分散控制系统(DCS)在火电厂的应用已经日益广泛与深入,目前1OOMW及以上容量机组的热工控制已全面采用DCS,形成了数据采集(DAS)、模拟量控制(MCS)、顺序控制(SCS)、炉膛安全保护(FSSS)四大系统。从实际运行情况分析,DCS较好地实现了其控制功能,并体现了安全经济、使用可靠的优点,取得了良好的效果。但是,电气部分的控制由于自身的特点,一直都是电厂监控中安全性、可靠性和快速性要求zui高的专业,由DCS来实现电气的监视和控制,能否满足电气运行规程的要求及保证电气运行的安全可靠,始终是电气人员关注的问题。因此,是否将电气纳入DCS进行监控,各电厂的观念与做法并不一致,存在着较大差距。盐城发电厂在七期扩建工程(9号机组)中,将1台135MW机组的电气系统全部纳入DCS监控。该机组从2002年5月投入运行至今,没有发生过因DCS问题影响电气操作和机组不安全运行的情况。2年多的运行实践表明,将电气控制功能纳入DCS控制是可靠的、安全的。在9号机组取得成功应用经验的基础上,2003年12月又对原有8号机组进行了DCS改造,并取得了成功,使全厂机组电气控制水平得到了提高[1]。
一、电气系统的特点及对DCS的要求
1.1 电气系统控制的特点
(1)电气设备相对热工设备而言,控制对象少,操作频率低。
(2)电气设备的保护及自动装置要求可靠性高,动作速率快。
(3)电气系统的联锁逻辑较热工专业少,但其设备本身操作机构复杂。因此,将发电机组电气系统纳入DCS进行监控,要求控制系统必须具有很高的可靠性。
1.2 对DCS的要求
(1)单元机组实现炉机电的全阴极射线管(CRT)监控,执行电气系统的联锁保护及闭锁,要求不但能实
现正常启停和运行操作,还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zui安全合理的工况下工作。
(2)DCS的DAS应能连续采集和处理所有与电气系统有关的重要测点信号及设备状态信号。能执行发电
机一变压器组(发变组)及厂用电源系统中的控制和报警,当DCS出现电源中断和通信干扰等非正常工作状
态时,其出口继电器不误动。
(3)DCS应能为操作人员提供操作指导,同时能闭锁错误的操作,所有操作都应经过运行人员的二次确
认,逻辑闭锁功能不能由运行人员更改。
(4)在电气设备发生异常和故障时,DCS应能实现声光报警,且信号系统能够实现重复动作;同时,应具有操作显示、报警显示、事故追忆记录(SOE)、跳闸一览表、历史数据存储和检索等功能。
二、监控对象及范围
从升压站(不包括升压站)至主厂房侧的所有主厂房内电气系统均纳入DCS监控。
(1)发变组系统(不包括变压器本身的通风系统)
数据采集与监视:发电机定子三相电压、电流,发电机转子电压、电流,励磁手动柜、自动柜输出电流,主励磁机励磁电压,发电机有功、无功、频率、功率因素,主变高压侧三相电流、中性点电流,主变压器油温、绕组温度,高压厂用变压器油温;发变组主断路器的控制,发电机同期、发电机励磁系统调节控制、继电保护装置动作报警。
(2)升压站系统(220kV)
主变22OkV侧断路器,隔离开关的控制、部分接地刀状态的监视、开关刀闸的分合闸故障指示,220kV系统母线电压数据采集与监视。
(3)高、低压厂用电源系统(包括厂用电源正常切换控制,指6kV、400V系统)
厂用电源系统数据采集与监视:母线电压、分支电流;厂用电源系统开关分合闸状态监视、故障报警。
(4)直流系统和不间断电源系统(UPS):直流母线电压.UPS故障及报警,输出电压监视。
电气主要保护、同期、快切、励磁、故障录波器等装置由于原理复杂,安全级别高,很难用通用的DCS硬件代替,因此仍采用的装置,但它们与DCS之间要有接口,常规方式采用硬接口。保留的保护及自动装置主要有:发变组保护装置;自动准同期装置(ASS);自动电压调整装置(AVR);厂用电源快切装置;机组故障录波装置。
主厂房外辅助系统的电气系统,如输煤、化水、电除尘、出灰等纳入辅助系统DCS中。
三、电气监控功能的实现
DCS改造中采用了英国欧陆公司的NETWORK-6000分散控制系统平台,该系统的过程控制操作级由工程师站和操作员站组成,可以完成数据采集、连续控制、顺序控制、数据管理(包括实时显示、报警、报表、趋势、历史采集等)等功能,操作员站在标准画面及用户组态画面上汇集和显示机组有关运行信息,供运行人员据此对机组的运行工况进行监视和控制。具有*的控制、监视功能和优良的人机界面。
3.1 I/O测点[2]
1台135MW的发电机组和厂用电源监控的I/O总量约400点,主要I/O测点分布见表1。
3.2 监控画面设置
1台机组的电气部分监控画面主要有5幅组成:(1)电气主系统;(2)发电机励磁调节系统;(3)6kV厂用电源系统(含工作和备用);(4)400V厂用电源系统(含工作和备用);(5)直流系统。
3.3 DAS与监视
现场的电压、电流、功率等模拟量电气信号经电气变送器变换成4~2OmA的电流信号,送入T122卡件;
现场的断路器辅助接点、隔离开关、接地刀闸的分合状态和电气设备的所有故障及异常报警、继电保护的动作信号(DI点)则送入T140卡件,经I/O模件处理后,进入到分散处理单元(DPU)T103参与各种逻辑控制。为了使参与逻辑控制的接点信号可靠,所有设备状态的采集都采用硬接线。
3.4 设备级控制功能的实现
在DCS中,对电气系统的控制主要是指断路器、隔离开关的分、合闸控制,此部分设备的控制逻辑及闭锁全部做入到DCS中。
四、问题及建议
(1)厂用电源控制纳入DCS后,由于不设独立于DCS的后备操作开关,在常规的新机组安装倒送厂用电时,因DCS尚未投运,此时高压启/备变、高/低压厂用电源操作无法实现,故要求DCS设备安装、调试及投
运在工期上需予以调整配合。在厂用电源设备安装调试的同时,应开展DCS的安装调试,以满足电气倒送厂用电和厂内各工艺系统分部试运行的要求。
(2)现场的接点需用电缆送入DCS机柜,因此需耗用大量控制电缆。建议在电气就地I/O点集中的地方,如在22OkV升压站与6kV、400V开关室使用现场总线,增设2500远程柜,通过光缆将信号接入分散控制单元,这样可以节省部分投资。
(3)电气发变组微机保护装置、励磁装置、同期装置、快切装置目前均已微机化,都有通信接口,其通信功能较强,可以将这些设备的信号以通信方式与DCS实现通信,从而减少I/O点数和电缆,节省投资。但需要注意的是在设备招标过程中要统一通信口及规约,并且DCS厂商与和装置的厂家需保持,出厂前能进行一次联调,避免发生差错。
(4)为了减少控制总盘(BTG盘)上的光字牌数量,BTG盘上电气部分只留事故信号与预告信号2个光字牌,至于是哪种保护动作或哪种预告信号CRT上会自动显示以提醒支行人员。盘上主要仪表有频率表、有功
表。在操作台上设有4组按钮:发变组主断路器分、合闸按钮,MK分合闸按钮,6kV厂用电源切换按钮(2组),在DCS出现死机时可供操作人员实现安全停机。
(5)对于2台机组公用系统的控制是将8、9号机组的公用设备设立专门的控制单元,公用系统在DCS中的配置既与9号机组相连又与8号机组相连,可通过软件选择在哪台机组的DCS上实现对共用部分的控制,但是在同一时间只允许一套DCS对公用设备起控制作用,且这种操作控制权能实现切换。因此可实现在任一机组检修时都不影响另一台机组的正常运行。