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　　作者：劉小杰梅秀峰
　　
　　摘要：本文通過(guò)對(duì)發(fā)電廠的300MW機(jī)組的電氣控制系統(tǒng)的改造進(jìn)DCS控制進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹，為電廠一體化控制提供了新思路
　　
　　前言：
　　
　　洛河電廠建于80年代初期，裝有4×300MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，其中#1機(jī)組是85年12月份投入商業(yè)運(yùn)行。電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)選型及輔助設(shè)備的配置均是70年代初期的水平，一臺(tái)機(jī)組的電氣控制屏就有達(dá)五面之多，都是采用傳統(tǒng)的LW2系列控制開關(guān)、GP系列光字牌與MK-9型位置指示器、電氣量測(cè)量設(shè)備也是電磁式與磁電式指示表、繼電保護(hù)裝置全部是南京自動(dòng)化廠生產(chǎn)的晶體管保護(hù)和電磁式整流型繼電器，這些設(shè)備安裝分散、外部接線相當(dāng)繁雜，運(yùn)行、檢修維護(hù)工作量較大。現(xiàn)在，科學(xué)技術(shù)發(fā)展變化日新月異，電力生產(chǎn)隨市場(chǎng)的需要在不斷調(diào)整，面臨這嚴(yán)峻的形勢(shì)，我廠的電氣控制設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上市場(chǎng)變化的節(jié)奏，也不能適應(yīng)現(xiàn)代運(yùn)行方式變化的需要。所以，技術(shù)改造是提高設(shè)備運(yùn)行水平的必經(jīng)之路。
　　
　　在經(jīng)過(guò)半年（2000年6月-12月）的調(diào)研，經(jīng)綜合比較zui終采用了上海新華控制工程有限公司開發(fā)生產(chǎn)的XDPS-400分散型控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)洛河電廠#1機(jī)組（機(jī)、爐、電設(shè)備）一體化監(jiān)控。其共包括DEH、MEH、CCS、SCS、ECS、BMS、DAS七個(gè)系統(tǒng)，下面主要對(duì)我廠的ECS系統(tǒng)進(jìn)行介紹
　　
　　一、電氣設(shè)備控制系統(tǒng)（ECS系統(tǒng)）
　　
　　1．ECS系統(tǒng)硬件組成：
　　
　　1.1DPU及各I/0卡件柜（#37、#39）
　　
　　1.2所有電氣設(shè)備I/0端子柜（#36、#38柜）
　　
　　1.3輸出擴(kuò)展繼電器柜（#40柜）
　　
　　2．ECS系統(tǒng)受控范圍：
　　
　　2.1發(fā)電機(jī)-變壓器組單元電氣一次設(shè)備的控制、聯(lián)鎖、電氣測(cè)量的邏輯回路及保護(hù)有關(guān)出口信號(hào)。
　　
　　2.2發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備的控制、聯(lián)鎖、電氣測(cè)量邏輯的回路及信號(hào)。
　　
　　2.36KV系統(tǒng)配電設(shè)備及母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)的控制、聯(lián)鎖、電氣測(cè)量回路及各設(shè)備保護(hù)有關(guān)出口信號(hào)。
　　
　　2.4低壓廠變及380V系統(tǒng)母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)的控制、聯(lián)鎖、電氣測(cè)量回路及各設(shè)備保護(hù)有關(guān)出口信號(hào)。
　　
　　2.5#1、#2啟/備變（220KV/6KV）及公用6KV系統(tǒng)備用分支配電設(shè)備的控制、聯(lián)鎖、電氣測(cè)量邏輯回路及保護(hù)有關(guān)出口信號(hào)。
　　
　　3．ECS系統(tǒng)具備的功能：
　　
　　3.1對(duì)所有參與改造的設(shè)備具備控制、聯(lián)鎖、各電氣參數(shù)的測(cè)量，并可在畫面上顯示各系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)、工況。
　　
　　3.2發(fā)-變組及各配電設(shè)備事故、預(yù)告、保護(hù)動(dòng)作后的報(bào)警，光字牌顯示、歷史站記錄、追憶打印。
　　
　　3.3自動(dòng)功能
　　
　　3.3.1發(fā)電機(jī)順控自動(dòng)升壓自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)。
　　
　　3.3.2各低壓廠變的自動(dòng)切換操作。
　　
　　3.3.3廠用電根據(jù)負(fù)荷自動(dòng)切換（備用切本機(jī)、本機(jī)切備用）
　　
　　4.電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成
　　
　　4.1機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)
　　
　　機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)邏輯功能在DCS中完成。機(jī)組自啟動(dòng)過(guò)程中，它按預(yù)定程序分別給電氣系統(tǒng)發(fā)出指令，投入AVR裝置，自動(dòng)升壓至額定電壓，啟動(dòng)同期系統(tǒng)機(jī)組與電網(wǎng)并列，啟動(dòng)廠用電切換系統(tǒng)，進(jìn)行廠用電的切換，自帶廠用電。停機(jī)時(shí)，降低負(fù)荷到一定值時(shí)，啟動(dòng)廠用電切換系統(tǒng)，倒切廠用電，降低負(fù)荷到zui小，逆功率保護(hù)動(dòng)作跳開220KV主開關(guān)與電網(wǎng)解列，發(fā)電機(jī)滅磁。
　　
　　4.2發(fā)電機(jī)變壓器組，廠用電系統(tǒng)的保護(hù)
　　
　　這些重要的保護(hù)功能采用微機(jī)保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。直接取PT，CT及其它電量信號(hào)，保護(hù)出口直接動(dòng)作相應(yīng)的斷路器，各個(gè)系統(tǒng)工作*獨(dú)立，不受DCS狀態(tài)影響。只有這些保護(hù)裝置及各個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息（共計(jì)60多個(gè)開關(guān)量信號(hào)）使用硬接線方式進(jìn)入DCS進(jìn)行顯示，報(bào)警，記錄。這是考慮到長(zhǎng)期以來(lái)針對(duì)電氣控制系統(tǒng)特點(diǎn)，開發(fā)研制的以微處理機(jī)為核心的電氣控制裝置的功能更適合于電氣保護(hù)系統(tǒng)快速，可靠，專業(yè)性強(qiáng)的要求。因?yàn)镈CS邏輯處理速度為秒級(jí)，如果要讓DCS完成這些功能，一方面必須加快局部過(guò)程控制站的處理速度，必將導(dǎo)致處理能力和容量降低，無(wú)疑要增加硬件，同時(shí)也可能影響到其他功能的正常實(shí)現(xiàn)；另一方面，DCS還不能滿足電氣保護(hù)的抗干擾和特殊技術(shù)處理要求。
　　
　　同樣方法處理的還有故障錄波器。實(shí)際上這種構(gòu)成方式從機(jī)組整體控制看也是實(shí)現(xiàn)了控制分散，信息集中的集散控制原則。電氣保護(hù)系統(tǒng)和DCS的信號(hào)傳遞將來(lái)*可采用通信方式。
　　
　　4.3同期系統(tǒng)
　　
　　同期系統(tǒng)，采用南京國(guó)瑞自動(dòng)化公司產(chǎn)-98A型微機(jī)同期裝置，由DEH，AVR的調(diào)節(jié)配合實(shí)現(xiàn)這些功能。同期裝置按檢測(cè)情況，給DEH和AVR分別發(fā)出調(diào)整汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)端電壓，同期條件滿足后，與電網(wǎng)自動(dòng)并列。上述工作也可通過(guò)CRT依序手動(dòng)完成。
　　
　　4.4發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)
　　
　　該系統(tǒng)為日本三菱電氣公司生產(chǎn)MEC5320型微機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置AVR，通過(guò)就地控制柜面板安裝的操作鍵盤可完成裝置的調(diào)試，投退，切換，操作等。該裝置使用硬接線方式進(jìn)入DCS進(jìn)行顯示，記錄，報(bào)警和其他綜合使用。通過(guò)CRT對(duì)AVR進(jìn)行各種功能的遠(yuǎn)方設(shè)定，投退，切換，操作等全部手動(dòng)控制。AVR接受DCS中機(jī)組其他有關(guān)狀態(tài)信息，執(zhí)行自啟停系統(tǒng)的命令，完成相應(yīng)的作業(yè)。因此，在勵(lì)磁功能上AVR是一個(gè)獨(dú)立工作的系統(tǒng)，而對(duì)于機(jī)組的整個(gè)控制系統(tǒng)，它又是一個(gè)功能控制站。
　　
　　4.5高壓廠用電切換系統(tǒng).
　　
　　高壓廠用電切換系統(tǒng)采用南京東大集團(tuán)電力自動(dòng)化研究所生產(chǎn)MFC2000-2型微機(jī)廠用電快切裝置，即可正常切換、也可事故切換。該裝置可在就地控制柜面板安裝的操作鍵盤可完成裝置的調(diào)試，投退，切換，操作等。使用硬接線方式進(jìn)入DCS進(jìn)行顯示，記錄，報(bào)警和其他綜合使用。通過(guò)CRT對(duì)AVR進(jìn)行各種功能的遠(yuǎn)方設(shè)定，投退，切換，操作等全部手動(dòng)控制。AVR接受DCS中機(jī)組其他有關(guān)狀態(tài)信息，執(zhí)行自啟停系統(tǒng)的命令，完成相應(yīng)的作業(yè)。上述工作也可通過(guò)CRT依序手動(dòng)完成。
　　
　　4.6低壓廠用電系統(tǒng)
　　
　　保安電源，#1、#2低壓廠變，#01備變，#1照明變，油雨水變，#1化水變和全部動(dòng)力設(shè)備的操作，控制和狀態(tài)參數(shù)顯示，記錄，報(bào)警等都進(jìn)入DCS中。保安電源，#1、#2低壓廠變，#01備變，#1照明變，油雨水變，#1化水變的倒換操作均可順序控制倒換。同時(shí)各動(dòng)力設(shè)備仍作為熱控順序控制系統(tǒng)的執(zhí)行終端。直流電源系統(tǒng)、除灰，等輔助變壓器在DCS中只保留了運(yùn)行狀態(tài)，參數(shù)監(jiān)視，各自獨(dú)立的保護(hù)裝置和投、退控制等設(shè)在就地控制柜中，這樣處理可節(jié)省數(shù)塊開關(guān)量控制板和部分電纜。
　　
　　二、組織施工
　　
　　設(shè)備技術(shù)改造不同于新設(shè)備的安裝，它要充分、全面考慮改造中去、留設(shè)備的合理銜接，左右設(shè)備的施工運(yùn)行安全，還要嚴(yán)格控制改造設(shè)備的施工質(zhì)量與進(jìn)度，一臺(tái)300MW機(jī)組大修期一般是60天，要同步完成機(jī)、爐、電、DCS改造，此任務(wù)比新安裝一臺(tái)（300MW）機(jī)組的控制設(shè)備工作量還要大三分之一以上。我廠廣大的員工與領(lǐng)導(dǎo)們經(jīng)過(guò)多次對(duì)改造工作量的細(xì)化，人力資源組合使用，通過(guò)運(yùn)用科學(xué)的管理手段，使整過(guò)改造獲得了較好的效果。
　　
　　2.1邏輯組態(tài)
　　
　　2.1.1邏輯組態(tài)編程工作是我廠經(jīng)綜合考慮機(jī)組整體自動(dòng)化水平要求，電氣控制對(duì)象特點(diǎn)DCS及電氣控制裝置功能現(xiàn)狀，在DCS四聯(lián)會(huì)上確定出電氣控制系統(tǒng)進(jìn)入DCS方案。主要考慮我廠老運(yùn)行工人偏多、對(duì)通崗學(xué)習(xí)有一定的難度，為避免倒閘操作出現(xiàn)誤操作，對(duì)每一個(gè)比較復(fù)雜的操作都進(jìn)行編程為順控操作。
　　
　　A、如我廠的#1低廠變（380V一段）工作電源換備用電源操作。
　　
　　1、預(yù)備條件：
　　
　?、?14開關(guān)在合閘位置，
　　
　?、?11開關(guān)在合閘位置，
　　
　　⑶備自投在投入位置，
　　
　　⑷410開關(guān)在分閘位置，
　　
　　⑸開關(guān)均在遠(yuǎn)方控制位置。
　　
　?、薀o(wú)檢修掛牌
　　
　　2、操作步驟：
　　
　?、藕仙?10開關(guān)，
　　
　?、?10開關(guān)已合上在合閘位置，
　　
　?、?10開關(guān)電流表有指示，
　　
　?、韧Ｓ脗渥酝叮?br />　　
　?、蓚渥酝兑淹Ｓ?，
　　
　?、世_411開關(guān)，
　　
　?、?11開關(guān)已分開在分閘位置，
　　
　　⑻380V一段電壓表指示正常，
　　
　　⑼拉開614開關(guān)，
　　
　?、?14開關(guān)已分開在分閘位置，
　　
　?、辖Y(jié)束復(fù)歸。
　　
　　B、當(dāng)遇到需同期而無(wú)同期裝置的380V開關(guān)時(shí)（我廠保安電源取自幾公里外的變電所、合環(huán)需核對(duì)），如保安一段由備用電源換工作電源的操作：
　　
　　1、預(yù)備條件：
　　
　　⑴保安一段備用電源開關(guān)在合閘位置，
　　
　?、票０惨欢喂ぷ麟娫撮_關(guān)在分閘位置，
　　
　?、莻渥酝对谕Ｓ梦恢?，
　　
　　⑷兩個(gè)母線相電壓的進(jìn)行比較不大于定值，
　　
　?、砷_關(guān)均在遠(yuǎn)方控制位置。
　　
　?、薀o(wú)檢修掛牌
　　
　　2、操作步驟：
　　
　?、磐度氡０惨欢蝹渥酝?，
　　
　?、票０惨欢蝹渥酝兑淹度耄?br />　　
　?、呛仙媳０惨欢喂ぷ麟娫撮_關(guān)，
　　
　　⑷保安一段工作電源開關(guān)已合上在合閘位置，
　　
　?、杀０惨欢喂ぷ麟娫撮_關(guān)電流表有指示，
　　
　　⑹拉開保安一段備用電源開關(guān)，
　　
　　⑺保安一段備用電源開關(guān)已分開在分閘位置，
　　
　?、瘫０惨欢坞妷罕碇甘菊＃?br />　　
　?、徒Y(jié)束復(fù)歸。
　　
　　此外、對(duì)同期與DEH之間的接口、AVR與DCS之間的接口、發(fā)變組保護(hù)與DCS之間的接口等，我們?cè)谶壿嫿M態(tài)時(shí)，都給予了合理設(shè)計(jì)，這里不詳細(xì)敘述。
　　
　　2.2靜態(tài)調(diào)試
　　
　　靜態(tài)調(diào)試工作嚴(yán)把關(guān)在質(zhì)量上不準(zhǔn)打折扣。在整個(gè)調(diào)試過(guò)程中，我們做到了認(rèn)真、仔細(xì)、全面。每一個(gè)邏輯回路的接線，接觸點(diǎn)要完好；對(duì)應(yīng)設(shè)備的輸入、輸出的信號(hào)顯示要正確；報(bào)警、音響、事故、預(yù)選光字牌及歷史追憶、打印要正常無(wú)誤，才算合格，允許進(jìn)入下一個(gè)設(shè)備的調(diào)試。由于我們調(diào)試的方法、工作時(shí)限、質(zhì)量要求明確，目標(biāo)設(shè)定適宜，人員安排合理，在上海新華控制有限公司技術(shù)專家們的指導(dǎo)配合下，ECS系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試工作進(jìn)行得比較全面，系統(tǒng)設(shè)備的各參數(shù)得到了深入論證，同時(shí)也驗(yàn)證了設(shè)備安裝、接線、工藝質(zhì)量的完好無(wú)誤。
　　
　　2.2動(dòng)態(tài)調(diào)試
　　
　　動(dòng)態(tài)調(diào)試就是模擬ECS系統(tǒng)設(shè)備在正常運(yùn)行的實(shí)際工況下的參數(shù)調(diào)試，所控制設(shè)備在試驗(yàn)位的（或在備用位）電流、電壓量都是從測(cè)量電流、電壓互感器二次側(cè)加對(duì)應(yīng)正常工況值，設(shè)備控制、聯(lián)鎖信號(hào)回路設(shè)備的控制、事故、預(yù)告信號(hào)回路都是直接模擬，開關(guān)聯(lián)鎖、備用電源自投、發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同同期并網(wǎng)等一些重要的回路都從電壓、電流互感器的*個(gè)輸出端子排上加模擬電壓、電流，再調(diào)節(jié)其電壓、電流幅值及相位滿足電氣設(shè)備在不同的運(yùn)行工況，觀看各設(shè)備開關(guān)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行規(guī)律，是否符合設(shè)計(jì)邏輯要求，才能交付正式投入運(yùn)行。
　　
　　三、ECS系統(tǒng)設(shè)備投運(yùn)及跟蹤
　　
　　設(shè)備經(jīng)過(guò)靜、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后，具備投運(yùn)條件，但在未經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境及各種工況變化的干擾與考驗(yàn)，很可能會(huì)出現(xiàn)不安全的運(yùn)行情況。所以，運(yùn)行跟蹤調(diào)試、部分參數(shù)的修改是*必要的，也是工程上允許的。我們通過(guò)近一個(gè)月的運(yùn)行跟蹤，ECS中的絕大部分設(shè)備參數(shù)無(wú)需修改，只是極少參數(shù)由于邏輯組態(tài)中考慮不周，需稍加修改，如同期合閘的開關(guān)發(fā)合閘脈沖的允許時(shí)間，發(fā)電機(jī)升壓速度等。通過(guò)較少修改后，#1機(jī)組ECS系統(tǒng)現(xiàn)在運(yùn)行正常，各工況下的指示正確，*設(shè)備要求。
　　
　　四、調(diào)試及投運(yùn)存在的問(wèn)題
　　
　　由于電氣控制系統(tǒng)進(jìn)入DCS，給單元機(jī)組DCS的調(diào)試帶來(lái)了新問(wèn)題，特別是機(jī)組廠用電受電和DCS帶電的矛盾在#1機(jī)組zui為突出。在廠用電受電前做一些臨時(shí)設(shè)置，首*行廠用電受電，再對(duì)DCS供電，然后將廠用電控制部分逐步接入DCS系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)試，#1機(jī)組DCS中電氣控制系統(tǒng)達(dá)到了良好狀態(tài)，
　　
　　電氣控制系統(tǒng)進(jìn)入DCS后，對(duì)于電氣和熱控兩個(gè)專業(yè)調(diào)試工作的分工，配合也有新的問(wèn)題。原則上熱控人員應(yīng)負(fù)責(zé)DCS裝置和所有電氣信息的處理功能調(diào)試，電氣控制，連鎖，保護(hù)邏輯功能調(diào)試應(yīng)由電氣人員完成，全部電氣控制功能應(yīng)由電氣人員負(fù)責(zé)試驗(yàn)。
　　
　　五、改造前、后比較：
　　
　　5.1設(shè)備維護(hù)量大大減少。改造前是大量的機(jī)械控制開關(guān)，接點(diǎn)、觸頭易錯(cuò)位、表面氧化，造成接觸不良，特別是各設(shè)備的指示燈、燈座、燈泡、光字牌的過(guò)熱，每次停運(yùn)后阻絲收縮，燈座變形、燈泡絲斷等故障較多。
　　
　　5.2邏輯回路可靠性增強(qiáng)。改造后取消了各回路中的中間繼電器、時(shí)間繼電器，邏輯采用軟件完成，減少了硬件故障的可能，所以，動(dòng)作相對(duì)可靠多了。
　　
　　5.3運(yùn)行設(shè)備直觀，一目了然。電氣設(shè)備的一次接線及運(yùn)行方式變化繁多，分布空間范圍廣；改造后按系統(tǒng)將電氣一次接線及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)制成系統(tǒng)圖，系統(tǒng)圖之間又能相互切換，每進(jìn)入一系統(tǒng)圖后，一次設(shè)備的全部接線、開關(guān)狀態(tài)、電氣參數(shù)顯示一目了然，查找設(shè)備簡(jiǎn)單又便于記憶。
　　
　　5.4電氣參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確。機(jī)械指針式表計(jì)，級(jí)別低（一般在1.5~2.0級(jí)），存在起、始誤差，而現(xiàn)在都是采用0.5級(jí)高精度變送器，變比準(zhǔn)確，三位半數(shù)字式顯示，大大提高了測(cè)量準(zhǔn)確性。
　　
　　5.5操作簡(jiǎn)單、可靠。LW2系列開關(guān)有六個(gè)檔位，控制一個(gè)設(shè)備要多個(gè)開關(guān)的組合操作才能完成，對(duì)操作順序非常嚴(yán)密，若錯(cuò)位變化就會(huì)操作失敗。而改造后的設(shè)備，全部在CRT屏幕上顯示、操作，則軟件進(jìn)行邏輯閉鎖及操作提示，設(shè)備操作大為方便。
　　
　　5.6提高了管理水平。電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)都是以瞬間指示為主，改造后各種電氣數(shù)據(jù)都記錄入歷史數(shù)據(jù)。若電氣設(shè)備故障，運(yùn)行參數(shù)發(fā)生問(wèn)題，*時(shí)間查閱歷史記錄，判斷故障的原因。同時(shí)還能按管理的需要制成各種參數(shù)一覽表格，定期打印上報(bào)，這樣就大大提高管理水平。
　　
　　六、總結(jié)語(yǔ)
　　
　　#1機(jī)組經(jīng)過(guò)六個(gè)月的技改后，其控制系統(tǒng)面貌煥然一新，昔日的各種各樣的控制屏、開關(guān)、指示燈、指針式計(jì)表、信光字牌全部取消，代之以六臺(tái)21英寸顯示器，操作、指示、測(cè)量、音響事故、報(bào)警也全部在系統(tǒng)中完成；操作人員只需通過(guò)鼠標(biāo)即可方便地調(diào)整各設(shè)備的運(yùn)行工況，且速度快、調(diào)整平穩(wěn)；而檢修、維護(hù)也只是每天查閱幾個(gè)重要設(shè)備參數(shù)的歷史記錄、DPU運(yùn)行指示、對(duì)應(yīng)畫面各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)的顯示，若設(shè)備出現(xiàn)異常，也會(huì)提前自檢報(bào)警，供維護(hù)人員及時(shí)處理?，F(xiàn)#1機(jī)組已投運(yùn)三個(gè)月，通過(guò)運(yùn)行實(shí)際各項(xiàng)功能均工作正常。證明了電氣系統(tǒng)進(jìn)入DCS系統(tǒng)使整臺(tái)發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)高水平和完善的監(jiān)控；提高電氣控制的可靠性；更有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)電機(jī)組的綜合自動(dòng)化和提高管理水平，且單元機(jī)組真正達(dá)到了*集控運(yùn)行?？傊?，通過(guò)這次改造后，設(shè)備的自動(dòng)化水平及調(diào)節(jié)精度提高了，運(yùn)行、管理水平均上了個(gè)臺(tái)階，為我廠向*電廠邁進(jìn)打下了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)為今后其它機(jī)組的技改及新技術(shù)的應(yīng)用、開發(fā)起了個(gè)良好的開端。