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　　一、概述
　　
　　納雍發(fā)電總廠系新建電廠，一廠建設(shè)規(guī)模為4×300MW燃煤發(fā)電機組，規(guī)劃容量為4×300MW。#1、#2主機由哈爾濱三大動力廠提供，DCS為上海FOXBORO公司提供的I/A,s6.0，#3、#4主機由上海三大動力廠提供，DCS為上海新華公司提供的XDPS-400。本工程鍋爐為四角切圓無煙煤爐，汽輪機為凝汽式汽輪機。
　　
　　二、電氣進(jìn)入DCS的設(shè)計功能及控制要求
　　
　　納雍發(fā)電總廠DCS分散控制系統(tǒng)電氣控制（ECS）主要設(shè)計了以下各種電氣設(shè)備控制方式，以及并網(wǎng)和解列順序控制。
　　
　　2.1DCS控制的主要電氣系統(tǒng)（設(shè)備）
　　
　　根據(jù)單元機組的運行和電氣控制的特點，在工程的應(yīng)用中采用將發(fā)電機—變壓器組和廠用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入DCS監(jiān)控。從升壓站（不包括升壓站）至電廠側(cè)的所有主廠房內(nèi)電氣系統(tǒng)均納入DCS監(jiān)控，主要系統(tǒng)歸納為：
　　
　　發(fā)變組系統(tǒng)（包括變壓器本身的通風(fēng)系統(tǒng)如風(fēng)扇電機的控制）；
　　
　　發(fā)電機勵磁系統(tǒng)；
　　
　　高壓廠用電源系統(tǒng)（包括廠用電源正常切換）；
　　
　　低壓廠用電源系統(tǒng)和400VPC；
　　
　　高壓啟／備變電源系統(tǒng)（2臺機共用）；
　　
　　柴油發(fā)電機組和保安電源
　　
　　直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)；
　　
　　自動同期系統(tǒng)；
　　
　　DCS系統(tǒng)中電氣主接線如下圖：　　電氣主要保護(hù)安全自動裝置因要求DCS實現(xiàn)其功能目前尚有一定的難度，并且要增加相當(dāng)大的費用。原則上不要求通過DCS實現(xiàn)其功能，仍保留其裝置，但它們與DCS之間要有接口，我廠采用的方案仍是控制采用硬接線，利用通訊方式傳輸自動裝置信息。保留的保護(hù)自動裝置主要有如下：
　　
　　發(fā)變組保護(hù)裝置；
　　
　　自動準(zhǔn)同期裝置（ASS）；
　　
　　自動電壓調(diào)整裝置（AVR）；
　　
　　廠用電快切裝置；
　　
　　故障錄波裝置。
　　
　　另外，主廠房外輔助系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)如輸煤、化水、制氫等也均不納入DCS系統(tǒng)中。
　　
　　2.2利用DCS進(jìn)行的發(fā)電機并網(wǎng)和解列順序控制：
　　
　　機組整套啟動時從鍋爐點火至發(fā)電機并網(wǎng)帶初始負(fù)荷夠?qū)崿F(xiàn)全過程的自動程序控制。目前設(shè)有幾個斷點人工分析判斷決定后介入操作，今后將根據(jù)情況實現(xiàn)一鍵并網(wǎng)及一鍵解列，“一鍵并網(wǎng)”即運行人員在做好并網(wǎng)前的一系列檢查準(zhǔn)備工作后，只需要點擊程序并網(wǎng)開始即可實現(xiàn)自動并網(wǎng)。ECS按照既定程序執(zhí)行，滿足并網(wǎng)條件后即可同期并網(wǎng)。運行人員基本無須進(jìn)行任何干預(yù)。大大減輕了運行人員的操作量，提高了自動化水平。
　　
　　機組自啟?？刂频囊笫牵簷C組正常起動時，當(dāng)發(fā)電機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，DCS將投入AVR。當(dāng)發(fā)電機電壓達(dá)到額定值時，DCS將投入同期裝置。發(fā)電機與電網(wǎng)的同期是由同期裝置自動實現(xiàn)，在同期過程中通過DCS控制AVR、DEH，當(dāng)同期條件滿足時，向發(fā)電機斷路器發(fā)合閘指令。在同期合閘成功，發(fā)電機電負(fù)荷達(dá)到一定值之后，DCS將高壓廠用電系統(tǒng)快速從啟備變切換到高壓廠變上。
　　
　　關(guān)于并網(wǎng)程序及其控制畫面在后面再做詳細(xì)說明。
　　
　　機組正常停機時，DCS控制降低機組負(fù)荷，當(dāng)機組負(fù)荷降到某一定值時，DCS將高壓廠用電系統(tǒng)快速切換到啟／備變系統(tǒng)供電；當(dāng)機組負(fù)荷繼續(xù)降到零，跳開主開關(guān)，聯(lián)跳汽輪機（主汽門關(guān)閉），發(fā)電機滅磁。
　　
　　其順序控制畫面如圖：　　對于廠用電源系統(tǒng)控制的方案是：正常由ECS操作員站進(jìn)行控制，設(shè)有廠用電監(jiān)控系統(tǒng)作為后備操作站。
　　
　　在機組啟動時通過啟／備變向廠用負(fù)荷供電；在機組正常用電時，由廠變供電并經(jīng)低壓廠變向400VMCC低壓負(fù)荷供電以啟動機組所必需的輔機；在廠用電消失時，為了保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)的安全，廠用電快切裝置應(yīng)快速將廠用工作負(fù)荷自動切換至啟／備變；當(dāng)確認(rèn)保安段母線失壓后，應(yīng)啟動事故備用柴油機供電以保證設(shè)備安全。
　　
　　廠用系統(tǒng)的控制畫面如下圖：　　三、一鍵并網(wǎng)方案的比較
　　
　　通過納雍發(fā)電總廠兩套DCS系統(tǒng)中電氣程序控制情況來看，目前DCS系統(tǒng)中實現(xiàn)一鍵并網(wǎng)可通過兩種方式實現(xiàn)：
　　
　　3.1DCS系統(tǒng)通過與成熟的電氣自動裝置如自動勵磁調(diào)節(jié)器、同期裝置等進(jìn)行硬接線或通訊聯(lián)接，取得“勵磁電壓”“允許投入同期”等指令及反饋信號后。在DCS中進(jìn)行順序控制組態(tài)，通過并網(wǎng)條件的逐一判斷完成并網(wǎng)。如下圖：　　3.2DCS系統(tǒng)中即可利用卡件如新華公司的同期卡等進(jìn)行條件判斷，通過引入機端電壓及網(wǎng)絡(luò)端電壓到DCS系統(tǒng)中，利用卡件進(jìn)行判斷并輸出同期指令到并網(wǎng)開關(guān)，通過順序控制組態(tài)完成并網(wǎng)。如下圖：　　以上兩種方式均可實現(xiàn)“一鍵并網(wǎng)”功能，大大降低了運行人員的操作強度。*種方案利用了目前較為成熟的電氣裝置，可靠性較高，但存在系統(tǒng)之間的連接和通訊配合問題。第二種是擴大了DCS系統(tǒng)的范圍，將部分電氣裝置的功能納入到DCS系統(tǒng)中。筆者認(rèn)為是DCS發(fā)展的一個方向?？沙浞职l(fā)揮DCS的功能，減少電氣裝置的購置和建設(shè)工作，節(jié)約電廠工程投資。
　　
　　四、電氣進(jìn)入DCS的三種方案的比較：
　　
　　方案一：全部采用硬接線，其優(yōu)點是DCS中所接收的電氣數(shù)據(jù)及控制輸出可靠性高，且不存在通訊速率及通訊接口問題。其缺點一是DCS系統(tǒng)的投資隨著接入量的數(shù)量而增加。每增加一個量，不管是DI、DO還是模擬量，在DCS系統(tǒng)中即增加一個“點”，DCS系統(tǒng)按“點”收費；二是浪費大量電纜。每增加一個量，都要額外增加一路電纜，將該量與DCS系統(tǒng)直接相連。三是無法完成較為復(fù)雜的電氣運行管理工作，實現(xiàn)電氣的“綜合自動化”。
　　
　　方案二：全部采用通訊方式，其優(yōu)點是所有電氣數(shù)據(jù)點均在現(xiàn)場組網(wǎng)，通過數(shù)據(jù)高速公路傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)，減少了大量電纜的采購和敷設(shè)工作，但存在缺點一是在目前條件下將通訊數(shù)據(jù)用于重要開關(guān)的控制是否可靠仍值得探討，二是實際工程中容易造成數(shù)據(jù)瓶頸。
　　
　　方案三：重要控制采用硬接線、測量數(shù)據(jù)采用通訊進(jìn)入DCS的方式：也即我廠電氣系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的方案，該方案為涉及到開關(guān)控制、柴油發(fā)電機控制等的I/O點通過硬接線接入，這部分I/O點一臺機組為199點，加上電氣公用系統(tǒng)I/O合計為387點。而其余如電流、電壓值等通過現(xiàn)場采集后以通訊方式進(jìn)入DCS。這樣既保證了控制的可靠性，又節(jié)約了大量電纜保證了經(jīng)濟性。同時保留了電氣保護(hù)、安全自動裝置等的獨立性并延伸和擴展了它們的作用。即我廠提出的稱為EDAS的方案：將進(jìn)入保護(hù)、自動裝置的電氣測量數(shù)據(jù)在現(xiàn)場匯總后傳輸?shù)紻CS畫面進(jìn)行監(jiān)視，為操作人員提供了CRT集中監(jiān)視和操作的手段。
　　
　　我廠電氣與DCS系統(tǒng)之間的連接情況如下圖：　　在圖中電氣系統(tǒng)重點在現(xiàn)場測控保護(hù)層，由電氣保護(hù)裝置提供電氣設(shè)備的測量、保護(hù)動作等信息，也即實現(xiàn)了筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)稱為電氣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（EDAS）的功能，EDAS系統(tǒng)通過連續(xù)采集和處理所有與電氣系統(tǒng)有關(guān)的重要測點信號及設(shè)備狀態(tài)信號，及時向電氣運行人員提供他們所關(guān)心的電氣設(shè)備的測量、保護(hù)動作、整定、事故追憶等信息，實現(xiàn)機組安全運行。
　　
　　在采集到相關(guān)數(shù)據(jù)后，通過通信管理層即現(xiàn)場總線進(jìn)行組網(wǎng)，并通過通信管理單元和主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類、打包。然后通過數(shù)據(jù)高速公路傳輸?shù)胶笈_管理系統(tǒng)。
　　
　　在這里筆者認(rèn)為不應(yīng)再重復(fù)設(shè)置電氣后臺管理系統(tǒng)，一是重復(fù)投資和建設(shè)浪費人力財力物力。二是由于電氣設(shè)備現(xiàn)場組網(wǎng)廠家與DCS系統(tǒng)建設(shè)廠家往往不是一個公司，因此在通訊和接口上容易出現(xiàn)問題導(dǎo)致控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，尤其是在電氣自身建設(shè)有一套管理控制系統(tǒng)的情況下，往往將較好地數(shù)據(jù)高速公路留給自己，而提供給DCS系統(tǒng)的則較差，形成通訊薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重影響DCS系統(tǒng)的電氣控制管理功能。
　　
　　五、存在問題及解決方法：
　　
　　通過一年以來的運行，我廠DCS系統(tǒng)在電氣控制的應(yīng)用中暴露出一些問題，其中較為突出的是目前DCS和電氣控制系統(tǒng)通訊協(xié)議上有一定問題，我廠#1機組廠用電監(jiān)控系統(tǒng)原設(shè)計全部通訊量有四千點左右（不含通過硬接線參與控制的IO點）。經(jīng)現(xiàn)場討論刪除部分量后目前有1753個開關(guān)量和456個模擬量以通訊方式進(jìn)入DCS系統(tǒng)。由于監(jiān)控系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)采用MODBUS協(xié)議串口連接。傳輸速率為19200bps（19K速率），處理全部數(shù)據(jù)的周期在3秒以上。數(shù)據(jù)流向為廠用電監(jiān)控系統(tǒng)SWITH即通訊主控單元。（有TCP/IP以太網(wǎng)口2個，串口4個）處用4根串口同軸電纜連接至DCS電氣通訊接口機，再通過通訊接口機將連接至AW5101工程師站（826點）、WP5101（820點）、WP5102（563點）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后傳至DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線供所有CP及站使用。這種方式存在的主要問題一是通訊接口機未達(dá)到冗余配置，一旦任何一臺故障都將造成通訊中斷，二是通訊速率慢，通訊機負(fù)荷大，通訊軟件還不夠完善。三是通訊方式不合理，在廠用電監(jiān)控系統(tǒng)中將TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MODBUS，在DCS系統(tǒng)中又將MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)回TCP/IP協(xié)議。
　　
　　以上通訊問題的解決方案有三個方面：一是設(shè)計中應(yīng)對所有通訊量應(yīng)明確各點的作用。對于與生產(chǎn)無關(guān)的數(shù)據(jù)不予進(jìn)入。以確保通訊速率和可靠性。同時應(yīng)體現(xiàn)重要回路硬接線的思路，確認(rèn)硬接線包括哪些范圍。二是DCS廠家方面增加通訊接口機或者用于通訊的卡件等，形成冗余配置并完善通訊軟件提高通訊效率。目前在我廠2號機組的DCS中廠家與我廠配合做了一些對通訊有益的工作，主要是增加了一臺內(nèi)含CP的工程師站于通訊控制，即虛擬CP于通訊。目前試驗效果是較為滿意的，除了滿足電氣系統(tǒng)進(jìn)入DCS通訊外，還滿足了向SIS系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的需求。三是電氣監(jiān)控系統(tǒng)廠家應(yīng)增加或更換SWITH，采用以態(tài)網(wǎng)接口直接用TCP/IP協(xié)議用以太網(wǎng)線接入DCS系統(tǒng)的網(wǎng)卡中，實現(xiàn)兩者之間100M/10M的傳輸速率，或者直接取消電氣后臺監(jiān)控，將其以太網(wǎng)高速接口接入DCS系統(tǒng)。
　　
　　通過電氣進(jìn)入DCS系統(tǒng)在我廠的實施，建議電氣除保護(hù)外其余功能均納入DCS。取消廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的后臺系統(tǒng)，由DCS統(tǒng)一進(jìn)行控制，現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過測控保護(hù)裝置采集后現(xiàn)場組網(wǎng)并利用光纖接入DCS。
　　
　　在目前看來，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)（500kV系統(tǒng)）由于保護(hù)邏輯復(fù)雜且繼電保護(hù)技術(shù)已十分成熟因此不宜進(jìn)入DCS控制。廠用電監(jiān)控（6kV）系統(tǒng)因其開關(guān)柜的保護(hù)元件（含監(jiān)測元件）也較為成熟且體現(xiàn)了分散控制的思想，因此可以考慮保留，其采集的電流電壓等數(shù)據(jù)和保護(hù)動作的數(shù)據(jù)通過連接匯集到現(xiàn)場總線后上傳至DCS的數(shù)據(jù)總線。而對開關(guān)的控制指令和開關(guān)位置的反饋等重要回路來說，由于通訊方式目前來看在廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用中顯得可靠性不足，廠用電監(jiān)控系統(tǒng)自投運以來前后已因各種原因死機十余次，而DCS采用硬接線方式控制上未受通訊影響，在幾次廠用電監(jiān)控系統(tǒng)死機時都保證了對廠用電系統(tǒng)的可靠操作，因此建議所有電動機、發(fā)電機并網(wǎng)開關(guān)（我廠為5011、5012）、6kV母線進(jìn)線開關(guān)、出線開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、400V母線進(jìn)線開關(guān)、出線開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)等的控制回路及開關(guān)位置反饋回路均采用硬接線模式。
　　
　　總之，我廠電氣系統(tǒng)進(jìn)入DCS的模式（現(xiàn)場總線、數(shù)據(jù)通訊、重要回路硬接線控制）是*可行的，也是今后電氣進(jìn)DCS值得借鑒的一種模式。