·控制技术·电气控制系统在1000MW机组的应用

　第３０卷第３期华电技术Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．３　　　２００８年３月ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｒ．２００８　　·控制技术·电气控制系统在１０００ＭＷ机组的应用Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎ１０００ＭＷｕｎｉｔ李爱华，金玉磊ＬＩＡｉｈｕａ，ＪＩＮＹｕｌｅｉ（华能玉环电厂，浙江玉环　３１７６０４）（ＨｕａｎｅｎｇＹｕｈｕａｎＰｏｗｅＰｌａｎｔ，Ｙｕｈｕａｎ３１７６０４，Ｃｈｉｎａ）摘　要：分析了电气控制系统的特点，在此基础上，论述了电气控制系统的发展概况。结合华能玉环电厂的工程应用情况，介绍了电气系统纳入ＤＣＳ监控的范围和主要功能，指出了ＥＣＳ纳入ＤＣＳ时应注意的几个问题。关键词：电气控制系统；发展概况；监控范围；应用中图分类号：ＴＭ６２　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１６７４－１９５１（２００８）０３－００５８－０５Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｚｉｎｇｆｏｒｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ（ＥＣＳ），ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｓｕｒｖｅｙｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＥＣＳ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｉｔｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｃｏｐｅａｎｄｍａｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｓｅｖｅｒａｌｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏ，ｈａｖｅｂｅｅｎｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＨｕａｎｅｎｇＹｕｈｕａｎｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｕｒｖｅｙ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｃｏｐｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ收稿日期：２００８－０１－２２０　引言随着计算机控制技术的不断发展和自动化水平的不断提高，我国最近几年新建的火电机组均采用国内外最先进的分散控制系统（以下简称ＤＣＳ），对全厂各个生产过程进行集中监视和控制。把电气监控纳入ＤＣＳ并作为其中的一个子系统即ＥＣＳ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ）系统，则是分散控制技术的进一步延伸和发展。为使火电机组的锅炉、汽机、发电机的控制方式协调一致，为实现机、炉、电单元统一值班创造良好条件，华能玉环电厂一期工程２台１０００ＭＷ机组采用美国西屋公司的Ｏｖａｔｉｏｎ分散控制系统，成功地把电气量的监控纳入ＤＣＳ，取得了良好的效果。１　电气控制系统（ＥＣＳ）的特点电气系统与热工自动化相比在控制要求及运行过程中有着很多不同点，电气控制系统的主要特点表现为如下４个方面。（１）电气设备相对热工设备而言控制对象少，操作频率低，有的系统或设备运行正常时，时常几个月或更长时间才操作一次。（２）电气设备保护及自动装置要求可靠性高，动作速度快。发变组保护动作速度要求在４０ｍｓ以内；自动准同期采用同步电压方式，转速、电压调整和滑差控制要求在５ｍｓ以内；电压自动调整装置快速励磁要求响应时间极短；厂用电快切装置快速切换时间一般小于６０～８０ｍｓ，同期鉴定相位差５°～２０°。（３）３００ＭＷ及以上机组一般每２台（或多台）机组共用１台启动／备用变压器，任一机组检修都不能影响另一台机组的正常运行，因此，ＤＣＳ控制应考虑其控制方式，确保只能有１台机组的ＤＣＳ实现对共用部分的控制；同时，另一机组ＤＣＳ能够实现实时监视，并且这种操作控制权能实现切换。（４）电气设备电气系统的联锁逻辑较简单，但电气设备本身操作机构复杂。因此，机组的电气系统纳入ＤＣＳ控制，要求控制系统具有很高的可靠性。除了能实现正常启停和运行操作外，还能够实现实时显示异常运行和事故状　第３期李爱华，等：电气控制系统在１０００ＭＷ机组的应用·５９·　态下的各种数据和状态，并提供相应的操作指导和应急处理措施，保证电气系统自动控制在最安全合理的工况下工作。２　电气控制系统（ＥＣＳ）的发展概况［１］在科学技术高速发展的今天，作为发电厂自动化系统的一个组成部分，发电厂厂用电监控系统ＥＣＳ技术经过了３个阶段的发展历程。第１个阶段是一对一的控制方式，即设置发电机组厂用电控制屏，通过测量仪表、光字牌和指示灯进行监测，控制开关采用一对一的强电控制方式，这也是发电厂设计的原始控制系统，该方式的控制系统特点是设备监控简捷明了，但自动化程度低。第２个阶段是电气监控纳入分散控制系统（ＤＣＳ）。随着计算机信息技术的发展和分散控制技术在自动控制领域的广泛应用，为提高发电机组的电、热负荷适应能力和自动化水平，ＤＣＳ已经在电厂自动控制领域得到广泛应用，逐步从较为简单的数据采集系统（ＤＡＳ）、模拟量控制系统（ＭＣＳ）逐渐发展到机电一体化控制系统。在这个阶段，厂用电监控纳入ＤＣＳ主要是指发电机变压器组由ＤＣＳ进行测量与控制；直流系统、不间断供电系统（ＵＰＳ）等由ＤＣＳ实现数据采集；厂用电快切装置、６ｋＶ厂用电保护、３８０Ｖ电动机控制装置、３８０Ｖ配电控制装置等各自独立，测控功能由ＤＣＳ直接进行。电气控制系统由于存在通信能力比较弱、可靠性不高、对ＤＣＳ下发的控制命令无法快速响应、无法快速地把相关电气量传给ＤＣＳ、不能满足ＤＣＳ对参与顺序控制的电气量迸行快速数据采集的要求等问题，所以，常规做法是对这些要参与ＤＣＳ顺序控制的电气量专门铺设二次电缆和加装变送器，由ＤＣＳ直接进行数据采集和控制操作。铺设电缆的工作量很大，投资也很大，而厂用电保护装置或电机控制中心（ＭＣＣ）、动力中心（ＰＣ）控制装置本身所具有的采集和控制功能没有得到充分利用。第３个阶段是全数字化的电气监控系统，并为ＤＣＳ提供所需信息接口和控制接口。通过工业现场总线或以太网将厂用电气系统组成局域网，构建成专用的ＥＣＳ，实现完全数字化的电气信息量监控，同时为ＤＣＳ提供高速实时的数字化通信接口。这时，ＤＣＳ对参与顺序控制的电气量的采集和控制完全以通信软报文的方式进行，不需要二次电缆硬接线（减少了设计和施工的工作量，节省大量成本）。近几年来，在新建的容量３００ＭＷ及以上的火电机组中，电气系统都实现了范围不等的联网，并通过通信接口向ＤＣＳ传送监测信息，在提高电气系统自动化水平和管理维护方面，给用户提供了实实在在的好处。但是，全数字化的ＥＣＳ在实施过程中也存在些困难和问题，主要有以下６个方面的问题。（１）对于ＤＣＳ厂家来说，取消了大量的变送器和ＩＯ卡件，市场利益受到一定的冲击，还要投入精力来做通信接入工作，难免会有一定的抵触情绪。（２）目前，国内投资于ＤＣＳ的资金主要用于进口设备，而进口ＤＣＳ系统的通信开放性受到很大限制，对于通信的信息来说，ＤＣＳ的通信周期、数据包长度都对通信的实时性有很大影响。（３）通信方式与硬接线方式相比，信息中转环节多，在可靠性和实时性方面还有一定的差距，目前通信的信息大多局限于监测信息，还不能完全实现用户期望的全通信目标。（４）ＥＣＳ节点多，分散性强，且多台机组需要分期建设。这对系统的容量、网络构架的可扩展性和设备厂家的售后服务能力都提出了很高的要求，而不同厂家的解决方案良莠不等，网络通信中断、信息刷新缓慢等问题经常困扰用户，使系统维护量增大，从而影响ＥＣＳ的实施效果和用户的应用信心。（５）从投资成本来看，由于部分工程ＥＣＳ的站控层和通信层配置较复杂，从而使ＥＣＳ的投资偏高，对于整个控制系统而言，成本降低并不明显。（６）在ＤＣＳ投运之后，用户对ＥＣＳ的应用相对较少，关注程度较低，目前ＥＣＳ的电气维护和管理功能并不十分完善。３　玉环电厂电气控制系统（ＥＣＳ）纳入ＤＣＳ监控的范围ＤＣＳ分散控制系统在国内火电厂经过十多年的应用，无论是系统硬件还是软件设计组态以及运行管理都积累了成熟的经验。硬接线方式的优点是：电气量的ＩＯ模件柜集中布置，便于管理，设备运行环境好；信号传输中转环节少，对现场信号的反应快速、可靠，连接电缆一次敷设正确后，发生故障的概率较低，维护工作量小。硬接线方式虽然一次性投资较高，但目前大部分电厂、设计院仍认为它是电气信息接人ＤＣＳ的最可靠、快速的方式。作为国内首台１０００ＭＷ火电机组，为保证机组运行的可靠性，玉环电厂的ＥＣＳ系统没有采用全通信实现的方式，而是通过硬接线的方式接入ＤＣＳ，在此基础上，局部进行了通信方式的尝试。ＥＣＳ纳入　·６０·华电技术第３０卷　ＤＣＳ系统后，ＥＣＳ系统与ＤＣＳ的各子系统间从功能上相对独立，同时又通过以太网高速数据公路联结在一起实现系统间数据交换和共享，消除了与ＤＣＳ系统之间的数据接口的瓶颈，实现系统资源共享，减少了系统设计、调试、安装、运行、维护的工作量，降低了系统造价。由于各个子系统不是以自动化孤岛的形式存在，而是通过高速数据公路实现数据的有机联系，因而也为加入高级运行管理模块提供了良好的基础。在工程应用中，根据单元机组运行和电气控制的特点，从升压站（不包括升压站）至电厂侧的所有主厂房内电气系统均纳入ＤＣＳ监控，主要系统归纳为发变组系统、发电机励磁系统、高压厂用电源系统、低压厂用电源系统、４００ＶＰＣ和ＭＣＣ、高压启动／备用变压器电源系统（纳入公用ＤＣＳ系统）、柴油发电机组和保安电源、直流系统和ＵＰＳ系统（仅监视）、自动同期系统和厂用电快切系统。电气的主要保护和安全自动装置用ＤＣＳ实现其功能目前尚有一定的难度，并且要增加相当大的费用，因此，仍保留其装置，采用硬接线的方式将其接入ＤＣＳ。保留的保护自动专用装置主要有发变组保护装置、自动准同期装置（ＡＳＳ）、自动励磁调整装置（ＡＶＲ）、厂用电快切装置和故障录波装置。２台机组的公用电气系统（如公用变压器、厂前区辅助变压器、检修变压器等）不纳入机组的ＤＣＳ系统，由＃１，＃２机组公用ＤＣＳ控制系统进行监控。这样，在单台机组的ＤＣＳ系统停电检修时，不会影响公用电气系统的正常监控。主厂房外辅助系统的电气系统（如海水淡化、石灰石磨制、除尘除灰、输煤系统等）不纳入ＤＣＳ系统，由单独的辅网控制系统进行监控。４　软件实现应用Ｏｖａｔｉｏｎ中的组态软件可实现对ＥＣＳ系统的控制功能组态和监视画面组态。在控制功能组态方面Ｏｖａｔｉｏｎ拥有内容丰富的功能码库，一个功能码就是一种控制功能的模块化表现形式，这些功能块可轻松快捷地实现ＥＣＳ所需要的控制功能，典型的如电气设备的手／自动控制的切换、联锁保护和闭锁保护、状态监测及故障报警等。在监视画面组态方面把ＥＣＳ画面分为２类：一类是电气子系统画面，另一类是ＥＣＳ帮助指导画面。电气子系统画面可通过主菜单调出；ＥＣＳ帮助指导画面可通过ＥＣＳ帮助菜单调出，也可通过相关工艺画面上的调用键直接调出。在电气子系统画面中，包含了所有的ＥＣＳ设备。在每个设备的周围，有其远方／就地控制方式、检修／试验状态指示、控制画面调用按钮，该按钮可调出设备的控制画面，操作人员通过控制画面对设备进行跳／合闸操作。正常运行时，ＥＣＳ画面能实时显示和记录发变组系统以及厂用电系统的正常运行、异常运行和事故工况下的各种数据和状态，并提供操作指导；同时，也能监视电气其他子系统，如ＵＰＳ电源、１１０Ｖ和２２０Ｖ直流供电系统的运行状况。５　电气控制系统（ＥＣＳ）的主要功能［２］电气系统接入ＥＣＳ后，高／低压辅机的开关、主机部分的开关控制、联锁、表计、信号等功能均由ＤＣＳ来完成。自动准同期的投入开关、励磁手动升、降压等也由ＤＣＳ内的软手操进行。５．１　开关的控制（１）通过ＤＣＳ内的软手操，送出ＤＯ点，接入开关的跳、合闸回路，实现跳、合闸控制。电气五防闭锁除在硬接线中实现外，在逻辑中也进行了大量组态。大部分开关仅设置软手操，但为安全起见，对一些重要辅机，如直流润滑油泵、交流油泵、柴油发电机、保安段工作进线等开关，除在ＤＣＳ内设置软手操外，在控制台上安装了紧急操作按钮。（２）根据开关返回状态量ＤＩ点，通过ＣＲＴ上开关的不同颜色显示开关状态（包括开关的合闸、分闸、异常等状态）。（３）将原来的热动部分提供给电气回路，用于联锁启动、闭锁合闸、跳闸的油压、水压、温度等接点，直接送入ＤＣＳ，通过ＤＣＳ内的逻辑来实现相应的功能。辅机之间的电气联锁、锅炉大联锁也由ＤＣＳ根据送