接線方式的成本過(guò)高，經(jīng)濟(jì)性較差，所以僅對(duì)后兩種接入方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。以某2×600MW的工程為例，兩臺(tái)機(jī)組分別采用硬接線+通信和保留硬接線+通信的方式接入DCS系統(tǒng)，前者共計(jì)需要投入1325.6萬(wàn)元，后者共計(jì)需要投入864.87萬(wàn)元。相比之下，保留硬接線+通信的接入方式在投資上可以節(jié)省460.73萬(wàn)元，由此不難看出，保留硬接線+通信更加經(jīng)濟(jì)，可將之作為熱工控制與電氣控制有效配合的首選接入方案。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在火電廠的生產(chǎn)中，熱工與電氣控制是不可或缺的重要組成部分之一，其與生產(chǎn)安全和產(chǎn)能有著非常密切的關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)熱工與電氣控制的有效配合，可將ECS系統(tǒng)接入到DCS系統(tǒng)當(dāng)中。該文重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的接入方式進(jìn)行了分析，通過(guò)對(duì)比分析，得出如下結(jié)果：在硬接線、硬接線+通信和保留硬接線+通信這三種接入方式中，保留硬接線+通信的經(jīng)濟(jì)性最佳。因此，建議采用這種接入方式實(shí)現(xiàn)熱工控制與電氣控制的配合。在未來(lái)一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)加大熱工控制與電氣控制相關(guān)方面的研究力度，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和完善，并通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新，為熱工控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的有效配合提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

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