电气系统纳入DCS监控施工技术总结

1、电气系统纳入DCS监控施工技术总结秦玉磊.电仪工程处摘要：分析了菏泽电厂三期2*300MW机组工程中电气系统纳入DCS之后工程特点，介绍了电气系统纳入DCS监控的范围和控制水平，并结合工程实际，调试和安装过程中出现的问题进行了有益的探讨，提出建议，为以后同类工程提供参考。关键词： 电气；纳入；DCS；监控1.工程概况和特点随着计算机技术、网络技术的快速发展和控制技术的不断提高，电气控制明显滞后于机炉控制的发展，电气自动化控制发展速度明显缓慢。为了解决这一矛盾，有效的办法就是将电气纳入发电机组DCS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，降低运行人员的工作强度。在菏泽三

2、期工程中，主要电气系统的控制全部纳入了DCS进行监控，取消了电气控制常规的硬手操，取而代之的是DCS内部的软手操作，充分利用了DCS的手段，实现了机、炉、电的统一管理和集中控制，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和电气设备的控制调节有机地进行了结合，有效的提高了整个电气控制的安全性、可靠性和自动化控制水平。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）.电气设备相对热工而言控制对象少，操作频率低，有的系统或设备运行正常时，时常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

3、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50ms以内；电压自动调整装置快速励磁要求时间极短；厂用电快切装置切换时间一般小于60-80ms，同步鉴定相位差5-20度。（3）.300MW及以上机组一般每两台机组公用一台高备变，任一机组检修都不能影响另一台机组的正常运行，因此，DCS控制应考虑其方式，确保只能有一台机组的DCS实现对公用部分的控制，同时另一台机组的DCS能够实现实时监控，并且操作控制权应该能够实现切换；（4）.电气设备电气系统的连锁逻辑较为简单，但电气设备本身的操作机构较为复杂。因此，机组电气系统纳入DCS控制，要求控制系统具有很高的可靠性，除

4、了能实现正常启停和运行操作外，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.电气控制纳入DCS监控的范围根据单元机组的运行和电气控制的特点，在本工程的应用中,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。主要控制子系统归纳为：.发变组系统（不包括变压器本身的通风系统）；.发电机励磁系统；.高压厂用电源系统（包括厂用电源正常切换）；.低压厂用电源系统和400VPC；.高压启动/备用变压器电源系统（两台机公

5、用厂用电源系统）；.柴油发电机组和保安电源；.直流系统和UPS系统（仅监视）；.自动同期系统；.厂用电源快速切换系统；电气主要保护安全自动装置要求速度快，精度高，并对电网信号运算，通过许多专业的保护判据保障电网的安全稳定运行。目前DCS系统运行速度达不到动作速度和运算速度的功能，因此不通过DCS实现电气保护功能，仍采用电气专用保护装置，但两者之间应该有接口信号，方便运行监视，和故障情况下的紧急处理。常规一般采用硬接口，将双方必要的信号送到对方的系统中。本工程保留的保护自动装置主要有如下：.发变组保护装置；.自动准同期装置（ASS）；.自动电压调整装置（AVR）；.厂用电源快速切换装置；.故障录

6、波装置；主厂房外辅助系统的电气系统如输煤、化水、除灰渣、电除尘等暂不纳入DCS系统中，但其电源开关均由DCS控制系统控制，实现远方送电和监视。另外，电气后备盘还保留有少量的模拟量监视仪表，控制台上保留有部分设备在紧急状态下的跳闸按钮（发变组断路器紧急跳闸按钮、发电机灭磁开关紧急跳闸按钮、柴油发电机紧急跳闸按钮）。3.电气系统纳入DCS之后的控制水平在本工程中，电气系统纳入DCS控制之后，机组整套启动时从锅炉点火到发电机并网带初负荷能够实现全过程的程序控制（中间设有几个人工断点经人工分析判断后决定是否让程序继续执行后续操作），或机组停机时DCS能安全停机，运行人员通过液晶显示器上的数据和状态显示

7、就可以判断机组的运行状况，升压并网和降压解列的速度大大提高，减少了运行人员到各个设备的操作，同时也减少了误操作的几率。机组自启停控制的过程是：机组正常启动时，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。（同期系统的部分控制开关需要运行到需要投入时必须由人工投入后程序方可继续执行）。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，向断路器发合闸命令。在同期合闸成功，发电机电负荷达到一定值后，DCS将高压厂用电源从高压启/备变快速切换至高厂变供电。机组正常停机时，DCS控制降低机组负荷，当机组负荷降

8、低到整定值时，DCS将高压厂用电源系统快速切换至高压启/备变系统供电，当机组负荷继续降低到零，跳开主开关，联跳汽轮机（主汽门关闭），发电机灭磁。对于厂用电源的控制为：在机组启动时通过高压启/备变系统向厂用负荷供电；在机组正常用电时，由高厂变系统供电并且经过低压厂变向400VMCC低压负荷供电以启动机组所必须的辅机；在厂用电源消失时，为了保护设备和系统的安全，厂用电快速切换装置快速将厂用工作负荷自动切换至高压启/备变；当确定保安段母线失电后，启动事故备用柴油发电机供电以保证设备安全。电气部分的顺序控制主要有三个功能组组成：（1）.发电机-变压器组功能组，包括发变组断路器、隔离开关、同期系统和励磁

9、系统等；（2）.厂用电源功能组，包括高压部分、低压部分、保安电源部分和厂用电源快切部分；（3）.厂用公用和备用电源功能组，包括高压启/备变系统、启/备变有载调压开关、低压公用厂用电源等。综上所述，电气系统纳入DCS监控在本工程中达到了以下水平和要求：（1）.发电机系统能实现程序控制和软手操作控制使发电机由零起升速、升压，直到并网带初负荷；（2）.厂用电源系统能按启动/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（炉电机）实现全CRT监控。4.

10、公用系统的控制方式在本工程中，两台机组公用一台高压启动/备用变压器，并设有公用厂用电源系统。在DCS的配置中，两台机组配置了相同的硬件和软件，通过切换开关实现操作权的相互切换，外部设备的信号通过冗余配置或扩展转换（开关量）分别进入两台机组的DCS系统，同时为了保证不出现误操作事故，还增加了相当部分的判据条件和I/O测点。因此，DCS的配置实现了在一台机组停机检修时，另一台机组的运行人员能对公用系统进行监控，并通过在电气后备盘的转换开关实现两台机组DCS对公用系统操作权的相互切换，以确保控制命令的唯一性，即在同一时间只允许一套DCS系统对公用设备起控制作用。对公用系统的这种控制方式，其优点是当一

11、台机组停电或检修时，可以较方便地对DCS进行检查，而不影响公用系统设备的运行和控制，增加了控制的可靠性。但也增加了外部设备的数量，增加了费用，同时增加了一个环节就意味着增加了发生故障的可能。5. 安装及调试中出现的问题及处理方法（创新点）在本项目中针对保安电源部分做了很多创新设计和施工调试，已往在柴油发电机组实现的硬回路功能全部在DCS实现，通过DCS控制保安段电源的切换功能，并在必要时启动柴油发动机组。在实际施工调试过程中保安段切换试验不成功，我们和DCS厂家代表、电厂生技部专工、电厂三期办专工开专题讨论分析会，对组态图纸进行了分析。我们根据已往的工程经验提出了更加简捷明了的控制策略。经过分

12、析讨论后，由DCS厂家简化了控制逻辑，并进行了两天的试验，将组态中没有考虑到的情况进行了补充修改，并将柴油发电机组原来23秒向保安段供电提前到12秒，为机组保安段电源的不间断供电和机组设备紧急情况下的安全运行提供了可靠的保证。在本次保安段试验中，从开分析会到组态修改直到所有试验完毕总共用了四天时间，而设计时只需要各个开关的接口信号，施工工作量大大减少，所有设计均在DCS内实现，修改快，检查方便。通过这次保安段施工，DCS控制的优势得以充分的体现，不仅减少了硬回路设计，缩短设计时间，而且也减少了现场硬回路接线调试工作量，缩短了施工调试时间。随着控制技术的发展和工程技术人员的努力，相信越来越多的电

13、气控制功能都可以在DCS中实现。在调试过程中的问题和解决办法主要有以下几项：（1）.DCS中电气控制部分的逻辑由于存在过多的限制条件，在就地操作或故障跳闸后在DCS中无法进行进一步的操作。检查逻辑回路发现，在每一个开关的控制逻辑中，都将开关的位置状态反馈作为开关跳合闸操作的限制条件，通过和设计院协商认为，开关位置状态的反馈用于开关的跳合闸操作条件完全是多余的，没有必要为开关的跳合闸操作加以过多的限制条件。在要求ABB现场专家取消了开关位置反馈的限制条件后，正常操作和就地操作以及故障跳闸的情况下，开关在DCS内的软手操作一切正常；（2）.电气电源开关控制操作窗口中有自动和手动两种方式的选择按钮，

14、在由手动切换至自动时造成电源开关自动掉闸。因电气系统的电源开关不存在自动运行方式，在组态上将自动部分取消，将自动回路闭锁，以免运行中误操作造成电源开关误掉闸；（3）.倒送厂用电后，在查直流系统接地时，短时拉开厂用电电源开关的直流控制电源，出现开关自动掉闸。根据规程要求，电气开关应允许在检查直流系统接地时短时停掉控制电源而不应掉闸，所以这种现象不正确。检查控制逻辑，没有发现问题，经过反复多次试验时监视DCS逻辑和组态，同时监视DCS跳闸出口继电器，发现DCS组态上存在缺陷，将控制回路断线信号输入到了组态模块，然后造成了跳闸脉冲的输出。将控制回路断线信号进入组态模块的信号取消，改正后控制电源停电开

15、关自动掉闸现象消失；（4）.动力部分的电气开关，在合闸后大约0.2秒后自动掉闸，检查电气部分的回路和保护等未发现问题，检查DCS逻辑，发现逻辑中在电气异常信号出现时DCS自动发出一跳闸输出脉冲，造成开关在合上后自动掉闸，分析设计图纸，设计上电气异常信号在正常操作过程中由于继电器的动作顺序造成有一短时间的接通，从而造成DCS跳闸脉冲的发出。经过分析，比较电气异常信号和事故跳闸信号，发现设计错误，将两个信号设计接反，全厂动力全部错误，我们组织人员立即对全厂几百台动力控制回路进行了改正，并在DCS逻辑中事故跳闸信号增加2秒延时跳闸逻辑后试验正常；（5）.在进行机组启动程序控制的调试过程中，通过对设计程序的一遍遍审阅，以及鉴于程序合理性的考虑，对程序开机的的程序进行了较大程度的改动，并征得了设计部门的同意。由于程序开机的程序运行条件太多而且过于繁琐，无法在静态过程中进行模拟试验，只有在实际开机的过程中进行检验程序的正确性和合理性。在机组整组试运过程中，在每一次开机时便先进行开机程序的试验，并记住每一次不合理的地方进行改动。经过几次的试验和改正之后，开机程序终于调试完好，满足了安全启动和稳定运行的要求。6.感受与体会通过菏泽电厂三期#6机组电