DCS实现发电厂电气监控

1、DCS 实现发电厂电气监控摘要： 本文介绍已投入运行的 300MW 机组采用 DCS 实现电气系统监控的控制范围和应 用功能，并对工程中电气设备和装置的控制逻辑和显示画面作出了详细的描述1前言 DCS 分散控制系统在国内火电厂中经过十多年的应用，无论是硬件系统、 软件设计组态还是运行管理都积累了成熟的经验。随着 DCS 系统性能的不断提高，其可 靠性、开发性、可执行性、及性能价格比也不断提高，实现机、炉、电全方位的安全经 济控制已是成熟的技术，电气监控系统进入 DCS 已成为现实。纵观电力市场，无论机组 容量 大小 ， 凡 是 有 DCS 控 制 的 场所 ，必 然 有电 气监 控进 入 DC

2、S 。下面就河南信阳电厂和湖南益阳电厂 (2x300MW) 电气监控 (ECS) 在 DCS 中的应用进行 讨论。2工程简介 河南信阳电厂，湖南益阳电厂，其一期工程均为 2x300MW 机组。电气主接线为发电 机变压罪组升压至 220kY 系统，厂用电分为 6kV 和 380V 二个电压等级，二台机组设一 台启动备用变压器。二个工程于 1999 年 5 月和 7 月与北京 ABB 贝利控制公司签订合 同，同年 7 月开始工程实施，分 别于 2000 年 5 月和 7 月通过 FAT。 控制系统采用贝利Symphony(1NFl90) 系统，为提高发电厂机组整体的控制水平和自动 化程度，使锅炉、

3、汽机、发电机的控制方式协调一致，实现炉、机、电单元统一值班创 造良好条件，将发电机变压器组和厂用电的控制监视全部由 DCS 实现，电气监控为 DCS 的 一 部 分 。DCS 按功能划分通常具有四大功能：模拟量控制 (MCS) 、锅炉炉膛安全监控系统 (FSSS) 、 顺序 控 制 (SCS) 、 数 据 采 集 (DAS) 。电气控制按功能应划人SCS,但考虑电气系统的特点和相对独立性，我们(ABB)把电气部分的控制和数采称为电气监控系统即ECS。所以在贝利的系统中还有ECS 功能。3 Symphony(1NFl90) 系统 配置Symphony(1NFl90) 系 统 主 要由：操作员站C

4、ONDUCTORVMSLTEWS工程师站PCU过程控制单元大屏幕监视系统组成。操作员站：CONDUCTOR VMS ,是控制系统与运行操作员间的接口。包括：控制台、 功能键盘、鼠标、报警组视窗。LTEWS 工程师站： 用于系统组态、编程、修改、即完成系统功能组态和画面组态的生成、下载、参数的调试和设置等。PCU 过程控制单元：采集和处理现场信号，接受操作员站指令，进行逻辑判断和过程控 制 ，并 将 输 出 指 令 至 现 场 。包 括 ： 模 件 柜 、 端 子 柜 ( 或 模 件 端 子 混 装 柜 ) 。电气监控系统具有 相 对 独 立 的 PCU ，所 使 用 的 主 要 模 件 有 ：

5、 网络处理模件和网络接口模件：NPM01、 NIS01多功能处理器：MFPl2I0模件：ASll3(16TC+RTD)FECl2(15A1)DSll2(16D1)DSM04(8P1)DS014(16DO)电源模件：IPSYS01IPFLD48模件安装单元：IEMMU21现场端子板：NFTP01环路通信10MbitsControlway通信：1Mbits4 电气系统进入DCS控制范围包括： 单元机组电气和公用电气2 个部分41单元机组电气部分包括：a) 发变组220KV断路器、隔离开关b)发电机灭磁开关c) 励磁系统控制方式选择及PSS投切d)AVR调压e)自动准同期ASSf)6KV母线工作电源

6、分支开关(1A、lB)g)6KV母线备用电源分支开关(1A、h)6KV厂用电快切装置(1A、lB)i) 低 压 工 作 变 压 器 (1A1 、 lA2 、 lBl 、 1B2)6KV 、 380V 及 380V 分 段 开 关j） 低 压 照明 变 压 器 6KV 、 380V 开 关 及 照明、 检修 变 压 器 380V 分 段 开 关k) 保安段工作分支开关、柴油 机分支开关l)柴油机组m) 仪控变压器380V 馈 线开 关 及 380V分 段开关直流系统、UPS、柴油机组由DCS 进行监视，柴油机组的控制由当地PLC 控制系统宀完成。42公用电气部分包括a） 启 动备用变压器 (SS

7、T)220KV断 路 器 、隔离 开关、 有载调压b)6KV公用段进线电源分支开 关(OA、 OB)c) 公用变压器(#1、 #2)6KV、380V380V分 段开关d) 厂区变压器(#1、 #2)6KV、380V380V分 段开关e) 化学变压器(#1、 #2)6KV、380V380V分 段开关f)厂区公用变压器 (#1#2)6KV开关g)6KV输煤馈线开关4 3 发电机励磁系统自动电压调整器 （AVR） 、 自动准同期装置 (ASS) 、主设备保护、厂用电快切装置采用成熟的技术和产品，其功能由独立装置实现， 与DCS 有通讯接口或硬接线。5ECS控制功台匕能5 1 实现发变组系统自动程序控

8、制或软手操控制，使发电机由零起升压直至同期并 网带初始负荷，或使发电机自动停机5 2 对厂用电系统，按起动停止阶段和正常运行阶段的要求实行程序控制或软手 操控制，实现由工作到备用或由备用到工作电源的程序切换或软手操切换，保证机组安 全运行或正常起、停机。5 3 实时显示和记录 （其中包括事故顺序记录 ）发变组系统以及厂用电系统的正常运 行、异常运行和事故工况下的各种数据和状态，并提供操作指导。54 所有由 DCS 操作的单个断路器 （包括 220KV 侧隔离开关 ），除具有必要的联锁功能外，还有必要的闭锁措施，防止误操作。5 5 电 气 设 备 的 检 修 实 验 在操作员站可进行电气设备的检

9、修实验操作。当某一设备处于检修时，在相应的电 气系统画面上设有相应的检修实验状态显示 （挂牌 ），此时与该设备相关的闭锁或联锁条件均失效。为防止误操作，设有单独的检修实验画面，操作时需经运行人员进一步确 认后方可投入或退出检修实验。对特别重要的设备设有必要的保护措施。5 6 对厂用电公用电气系统，分别在二台机组的DCS 操作员站上监视。在贝利系统中通过设置和解除操作权限的优先级（ 由值长决定 ），来保证对公用电气控制命令的唯一性，即在任一时间内只允许在一台机组的 DCS 操作员站上操作。由于电气公用系统接人 中央环，所以对公用系统的操作不存在切换扰动问题。当享有操作权限的 DCS 故障时， 不

10、会对公用电气系统的监控产生任何影响，不存在操作权限转让问题。值长可以根据运 行 方 式 将 操 作 权 限 授 权给 任 意 一 台 机 组 的 DCS ， 选 择 灵 活 。5 7 发电机励磁系统电压调节、发变组同期、电气设备保护、6KV 厂用电快切功能由独立的装 置实现，58主DCS 控制自动装 置的起停和 方式的选择并进行状态 监视。要电气设备的运行累计时间。5 9 电 气主 要参数的 X Y曲线图(有效值)。6电气监控系统分析61数据采集于监视现场电气信号种类主要有：420mA模拟量输入、 RTD 温度量输入、脉冲电度量输入、数字量输入、和数字量输出。在Sympho ny(1NFIg0

11、) 系统中，有专门的模件通过硬接线直接从现场采集和处理这些信号。此外，对于电气专用自动装置和系统也可以采用通讯方式。 Symphony(1NFl90) 系统与 其它系统的接口方式有：串行通讯方式、以太网方式和通过 INFI 环上的 ICI 进行通讯， 根据具体的过程要求可选用不同的通讯接口方式。在实际工程中北京贝利具有许多成功 的应用实例。此次在信阳工程上与柴油发电机 PLC 控制系统的接口即采用串行通讯接口 方式。信阳电气 I/ O 点共 1048 点。其中 Al : 186 点；DI : 685 点；PI: 23 点；DO : 154 点益阳电气 I/ O 点共 712 点，其中 Al :

12、 106 点；DI : 432 点；PI: 48 点；DO : 126 点62MFP配置：多功能处理器模件(MFP)是 Symphony(1NFI90)模件系列中功能最强的一种模件，它是 一种多回路模拟、顺序、批处理的高性能控制器。这种控制器为解决过程控制提供了强 有力的工具。它可满足数据采集，信息处理的要求，提供真正的点对点的通讯。此模件具有一套用途广泛的功能码，用它可以处理很复杂的控制策略，MFP 最多可以与 64 个 不 同 组 合 的 子 模 件 通 讯 。为适应冗余的处理器，MFP 有 1MBPS 的 CPU 对 CPU 的通讯链，这条链可使后备的MFP 在主 MFP 工作时，处于热

13、备状态，一旦由于某种原因主 MFP 离线，后备的 MFP 就 会 无 扰动 的 自 动 切 换 上 去 。电气监控系统，通常按电气子系统划分，冗余配置。根据各工程工程电气系统的规模 和具体要求配置的 MFP 的对数不同。例如信阳工程为：发变组、高厂变；6KV 400V低压厂用电原；柴油机、UPS 直流、440VMCC 启备变；公用厂用电 5 对 MFP，益阳工程为4对。63电气控制631控制逻辑信 阳 工 程 控 制逻辑框图由河南电 力设计院提供。益阳工程控制逻辑框图根据湖南电力设计院控制要求，由北京贝利公司完成，设计院、电厂和中试所在设计联络会上讨论确认北京贝利公司根据控制逻辑图进行电气控制

14、功能的设计组态、 调试。电 气 控 制 功 能 设 计 组 态 主 要 原 则 如 下 ：1)发 变 组 220KV 断 路 器 、 隔 离 开 关发变组220KV断路器正常操作决不允许操作人员直接发指令使 220KV 开关闭合，而必须通过启动 ASS， 当 ASS 判断同期条件满足后， ASS 发合闸指令至 220KV 开关合闸回路使之闭合。但在 检修实验状态时，运行人员通过操作票可以在控制站上直接进行开关的分合闸操作。 通常分闸操作无闭锁条件。DCS 实现隔离开关的正常操作和母线倒闸操作，逻辑完成隔离开关之间、隔离开关与 断 路 器 及 隔 离 开 关 与 母 联 断 路 器 的 操 作

15、闭 锁 功 能 。2)自动准同期(ASS)在 OIS 上，可进行 ASS 控制方式的选择 (ASS 调速 DEH 调速 )及 ASS 的启动和复 归。发变组 220KV 母线隔离开关 (刀闸 )有一个闭合，且 220KV 断路器合闸条件满足，ASS 装置并已复位，运行人员通过启动ASS 将发变组 220KV 断路器同期并网。3)发电机励 磁调节(AVR)在 OIS 上，可进行 AVR 运行方式的选择 (AVR 手动、自动、恒功率因数、 PSS 投切)。 运行人员可以在控制站手动升、降压，在机组并网和解列顺控中也可按组态中的设定 值自动升压或降压。4)6KV 母线 工 作 、 备 用 电 源 进

16、 线 开 关 6KV 母线工作与备用电源之间的正常切换，通过操作员启动厂用电快切装置ATS，ATS 捕捉到同期后，输出指令分别至工作、备用电源进线开关的跳合闸回路实现正常切 换。 如正常切换采用独立的同期装置，而不通过快切，则在 OIS 上应通过启动同期装置来 完成。380VPC 段进线开关和分段开关，三者之间必须满足三取二的关系，即当其中的开关有二个闭合时，第三个开关不允许合闸。由于大机组辅机电动机冗余配置且分别接于 二段母线，所以当某段母线进线开关事故跳闸后，分段开关一般不联动合闸，以防止事故 扩 大 ， 而 通 常 采 用 手 动 合 闸 方 式当 380V 开关处于检修/实验状态时，则

17、闭锁自动取消。9)在 ECS 中，有些设备之间是相互联锁的，这些设备的联锁无需通过“联锁按钮 ”选择，根据逻辑组态自动实现。如存在二路电源之间问题进行切换，为防止母线故障时多 次 跳 跃 ，应 考 虑 只 能 切 换 一 次 。64电气画面ECS 画面分为两类：一类是电气子系统画面，另一类是ECS 帮助指导画面。电气子系统画面通过主菜单调出 ECS 帮助指导画面可以通过 ECS 帮助菜单调出，出发可以通过 相 关 工 艺画 面 上 的 调 用 键 直 接 调 出 。641 电 气 子 系 统 画 面 的 操 作在电气子系统画面中，包含了所有的ECS 设备。在每个设备的周围，有其就地/远方控制方

18、式、检修/实验状态指示、控制站调用键，该键可调出设备的数字控制站。操作 人 员 通 过 控制 站 对 设 备 进 行 跳 / 合 闸 操 作 ， 控 制 站 中 包 含 有 以 下 信发变组主接线画面当 6KV 工作、备用电源进线开关只有在检修/实验状态时，运行人员可以在控制站 上进行开关的远方检修实验 快切的合闸操作。装 置 (ATS)5)6KV厂 用 电在 OIS 上，可进行 ATS 控制方式的选择(并联或串联)，复归、及出口闭锁。 当 6KV母线工作电源进线开关或备用电源进线开关满足合闸操作条件，且其中一个 开关为合状态，ATS 无故障，装置并已复位，运行人员通过启动 成 6KV 厂 用

19、 电 工 作事故切换由继电保护动作启动现 ， 不6) 启 动 备 当合闸条件满足时，运行人员通过控制操作启动备用变压7)6KV 公 用 段 电公用段电源进线开关合闸时需启动备用变压器检修/实验状态时，低 压 厂 用 变 压 器 6KV / 380V低 压 厂 用 变 压 器 380V 开 关 合6KV处于8)ATS 的手动切换功能完 电 源 与 备 用 电 源 之 间 的 正 常切 换 。ATS 直接动作于开关设备，功能由外部硬接线回路实 通过用变压器 啤器源220KV则闭开关、闸 时 需 6KV 开 关 先 合 。DCS 。 220KV 断 路 器 220KV断路器合闸。 进线开关 断路器先

20、合。 当 6KV 开关 锁自动取消。380VPC 分 段 开 关控制指令跳DI状态反馈跳/手动允发出跳/合指令后显示报警控制方式电气系统监控闸指馈 、 故信许关(开手动/的画面有名述令障号态动设备标签/合合 位 反 许 是否允状高压启动备用电源接线画面发变组励磁及同期系统画面单元厂用电系统接线画面公用厂用电系统接线画面厂用电快切装置系统接线画面保安电源系统接线交流不停电电源系统接线110V直流系统接线220V 直流系统接线（以上画面均为动态画面及动态模拟量 显 示）电 气 系统接线（动态画面 及 动 态 模拟 量 显示一用于大屏幕显示）642ECS帮助画面的操作ECS 的帮助画面包括：顺控、主

21、要的单设备运行允许、电气设备报警等几个方面。 ECS 的顺控帮助指导画面可以帮助操作人员更方便、更全面地监控某一功能组的执 行过程。单设备运行允许的指导画面，用以提示操作人员该设备运行条件是否已经满足。报警画面给出了重要相关信号的报警提示，用以查找和分析故障信息。电气设备检修实验画面，用以投入或退出电气设备的检修实验状态。在检修状态 时，通过操作票操作人员可以在电气子系统画面中对被检修的设备进行远方实验的跳合 闸操作。1）顺控帮助指导画面a）顺控帮助指导画面中央是功能组启/停顺控的描述，给出了每一步的指令描述及每 一步的所有反馈描述。右上角是两个（启或停 ）顺控操作的监控框，每个框包括两个调用

22、键左侧键为方式选择（MODE），右侧键为触发（GO），步号显示，当前步执行剩余时间显 示。对功能组进行顺控启/停操作时，首先选择方式选择（MODE），控制站，选择SEQ”方式，然后，再选择触发控制站，选择“GO。这样，功能组会自动按照顺序一步一步向下进 行。 顺 控 过程 进 行到 哪 一 步 ， 哪一 步 的 指令 描述 框 就亮 （粉 色） 反馈描述左侧的 YES/NO 指示是否这些反馈条件已满足了，当所有反馈指示都成为 YES 时 ， 表 示 这 一步 的 反 馈 条 件 都 已 满 足 ， 然 后 开 始 执 行 下 一 步 。当顺控中某一步有些反馈条件不能满足时，顺控程序中预先设定的

23、等待时间会使程序 等待一段时间。当等待时间倒计时为“。时，条件仍不满足，则程序会自动将“ SEQ 方式切 换 到 “STEP 方 式 ， 并 产 生 报 警 。STEP 控制方式是一种半自动控制方式。选择STEP 方式操作时，与 SEQ 方式一样，首先选择方式选择（MODE）控制站，选择 “ STEP 方式，然后，再选择触发控制站，选择 GO”，进行第一步；当第一步的反馈条件都已满足时，再按“GC”，进行第二步；以此类推，每按一次 “GO,会自动进行一步。注意，如果这一步的条件没有完全满足，按 “ GO” 按钮 程 序 不 会 进 行 下 一 步 的 过 程 。RESET 是复位方式。 RESET 按钮可以中断退出正在进行中的顺控过程并使程序复 位。b）ECS 包 含 以 下 顺 控 功 能 组 发电机组并网（包括发电机零起升压、同期并网、6KV 厂用电切换） 发电机组解列（包括 6KV 厂用电切换、发电机灭磁、解列）2）设 备 运 行 允 许 指 导 画 面a）画面以表格和逻辑描述的形式列出了该设备运行允许的所有条件组合，条件左侧的Y / N 状态表示当前该条件是否满足，条件之间的AND或“ OR