浅谈国华定电电气系统监控纳入DCS应用

浅谈国华定电电气系统监控纳入DCS应用]本文就河北国华定洲电厂分析了电气系统控制的特点，结合实际工程的应用情况介绍电气系统纳入DCS监控的范围和控制要求，并就有关DCS硬件配置、软件功能、公用系统控制等问题进行探讨，为以后同类工程提供借鉴。引言国华定洲电厂的热工控制已全面采用DCS控制系统，形成了数据采集(DAS)、模拟量控制(MCS)、顺序控制(SCS)、燃烧器管理(BMS)四大系统。从实际运行情况来看，DCS较好地实现了其控制功能，并发挥了安全、经济、可靠的优点，取得了良好的效果，并且电气控制打破了常规的控制手段——使用盘台上一对一硬手操方式，将电气纳入DCS控制之中，这样既利用DCS已成熟的分散控制技术，又能提高电气控制水平。电气控制纳入DCS以后，可充分利用DCS的手段，使电气防误操作等功能实现更方便、更完备，并且将相关量的显示、报警与电气设备的控制调节有机地结合起来，有效提高整个电气控制的安全性和可靠性。1电气系统控制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，电气的主要特点表现为：（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，几个月或更长时间才操作一次。（2）电气设备保护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、电压调整和滑压控制要求在5ms以内；电压自动调整装置快速励磁要求时间极短；厂用电快切装置快速切换时间一般小于60～80ms，同步鉴定相位差5°～20°。（3）国华定洲电厂采用2台机组共用1台起／备变，任一机组检修都不能影响另1台机组的正常运行。DCS的控制方式为每1台机组的DCS都能实现对公用部分的控制，两台操作权限完全相等。（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。除了能实现正常起停和运行操作外，尤其要求能够实现实时显示异常运行和事故状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电气系统纳入DCS监控的范围根据国华定洲电厂单元机组的运行和电气控制的特点，在工程的应用中采用将发电机—变压器组和厂用电源等电气系统的控制都纳入DCS监控。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：单元电气控制系统监控范围包括：1.发电机-变压器组（包括断路器、刀闸）；2.发电机励磁系统；3.高压厂用电源；4.单元低压变压器﹑PC进线及分段；5.保安电源及柴油发电机组；6.单元机组直流系统（仅监测）；7.UPS系统（仅监测）。公用电气控制系统监控范围包括：1.高压启/备变（包括断路器、刀闸）；2.公用低压变压器﹑PC进线及分段。电气主要保护安全自动装置因要求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。原则上不要求通过DCS实现其功能，仍保留其装置，但它们采用RS485接口与DCS之间进行通讯。保留的保护自动专用装置主要有如下：发变组保护装置；自动准同期装置(ASS)；自动电压调整装置(AVR)；厂用电快切装置；故障录波装置。3电气系统纳入DCS所达到的控制水平及技术水平机组整套启动时从锅炉点火至发电机并网带初始负荷够实现全过程的自动程序控制，或机组停机时DCS能安全停机。机组自启停控制的控制水平是：机组正常起动时，当发电机达到额定转速时，DCS将投入AVR。当发电机电压达到额定值时，DCS将投入同期装置。发电机与电网的同期是由同期装置自动实现，在同期过程中通过DCS控制AVR、DEH，当同期条件满足时，向发电机断路器发合闸指令。机组正常停机时，跳开主开关，联跳汽轮机(主汽门关闭)，发电机灭磁。对于厂用电源系统控制的要求是：在机组启动时通过启／备变向厂用负荷供电；在机组正常用电时，由厂变供电并经低压厂变向400VMCC低压负荷供电以启动机组所必需的辅机；在厂用电消失时，为了保护设备和系统的安全，厂用电快切装置应快速将厂用工作负荷自动切换至启／备变；当确认保安段母线失压后，应启动事故备用柴油机供电以保证设备安全。依据以上控制水平的要求，电气监控纳入DCS技术的要求是：（1）发电机系统能实现程序控制和软手操控制使发电机由零起升速、升压直到并网带初始负荷。（2）厂用电系统能按启动／停止阶段和正常运行阶段的要求程序控制和软手操来实现。（3）能实时显示和记录上述发变组系统和厂用电系统的正常运行、异常运行和事故状态下的各种数据和状态，并提供操作指导和应急处理措施。（4）单元机组(炉机电)实现全CRT监控。4对DCS软件、硬件要求国华定电2台单元机组，电气主接线采用发电机—变压器组单元接线，接至220kV／500kV配电系统，主厂房6kV高压厂用母线采用设两工作段及专用公用段的接线方式。4.1硬件配置描述电气系统控制纳入DCS监控之后，其功能可分为数据采集(DAS)和顺序控制(SCS)两部分，由于电气量同热工量相比并没有特别的要求，而相对动作速度快、可靠性高的控制功能通过保留的电气专用装置来实现，因此原则上对DCS的硬件无特殊要求。对硬件的配置要求同热工一致，其功能分别融入DCS的功能之中。但基于历史的原因DCS由热工人员负责，而热工人员对电气的控制原理知之不多，在设计、调试、生产维护等各个环节中，电气系统这部分工作仍需电气人员来完成。加上在工程建设过程中电气有关厂用电受电部分需提前调试投入运行，在电气的控制功能部分为DCS顺序控制(SCS)和电气就地单独的控制器，便于实际工作的顺利进行。其数据采集部分同热工融为一体。4.2软件功能描述4.2.1数据采集系统DAS功能数据采集系统(DAS)能连续采集和处理所有与电气系统有关的重要测点信号及设备状态信号，以便及时向操作人员提供有关的运行信息，实现机组安全运行。一旦机组发生任何异常工况，及时报警，提高机组的可利用率。一般有下列功能：（1）显示：包括操作显示、棒状图显示、趋势显示、报警显示等。（2）制表记录：事故追忆记录、事件顺序(SOE)记录等。（3）历史数据存储和检索。4.2.2顺序控制系统SCS(G／A)功能国华定电的电气系统控制部分的顺控逻辑设计比较简单，仅能实现单操，1路、2路和母联闭锁功能。这样的设计方法使得DCS失去了自动化的意义，没有从根本上提高电气系统控制的自动化水平。这也是国华定电以后要改进的项目。5后备监控设备的配置根据已建成300MW机组的运行经验，九江、信阳、益阳电厂机炉控制中采用DCS以CRT和键盘监控为中心后，尽可能地减少控制盘台上的显示仪表、操作器／开关、报警窗等，仅保留的后备监控设备为：（1）模拟量信号全部进DCS显示，不另设控制盘。（2）只保留少量的重要电气开关并取消电气控制屏／盘，控制功能在DCS实现。手动同期开关还保留作为自动准同期装置后备手操。保留的后备手操开关为：发电机灭磁开关跳闸按钮；柴油发电机紧急按钮。（3）报警光字牌采用CRT上显示的软光字数量保留30个左右，与热工报警分开放置，这样不利于监视，建议和热控报警统一布置。6公用系统控制方式对于2台机组的公用系统，如厂用、公用及备用电源系统等与热工控制系统一样，DCS的配置能够实现一台机组停止运行时，另一台机组的运行人员能对公用系统进行监控，并且要求采用可靠的措施，确保其控制命令的唯一性，即在同一时间只允许一个DCS系统指令对公用设备起控制作用。不能因为公用系统的存在，而使2台机组的DCS耦合在一起。国华定洲电厂DCS系统采用西门子TXP7.4，公用系统控制采用公用系统终端总线同1号机组、2号机组的总端总线互联。这样既节省了硬件配置，又大大节约了工程费用。但是这样配置的缺点是当公用系统DCS出现故障时，必须两台机组都停下来，给公用系统DCS的检修带来很大不便。