火電機(jī)組控制系統(tǒng)一體化技術(shù)應(yīng)用

楊傳斌

（云南省火電建設(shè)公司，云南 昆明 650032）

電氣系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組三大系統(tǒng)之一，即鍋爐、汽機(jī)、電氣系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)通常采用獨(dú)立監(jiān)控方式。目前，電氣系統(tǒng)控制（Electric Control System,簡(jiǎn)稱稱ECS）納入DCS的控制監(jiān)視范圍成為發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究課題。

目前，采用較多的方案是，電氣系統(tǒng)控制、監(jiān)視測(cè)點(diǎn)采用硬接線I/O直接接入DCS。但，由于需要接入的電氣系統(tǒng)控制、監(jiān)視信息量較多，DCS電氣量采集性能，方案無(wú)法完整的實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)監(jiān)控，使整個(gè)機(jī)組的監(jiān)控部分有一些缺失，數(shù)據(jù)即信息、控制不完整，機(jī)組的自動(dòng)化程度未能達(dá)到要求。

為了有效利用DCS系統(tǒng)，發(fā)揮其監(jiān)控優(yōu)勢(shì)，使電氣系統(tǒng)的各種電氣量、開關(guān)量及監(jiān)視、信號(hào)量納入DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組控制一體化要求，使機(jī)組的整體監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化得到提高，便于機(jī)組的監(jiān)視控制，在云南宣威電廠六期擴(kuò)建工程2×300MW機(jī)組的電氣控制方案中采用DCS系統(tǒng)與ECS系統(tǒng)一體化技術(shù)方案。

在云南宣威電廠六期擴(kuò)建工程2×300MW機(jī)組控制主控制系統(tǒng)采用美國(guó)MCS公司maxDNA DCS系統(tǒng)產(chǎn)品，上海自動(dòng)化儀表股份有限公司DCS公司供貨；ECS系統(tǒng)采用北京四方華能電網(wǎng)控制系統(tǒng)有限公司的CSPA2000電氣監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品。采用DCS系統(tǒng)與ECS系統(tǒng)通訊組合的控制系統(tǒng)一體化技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)機(jī)組鍋爐、汽機(jī)、電氣系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、處理運(yùn)算、監(jiān)視控制、連鎖保護(hù)功能。

宣威電廠六期工程2×300MW機(jī)組的電氣系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控采用CSPA2000型電氣監(jiān)控系統(tǒng)(ECS)，電廠電氣系統(tǒng)間隔層的控制設(shè)備采用1:1分散就地安裝，集保護(hù)、測(cè)量、控制、通信于一體的基于微處理器的微機(jī)綜合智能終端設(shè)備——測(cè)控單元裝置（SCU），如電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置、低壓變壓器保護(hù)測(cè)控裝置、廠用分支保護(hù)測(cè)控裝置、同期合閘裝置、廠用電快切裝置等）；各設(shè)備間通訊采用分段的LonWorker現(xiàn)場(chǎng)總線將分散的測(cè)控單元SCU終端設(shè)備的通信接口連接起來(lái)，通過(guò)分段的通信處理機(jī)（CSE）實(shí)現(xiàn)ECS系統(tǒng)設(shè)備級(jí)管理的控制層；通信處理機(jī)與ECS系統(tǒng)100M以太網(wǎng)聯(lián)接，組成電氣ECS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的信息層；ECS監(jiān)控系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)通過(guò)主站（CSPA）雙向通訊聯(lián)接至DCS系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)。采用CSPA2000型電氣監(jiān)控系統(tǒng)(ECS)后，一方面使測(cè)控單元SCU終端設(shè)備就地安裝，與ECS監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)通訊連接，節(jié)省測(cè)量、控制電纜，經(jīng)濟(jì)效益顯著；另一方面電氣監(jiān)控信息量（實(shí)時(shí)采集、計(jì)算、診斷、報(bào)警等）極大豐富，數(shù)據(jù)交換不受限制，與系統(tǒng)投資基本無(wú)關(guān)；再則，由于廠用電源系統(tǒng)采用綜合保護(hù)裝置，其保護(hù)、測(cè)量、控制一體化，減少了原來(lái)所需的電量變送器等設(shè)備，節(jié)約了成本。

宣威電廠六期工程采用電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）通信納入DCS系統(tǒng)的技術(shù)方案，改變了電氣監(jiān)控信息量經(jīng)I/O卡件接入DCS系統(tǒng)的傳統(tǒng)應(yīng)用方式，技術(shù)方案是國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上首家采用，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

CSPA2000通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)（LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線＋以太網(wǎng)）將電廠電氣系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元SCU組合為一個(gè)分層分布式的電氣計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)；

首次將微機(jī)保護(hù)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組合應(yīng)用到電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，率先實(shí)現(xiàn)了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)緊密集成，將成為該領(lǐng)域監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。

通過(guò)CSE200－DPU通信處理機(jī)與DCS系統(tǒng)DPU互聯(lián)直接通訊交換數(shù)據(jù)；通過(guò)SDPU(虛擬DPU)以太網(wǎng)互聯(lián)通訊方式與DCS系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，將電氣系統(tǒng)的監(jiān)控功能全面融入DCS系統(tǒng)，接受DCS系統(tǒng)的遙控命令，實(shí)時(shí)性、可靠性達(dá)到實(shí)用要求，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的機(jī)、爐、電監(jiān)控一體化。這種綜合的電廠自動(dòng)化技術(shù)方案擴(kuò)展了DCS系統(tǒng)電氣部份的控制應(yīng)用功能范圍，實(shí)現(xiàn)電廠電氣部分的綜合自動(dòng)化的同時(shí)，全面提高了發(fā)電廠運(yùn)行的自動(dòng)化程度，符合監(jiān)控系統(tǒng)一體化的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

宣威電廠六期工程采用電氣監(jiān)控系統(tǒng)ECS電氣控制系統(tǒng)：DCS系統(tǒng)DPU配置有串行接口卡，ECS系統(tǒng)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的電動(dòng)機(jī)測(cè)控單元通訊接入DPU串行卡，可視為DCS的電氣專用遠(yuǎn)程I/O測(cè)控單元。電動(dòng)機(jī)測(cè)控單元按工藝系統(tǒng)劃分，分散接入DCS控制站，熱力工藝系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)監(jiān)控信息在DCS控制層集中，工藝、輔機(jī)聯(lián)鎖邏輯由DPU完成，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控一體化。重要的跳閘、聯(lián)鎖信號(hào)采用硬接線聯(lián)接。

針對(duì)一些特殊的裝置。如廠用電、直流系統(tǒng)、UPS及其它專用裝置，在實(shí)際工程中采用通訊網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)橋接入MAXNET，以虛擬DPU軟件運(yùn)行通訊網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)橋的方式，實(shí)現(xiàn)信息共享，監(jiān)控一體化。另外，電氣監(jiān)控系統(tǒng)（自供）有獨(dú)立的監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理，設(shè)置后臺(tái)工作站，實(shí)現(xiàn)高級(jí)監(jiān)控管理（定值狀態(tài)分析、錄波、小電流選線等）等其他功能，采用電氣ECS系統(tǒng)，其主要邏輯功能為：

1輔機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制是非電量、電量綜合控制，控制對(duì)象是機(jī)組輔機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的電氣開關(guān)。其中，每個(gè)電氣開關(guān)設(shè)備電量控制由測(cè)控單元獨(dú)立、自主完成；而非電量控制則由DCS系統(tǒng)控制單元（DPU）完成，非電量數(shù)據(jù)檢測(cè)處理由DCS系統(tǒng)DPU的I/O卡件承擔(dān)，DPU的SCS功能完成輔機(jī)設(shè)備非電量手動(dòng)、順控啟停和保護(hù)聯(lián)鎖控制邏輯（設(shè)備間、子系統(tǒng)間等）運(yùn)算，通過(guò)串口卡→現(xiàn)場(chǎng)總線→測(cè)控單元→控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止，該部分控制功能由原DCS系統(tǒng)的SCS功能完成。

2電動(dòng)機(jī)測(cè)控單元分為：CSL216M、CSF102E、CSF102V三種類型，其模擬量有A相電流、C相電流、三相有功、有功電度，用于完成監(jiān)視功能，做報(bào)警、趨勢(shì)等;電流超額定要限制出力,(不包含啟動(dòng)電流,延時(shí)躲過(guò)啟動(dòng)電流)；開關(guān)量點(diǎn)的輸入信號(hào)為：事故音響、告警音響、保護(hù)動(dòng)作總、裝置故障、裝置告警、斷路器位置、彈簧未儲(chǔ)能、控制回路斷線、遠(yuǎn)方操作閉鎖、三跳失?。ū３郑?、控母斷線告警（保持）、過(guò)負(fù)荷告警（保持），開關(guān)量點(diǎn)的輸入用于信號(hào)功能為：事故音響是非DCS遙控指令的電氣跳閘，做報(bào)警顯示；告警音響表明沒(méi)有發(fā)生跳閘，但是情況非正常，用來(lái)做聲音報(bào)警；裝置告警也為報(bào)警顯示；三跳失?。ū３郑⒖啬笖嗑€告警（保持）、過(guò)負(fù)荷告警（保持）都做為報(bào)警顯示。開關(guān)量點(diǎn)的輸出信號(hào)：遙控合閘、遙控跳閘；遠(yuǎn)方操作閉鎖表明DCS可控還是就地可控，用來(lái)閉鎖DCS控制輸出；控母斷線告警（保持）表明控制回路失電要閉鎖DCS控制輸出；保護(hù)動(dòng)作總保持表明保護(hù)動(dòng)作要閉鎖DCS合閘控制輸出，直到運(yùn)行人員確認(rèn)復(fù)歸；彈簧未儲(chǔ)能閉鎖控制合的輸出，但不閉鎖分的輸出；裝置故障表明DCS不可控要閉鎖DCS的手動(dòng)輸出。

3電氣開關(guān)控制:電氣系統(tǒng)分為二部分：?jiǎn)卧獧C(jī)組電氣系統(tǒng)和公用電氣。電氣開關(guān)控制主要應(yīng)用DI、DO量。其開關(guān)量輸入信號(hào)有保護(hù)動(dòng)作總、彈簧未儲(chǔ)能、斷路器位置、控制回路斷線、遠(yuǎn)方閉鎖壓板、裝置故障總、開關(guān)拔出狀態(tài)或開關(guān)插入狀態(tài)等。開關(guān)量輸出信號(hào)：遠(yuǎn)方合閘、遠(yuǎn)方跳閘。

4發(fā)-變-線路單元組、廠用電系統(tǒng)設(shè)備控制是純電量控制，控制對(duì)象為機(jī)組發(fā)-變-線路組、廠用電系統(tǒng)母線及饋線的電氣開關(guān)。每個(gè)電氣開關(guān)設(shè)備的控制由測(cè)控單元獨(dú)立、自主完成，無(wú)設(shè)備間相關(guān)公用控制邏輯。現(xiàn)場(chǎng)總線、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)只用于電氣系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、狀態(tài)采集；中間計(jì)算量；手動(dòng)跳、合閘指令的傳送。

5母線工作邏輯判斷功能：各廠用6KV段工作判據(jù)為：相應(yīng)的母線工作電壓正常，并且進(jìn)線電源開關(guān)或備用進(jìn)線電源開關(guān)合閘有一臺(tái)在合位。

6斷路器聯(lián)鎖邏輯：按電氣操作控制要求，各變壓器高壓側(cè)開關(guān)跳閘連鎖跳低壓側(cè)開關(guān)，同理高壓側(cè)開關(guān)未合禁止合低壓側(cè)開關(guān)，以防止變壓器反擊。另外，母線工作狀態(tài)失去連鎖跳母線指定的出線開關(guān)（不包含備自投的情況），母線不在工作狀態(tài)禁止合出線開關(guān)。母線不在工作狀態(tài)禁止合出線開關(guān)MCC站的對(duì)應(yīng)380V母線出線開關(guān)跳閘連鎖跳MCC站的進(jìn)線開關(guān)，同理MCC站的對(duì)應(yīng)380V母線出線開關(guān)未合禁止合MCC站的進(jìn)線開關(guān)。另外，廠用電快切裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控、手動(dòng)切換直接 DCS實(shí)現(xiàn)，并判斷快切是否成功；機(jī)組同期控制邏及同期對(duì)象如電壓差、頻率差計(jì)算可由DCS系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)，計(jì)算值大于設(shè)定值將閉鎖DCS同期啟動(dòng)指令；也可由電氣同期裝置發(fā)出閉鎖并網(wǎng)指令，如機(jī)組同期并列后，DCS系統(tǒng)收到機(jī)組并網(wǎng)信號(hào)。則自動(dòng)控制機(jī)組帶初負(fù)荷運(yùn)行，防止機(jī)組的逆功率運(yùn)行。對(duì)順控送電控制，通過(guò)DCS邏輯判別，對(duì)滿足送電條件的按操作順序執(zhí)行，對(duì)不滿足條件的送電過(guò)程進(jìn)行閉所操作，達(dá)到防止電氣誤操作的目的。

宣威電廠六期工程2×300MW機(jī)組機(jī)電一體化控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)靜態(tài)情況下的各種模擬試驗(yàn)，工程項(xiàng)目實(shí)施之前，進(jìn)行了多次單一裝置、分系統(tǒng)調(diào)試及全系統(tǒng)的測(cè)試，測(cè)試試驗(yàn)內(nèi)容包括了監(jiān)控系統(tǒng)一體化通信實(shí)時(shí)性、可靠性（72小時(shí)監(jiān)控穩(wěn)定性）、通道冗余測(cè)試，主備服務(wù)器切換、故障模擬測(cè)試以及一些其它輔助功能的測(cè)試，相關(guān)的測(cè)試結(jié)果滿足工程實(shí)際監(jiān)控要求，達(dá)到火電廠監(jiān)控技術(shù)要求的性能指標(biāo)；測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了工程設(shè)計(jì)技術(shù)方案的可行性，整個(gè)一體化項(xiàng)目的成功應(yīng)用為后面的工程一體化控制技術(shù)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

[1]劉宇穗.火電機(jī)組控制系統(tǒng)的優(yōu)化配置.電力建設(shè).2002-03-30