摘要：介绍火电机组基于分布式控制系统的发电厂电气监控系统在DCS控制中的应用。该系统采用分布式技术，节点之间的通信采用相互独立的原则，数据实时传送到上位机，通信协议简单，完善和提高了电气系统的运行监控能力和水平，达到完全集控运行的能力。
关键词：电气监控制系统；分散控制系统；火电机组
1 引言
火力发电厂中，热工系统及电气系统的自动化水平，反映了整个电厂的运行管理水平。发电厂电气系统主要设备纳入机组的分散控制系统（DCS）进行监控,是当前火力发电厂广泛采用的控制模式，可大大提高机组运行的可靠性和经济性。大容量机组专用的继电保护及自动装置主要有：微机发变组保护装置、故障录波装置、微机自动励磁装置AVR、微机厂用电切换装置ATS及微机发电机自动同期装置ASS，以上设备一般集中布置于电气设备间或继电器室内，均为微机型装置。中压系统采用分散式就地安装的集保护、测量、控制、计量、通信于一体的智能前端设备，低压系统选用智能型框架断路器，可带通信接口，能将开关状态、电流、电压、功率、电能、保护动作等信号通过其自带的通信接口送出。对于塑壳断路器回路，可设低压微机保护测控装置，如智能型电机控制器、微机型测控单元等。上述安装于开关柜内的智能设备系统称为智能终端装置ST，上述设备都是分散的保护、监控装置。
2 电气系统控制的特点
（1）电气系统的测量参数是电流、电压，其他如电度、功率、电抗、相位等都属于电流、电压的二次参数。测量的手段为PT、CT以及相应的电量变送器，状态测量只有开关的辅助接点，电气控制对象是断路器、开关、接触器，但对控制系统的输出直接动作的是电磁线圈。从输入、输出看比较简单，但是它们交叉在交流回路中，就对控制装置提出了更高的抗干扰要求。特别是对那些输入参量进行内部的二次运算处理比较麻烦，专业性也很强，这是电气控制系统从输入方面对控制装置提出的特殊要求。
（2）电气参量的变化速度和异常状态的发展速度是ms级的，保护、联锁系统逻辑运算、输出动作也必须是ms级的。因此，电气控制对自动化装置本身的信号采集、运算处理速度要求也很高。如果要让DCS完成这些功能，必须加快局部过程控制站的处理速度及过程控制站的处理速度。
（3）电气控制专项的功能，如发变组、发电机励磁调节、故障录波、发电机自动同期等，其内部功能运算处理有很强的专业性。
（4）电气系统运行过程中操作量极少，过程参数的调节也很少，除励磁电压外几乎没有可调节的量，运行过程的异常状态大都是由保护装置自动处理的。电气系统的正常操作是对电气局部系统和装置的切投、运行方式的切换。这类操作频率低，操作的速度响应要求也不高，但是对操作的准确性要求高。
3 电气监控系统加入DCS控制的实现
3.1 控制实现形式
目前，大容量机组的电气系统纳入DCS监控的主要方式为：由DCS软件实现电气逻辑，通过DCS的I/O通道或网络通信将控制指令发送到电气控制装置上，DCS可实现厂用电自动切换、厂用电系统控制、电气断路器的分、合闸；电动机的启、停；操作员发出的操作命令的合法性逻辑检查和逻辑实现条件等。对于发电机励磁调节器AVR、发电机自动准同期装置ASS，有载调压控制装置、发电机—变压器组继电保护装置、故障录波装置等。其功能靠自身装置实现,通过DCS仅实现其装置的投、退。进入DCS控制系统的部分，如发变组保护、综合自动化装置、厂用电系统的保护及自动装置的动作情况是通过各独立的装置动作信号以及电气设备的位置状态等开关量作为输入量DI送至DCS系统；模拟量，如电流、电压、有功、无功，通过电量变送器输出4~20mA标准信号送至DCS系统：DCS的控制命令作为输出量DO引至电气设备，各电气设备与DCS系统的联系采用硬接线方式，由电气设备现场用电缆将电气量信号一对一地送至DCS系统的I/O 柜上。
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3.2 网络结构
DCS网络在结构上解决了传输介质或传输设备故障后引发的网络连通问题，从而大大提高了网络的可靠性。采用双网冗余结构，在环网的基础上又加了一道保险，形成冗余容错网。采用光纤作为传输介质，解决了通信电缆抗电磁干扰性能差的问题，也为建立远程控制器之间的通信创造了条件。网络结构如图1所示，为DCS控制系统网络。在网络节点的分布上，遵循节点间点对点通信相对独立的原则。以太网交换机具有根据网络数据的地址对各端口的数据进行分流的功能，冗余DPU之间存在着点对点的实时数据跟踪和拷贝，通过将相关的冗余DPU连接在同一交换机上，各个冗余DPU之间的点对点数据传输在本地的交换机上直接转发，减轻了主干网的网络负荷。
3.3 功能实现
电气监控系统按控制功能包括：发变组功能、厂用电部分、电气公用部分。
3.3.1 发—变组功能
发—变组功能包括：机组自启停控制、发电机励磁系统、自动准同期。
（1）机组自启停控制逻辑功能在DCS中电气控制部分ECS（电气控制系统）中完成，实现机组顺序控制或软手操控制。机组正常启动时，当发电机达到额定转速3000 r/min时，ECS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ECS控制AVR、DEH，当同期条件满足时，向断路器发出合闸指令脉冲。在同期合闸成功、发电机电负荷达到一定值之后，ECS将高压厂用电系统快速从启备变_切换到高压厂变上。机组正常停机时， ECS控制降低机组负荷，当机组负荷降到某一定值时，ECS将高压厂用电系统快速切换到由备变供电；当机组负荷继续降到零，跳开主开关，联跳汽轮机（主汽门关闭），发电机灭磁。
（2）发电机励磁系统
微机励磁调节装置AVR，通过就地控制柜面板操作键盘可完成装置的调试、投退、切换、操作等。该装置通过硬接线方式进入ECS进行显示、记录、报警和其他综合使用。通过操作员站CRT对AVR进行各种功能的远方设定、投退、切换、操作等全部手动控制。AVR接受ECS中机组状态信息，执行自启停系统的命令，完成相应的作业。
（3）自动准同期系统
同期装置按检测情况，给DEH和AVR分别发出调整汽轮机转速和发电机端电压，同期条件满足后，与电网自动并列。上述工作也可通过CRT依序手动完成。
（4）有载调压控制
厂高变有载调压通过ECS控制逻辑，由远方发出实现升压、降压停止的指令实现控制。
3.3.2 厂用电部分
厂用电部分包括：高压厂用电切换系统、低压厂用电系统。高、低压厂用电切换系统可以采用独立的切换装置，既可正常切换，也可事故切换。该装置可在就地控制柜面板安装的操作键盘完成装置的调试、投退、切换、操作等。使用硬接线方式进入DCS进行显示、记录、报警和其他综合使用，上述工作也可通过CRT依序手动完成。也可以在ECS控制逻辑实现，控制指令和运行状态信息通过DPU站传到DCS网络通信。
3.3.3 电气公用部分
电气的公用系统包括备变的电气开关及继电保护控制、调压装置、照明电路控制等，均由ECS的控制逻辑实现，由远方实现操作和保护联动。除了上述的功能实现，电气系统运行状态、运行过程的参量以及电气系统其他运行信息的显示、报警、记录，都在DCS上位机中进行和热工信息一样的处理，实现画面显示、声光提示和打印输出；各种远方操作进入DCS，通过CRT进行鼠标操作，并可以在DCS中设置操作准许、闭锁等防误逻辑。除发电机主开关、灭磁开关跳闸按钮、发电机功率仪表等后备设备外，可以取消电气操作台盘。输入DCS的输入输出信息，将用于机组综合控制和全厂信息系统。
4 结束语
火电厂电气监控系统在DCS控制的应用完善和提高了电气系统的运行监控能力和水平，提高电气控制的可靠性，更有利于实现整个发电机组的综合自动化，提高管理水平，很好地实现了整个机组（机、炉、电）的综合自动化和厂级运行管理。
参考文献
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[2]李先彬.电力系统自动化(第4版)[M].北京: 中国电力出版社, 2004.
[3]郑文波.控制网络技术[M]. 北京:清华大学出版社, 2001.
作者简介：王立刚，（1973.05.07），男，学历：新疆大学热能动力工程，单位：国电新疆电力有限公司，研究方向：工程管理
论文作者:王立刚
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第6期
论文发表时间:2017/7/31
标签：装置论文; 系统论文; 电气论文; 机组论文; 发电机论文; 同期论文; 操作论文; 《电力设备管理》2017年第6期论文;