作者：劉小杰梅秀峰
　　
　　摘要：本文通過對發電廠的300MW機組的電氣控制系統的改造進DCS控制進行了比較詳細的介紹，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燃煤汽輪發電機組，其中#1機組是85年12月份投入商業運行。電氣設備的設計選型及輔助設備的配置均是70年代初期的水平，一臺機組的電氣控制屏就有達五面之多，都是采用傳統的LW2系列控制開關、GP系列光字牌與MK-9型位置指示器、電氣量測量設備也是電磁式與磁電式指示表、繼電保護裝置全部是南京自動化廠生產的晶體管保護和電磁式整流型繼電器，這些設備安裝分散、外部接線相當繁雜，運行、檢修維護工作量較大。現在，科學技術發展變化日新月異，電力生產隨市場的需要在不斷調整，面臨這嚴峻的形勢，我廠的電氣控制設備遠遠跟不上市場變化的節奏，也不能適應現代運行方式變化的需要。所以，技術改造是提高設備運行水平的必經之路。
　　
　　在經過半年（2000年6月-12月）的調研，經綜合比較zui終采用了上海新華控制工程有限公司開發生產的XDPS-400分散型控制系統來實現洛河電廠#1機組（機、爐、電設備）一體化監控。其共包括DEH、MEH、CCS、SCS、ECS、BMS、DAS七個系統，下面主要對我廠的ECS系統進行介紹
　　
　　一、電氣設備控制系統（ECS系統）
　　
　　1．ECS系統硬件組成：
　　
　　1.1DPU及各I/0卡件柜（#37、#39）
　　
　　1.2所有電氣設備I/0端子柜（#36、#38柜）
　　
　　1.3輸出擴展繼電器柜（#40柜）
　　
　　2．ECS系統受控范圍：
　　
　　2.1發電機-變壓器組單元電氣一次設備的控制、聯鎖、電氣測量的邏輯回路及保護有關出口信號。
　　
　　2.2發電機勵磁系統設備的控制、聯鎖、電氣測量邏輯的回路及信號。
　　
　　2.36KV系統配電設備及母線聯絡開關的控制、聯鎖、電氣測量回路及各設備保護有關出口信號。
　　
　　2.4低壓廠變及380V系統母線聯絡開關的控制、聯鎖、電氣測量回路及各設備保護有關出口信號。
　　
　　2.5#1、#2啟/備變（220KV/6KV）及公用6KV系統備用分支配電設備的控制、聯鎖、電氣測量邏輯回路及保護有關出口信號。
　　
　　3．ECS系統具備的功能：
　　
　　3.1對所有參與改造的設備具備控制、聯鎖、各電氣參數的測量，并可在畫面上顯示各系統設備狀態、工況。
　　
　　3.2發-變組及各配電設備事故、預告、保護動作后的報警，光字牌顯示、歷史站記錄、追憶打印。
　　
　　3.3自動功能
　　
　　3.3.1發電機順控自動升壓自動準同期并網。
　　
　　3.3.2各低壓廠變的自動切換操作。
　　
　　3.3.3廠用電根據負荷自動切換（備用切本機、本機切備用）
　　
　　4.電氣控制系統構成
　　
　　4.1機組自啟停控制系統
　　
　　機組自啟停控制系統邏輯功能在DCS中完成。機組自啟動過程中，它按預定程序分別給電氣系統發出指令，投入AVR裝置，自動升壓至額定電壓，啟動同期系統機組與電網并列，啟動廠用電切換系統，進行廠用電的切換，自帶廠用電。停機時，降低負荷到一定值時，啟動廠用電切換系統，倒切廠用電，降低負荷到zui小，逆功率保護動作跳開220KV主開關與電網解列，發電機滅磁。
　　
　　4.2發電機變壓器組，廠用電系統的保護
　　
　　這些重要的保護功能采用微機保護裝置實現。直接取PT，CT及其它電量信號，保護出口直接動作相應的斷路器，各個系統工作*獨立，不受DCS狀態影響。只有這些保護裝置及各個系統的工作狀態信息（共計60多個開關量信號）使用硬接線方式進入DCS進行顯示，報警，記錄。這是考慮到長期以來針對電氣控制系統特點，開發研制的以微處理機為核心的電氣控制裝置的功能更適合于電氣保護系統快速，可靠，專業性強的要求。因為DCS邏輯處理速度為秒級，如果要讓DCS完成這些功能，一方面必須加快局部過程控制站的處理速度，必將導致處理能力和容量降低，無疑要增加硬件，同時也可能影響到其他功能的正常實現；另一方面，DCS還不能滿足電氣保護的抗干擾和特殊技術處理要求。
　　
　　同樣方法處理的還有故障錄波器。實際上這種構成方式從機組整體控制看也是實現了控制分散，信息集中的集散控制原則。電氣保護系統和DCS的信號傳遞將來*可采用通信方式。
　　
　　4.3同期系統
　　
　　同期系統，采用南京國瑞自動化公司產-98A型微機同期裝置，由DEH，AVR的調節配合實現這些功能。同期裝置按檢測情況，給DEH和AVR分別發出調整汽輪機轉速和發電機端電壓，同期條件滿足后，與電網自動并列。上述工作也可通過CRT依序手動完成。
　　
　　4.4發電機勵磁系統
　　
　　該系統為日本三菱電氣公司生產MEC5320型微機自動電壓調節裝置AVR，通過就地控制柜面板安裝的操作鍵盤可完成裝置的調試，投退，切換，操作等。該裝置使用硬接線方式進入DCS進行顯示，記錄，報警和其他綜合使用。通過CRT對AVR進行各種功能的遠方設定，投退，切換，操作等全部手動控制。AVR接受DCS中機組其他有關狀態信息，執行自啟停系統的命令，完成相應的作業。因此，在勵磁功能上AVR是一個獨立工作的系統，而對于機組的整個控制系統，它又是一個功能控制站。
　　
　　4.5高壓廠用電切換系統.
　　
　　高壓廠用電切換系統采用南京東大集團電力自動化研究所生產MFC2000-2型微機廠用電快切裝置，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試，投退，切換，操作等。使用硬接線方式進入DCS進行顯示，記錄，報警和其他綜合使用。通過CRT對AVR進行各種功能的遠方設定，投退，切換，操作等全部手動控制。AVR接受DCS中機組其他有關狀態信息，執行自啟停系統的命令，完成相應的作業。上述工作也可通過CRT依序手動完成。
　　
　　4.6低壓廠用電系統
　　
　　保安電源，#1、#2低壓廠變，#01備變，#1照明變，油雨水變，#1化水變和全部動力設備的操作，控制和狀態參數顯示，記錄，報警等都進入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。同時各動力設備仍作為熱控順序控制系統的執行終端。直流電源系統、除灰，等輔助變壓器在DCS中只保留了運行狀態，參數監視，各自獨立的保護裝置和投、退控制等設在就地控制柜中，這樣處理可節省數塊開關量控制板和部分電纜。
　　
　　二、組織施工
　　
　　設備技術改造不同于新設備的安裝，它要充分、全面考慮改造中去、留設備的合理銜接，左右設備的施工運行安全，還要嚴格控制改造設備的施工質量與進度，一臺300MW機組大修期一般是60天，要同步完成機、爐、電、DCS改造，此任務比新安裝一臺（300MW）機組的控制設備工作量還要大三分之一以上。我廠廣大的員工與領導們經過多次對改造工作量的細化，人力資源組合使用，通過運用科學的管理手段，使整過改造獲得了較好的效果。
　　
　　2.1邏輯組態
　　
　　2.1.1邏輯組態編程工作是我廠經綜合考慮機組整體自動化水平要求，電氣控制對象特點DCS及電氣控制裝置功能現狀，在DCS四聯會上確定出電氣控制系統進入DCS方案。主要考慮我廠老運行工人偏多、對通崗學習有一定的難度，為避免倒閘操作出現誤操作，對每一個比較復雜的操作都進行編程為順控操作。
　　
　　A、如我廠的#1低廠變（380V一段）工作電源換備用電源操作。
　　
　　1、預備條件：
　　
　　⑴614開關在合閘位置，
　　
　　⑵411開關在合閘位置，
　　
　　⑶備自投在投入位置，
　　
　　⑷410開關在分閘位置，
　　
　　⑸開關均在遠方控制位置。
　　
　　⑹無檢修掛牌
　　
　　2、操作步驟：
　　
　　⑴合上410開關，
　　
　　⑵410開關已合上在合閘位置，
　　
　　⑶410開關電流表有指示，
　　
　　⑷停用備自投，
　　
　　⑸備自投已停用，
　　
　　⑹拉開411開關，
　　
　　⑺411開關已分開在分閘位置，
　　
　　⑻380V一段電壓表指示正常，
　　
　　⑼拉開614開關，
　　
　　⑽614開關已分開在分閘位置，
　　
　　⑾結束復歸。
　　
　　B、當遇到需同期而無同期裝置的380V開關時（我廠保安電源取自幾公里外的變電所、合環需核對），如保安一段由備用電源換工作電源的操作：
　　
　　1、預備條件：
　　
　　⑴保安一段備用電源開關在合閘位置，
　　
　　⑵保安一段工作電源開關在分閘位置，
　　
　　⑶備自投在停用位置，
　　
　　⑷兩個母線相電壓的進行比較不大于定值，
　　
　　⑸開關均在遠方控制位置。
　　
　　⑹無檢修掛牌
　　
　　2、操作步驟：
　　
　　⑴投入保安一段備自投，
　　
　　⑵保安一段備自投已投入，
　　
　　⑶合上保安一段工作電源開關，
　　
　　⑷保安一段工作電源開關已合上在合閘位置，
　　
　　⑸保安一段工作電源開關電流表有指示，
　　
　　⑹拉開保安一段備用電源開關，
　　
　　⑺保安一段備用電源開關已分開在分閘位置，
　　
　　⑻保安一段電壓表指示正常，
　　
　　⑼結束復歸。
　　
　　此外、對同期與DEH之間的接口、AVR與DCS之間的接口、發變組保護與DCS之間的接口等，我們在邏輯組態時，都給予了合理設計，這里不詳細敘述。
　　
　　2.2靜態調試
　　
　　靜態調試工作嚴把關在質量上不準打折扣。在整個調試過程中，我們做到了認真、仔細、全面。每一個邏輯回路的接線，接觸點要完好；對應設備的輸入、輸出的信號顯示要正確；報警、音響、事故、預選光字牌及歷史追憶、打印要正常無誤，才算合格，允許進入下一個設備的調試。由于我們調試的方法、工作時限、質量要求明確，目標設定適宜，人員安排合理，在上海新華控制有限公司技術專家們的指導配合下，ECS系統靜態調試工作進行得比較全面，系統設備的各參數得到了深入論證，同時也驗證了設備安裝、接線、工藝質量的完好無誤。
　　
　　2.2動態調試
　　
　　動態調試就是模擬ECS系統設備在正常運行的實際工況下的參數調試，所控制設備在試驗位的（或在備用位）電流、電壓量都是從測量電流、電壓互感器二次側加對應正常工況值，設備控制、聯鎖信號回路設備的控制、事故、預告信號回路都是直接模擬，開關聯鎖、備用電源自投、發電機自動準同同期并網等一些重要的回路都從電壓、電流互感器的*個輸出端子排上加模擬電壓、電流，再調節其電壓、電流幅值及相位滿足電氣設備在不同的運行工況，觀看各設備開關對應的運行規律，是否符合設計邏輯要求，才能交付正式投入運行。
　　
　　三、ECS系統設備投運及跟蹤
　　
　　設備經過靜、動態試驗后，具備投運條件，但在未經過實際運行環境及各種工況變化的干擾與考驗，很可能會出現不安全的運行情況。所以，運行跟蹤調試、部分參數的修改是*必要的，也是工程上允許的。我們通過近一個月的運行跟蹤，ECS中的絕大部分設備參數無需修改，只是極少參數由于邏輯組態中考慮不周，需稍加修改，如同期合閘的開關發合閘脈沖的允許時間，發電機升壓速度等。通過較少修改后，#1機組ECS系統現在運行正常，各工況下的指示正確，*設備要求。
　　
　　四、調試及投運存在的問題
　　
　　由于電氣控制系統進入DCS，給單元機組DCS的調試帶來了新問題，特別是機組廠用電受電和DCS帶電的矛盾在#1機組zui為突出。在廠用電受電前做一些臨時設置，首*行廠用電受電，再對DCS供電，然后將廠用電控制部分逐步接入DCS系統。經過系統調試，#1機組DCS中電氣控制系統達到了良好狀態，
　　
　　電氣控制系統進入DCS后，對于電氣和熱控兩個專業調試工作的分工，配合也有新的問題。原則上熱控人員應負責DCS裝置和所有電氣信息的處理功能調試，電氣控制，連鎖，保護邏輯功能調試應由電氣人員完成，全部電氣控制功能應由電氣人員負責試驗。
　　
　　五、改造前、后比較：
　　
　　5.1設備維護量大大減少。改造前是大量的機械控制開關，接點、觸頭易錯位、表面氧化，造成接觸不良，特別是各設備的指示燈、燈座、燈泡、光字牌的過熱，每次停運后阻絲收縮，燈座變形、燈泡絲斷等故障較多。
　　
　　5.2邏輯回路可靠性增強。改造后取消了各回路中的中間繼電器、時間繼電器，邏輯采用軟件完成，減少了硬件故障的可能，所以，動作相對可靠多了。
　　
　　5.3運行設備直觀，一目了然。電氣設備的一次接線及運行方式變化繁多，分布空間范圍廣；改造后按系統將電氣一次接線及設備運行狀態對應制成系統圖，系統圖之間又能相互切換，每進入一系統圖后，一次設備的全部接線、開關狀態、電氣參數顯示一目了然，查找設備簡單又便于記憶。
　　
　　5.4電氣參數測量準確。機械指針式表計，級別低（一般在1.5~2.0級），存在起、始誤差，而現在都是采用0.5級高精度變送器，變比準確，三位半數字式顯示，大大提高了測量準確性。
　　
　　5.5操作簡單、可靠。LW2系列開關有六個檔位，控制一個設備要多個開關的組合操作才能完成，對操作順序非常嚴密，若錯位變化就會操作失敗。而改造后的設備，全部在CRT屏幕上顯示、操作，則軟件進行邏輯閉鎖及操作提示，設備操作大為方便。
　　
　　5.6提高了管理水平。電氣設備運行參數都是以瞬間指示為主，改造后各種電氣數據都記錄入歷史數據。若電氣設備故障，運行參數發生問題，*時間查閱歷史記錄，判斷故障的原因。同時還能按管理的需要制成各種參數一覽表格，定期打印上報，這樣就大大提高管理水平。
　　
　　六、總結語
　　
　　#1機組經過六個月的技改后，其控制系統面貌煥然一新，昔日的各種各樣的控制屏、開關、指示燈、指針式計表、信光字牌全部取消，代之以六臺21英寸顯示器，操作、指示、測量、音響事故、報警也全部在系統中完成；操作人員只需通過鼠標即可方便地調整各設備的運行工況，且速度快、調整平穩；而檢修、維護也只是每天查閱幾個重要設備參數的歷史記錄、DPU運行指示、對應畫面各設備運行狀態及參數的顯示，若設備出現異常，也會提前自檢報警，供維護人員及時處理。現#1機組已投運三個月，通過運行實際各項功能均工作正常。證明了電氣系統進入DCS系統使整臺發電機組實現高水平和完善的監控；提高電氣控制的可靠性；更有利于實現整個發電機組的綜合自動化和提高管理水平，且單元機組真正達到了*集控運行。總之，通過這次改造后，設備的自動化水平及調節精度提高了，運行、管理水平均上了個臺階，為我廠向*電廠邁進打下了良好的基礎，同時為今后其它機組的技改及新技術的應用、開發起了個良好的開端。