摘 要：文章論述了包頭二電廠(chǎng)300MW工程采用了國(guó)電智深DCS控制系統(tǒng)，它兼有電氣系統(tǒng)的控制功能。該DCS由自動(dòng)控制系統(tǒng)、過(guò)程控制與信息系統(tǒng)、工程師站、診斷系統(tǒng)、歷史站組成，其在電氣系統(tǒng)的功能為電氣模擬、數(shù)字量的采集與處理、電氣開(kāi)關(guān)控制等。介紹了DCS控制電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：DCS；電氣系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；開(kāi)關(guān)控制

1 DCS電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1．1 DCS的組成

目前我國(guó)發(fā)電廠(chǎng)采用的分散控制系統(tǒng)（DCS）主要是新華和智深公司的產(chǎn)品，這兩家公司的DCS結(jié)構(gòu)和操作方式不盡相同，但功能一般由數(shù)據(jù)采集（DAS）、順序控制（SCS）、模擬量控制（MCS）、爐膛安全（FSSS）等系統(tǒng)組成，本文著重介紹與電氣系統(tǒng)密切相關(guān)的DAS和SCS。

1．2 DCS 電氣控制系統(tǒng)的功能

DAS貫穿整個(gè)DCS控制過(guò)程，用于采集和處理機(jī)組的測(cè)點(diǎn)信號(hào)和設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，提供機(jī)組運(yùn)行信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、制表、記錄和性能分析。DAS能及時(shí)反應(yīng)異常工況，用報(bào)警和圖象顏色及閃動(dòng)變化反應(yīng)故障信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全運(yùn)行。

SCS通常用于鍋爐、汽機(jī)及輔機(jī)系統(tǒng)的順序控制，在DCS中加入了發(fā)變組系統(tǒng)、廠(chǎng)用電系統(tǒng)的順序控制。SCS按結(jié)構(gòu)可分為機(jī)組級(jí)、功能組級(jí)、子功能組級(jí)。機(jī)組級(jí)順控包括對(duì)機(jī)組重要參數(shù)的監(jiān)視與自動(dòng)控制，它建立在功能組級(jí)順控基礎(chǔ)上；一個(gè)功能組是指某一工藝系統(tǒng)的所有輔機(jī)及相關(guān)設(shè)備的集合；另一個(gè)子功能組是指某個(gè)設(shè)備組（如1臺(tái)給水泵及其前置泵、液力耦合器等相關(guān)設(shè)備）。順控系統(tǒng)在啟動(dòng)和停止過(guò)程中一般在重要的節(jié)點(diǎn)設(shè)置斷點(diǎn)，在運(yùn)行人員確認(rèn)滿(mǎn)足條件后繼續(xù)執(zhí)行命令，而且每步指令發(fā)出后都有執(zhí)行情況的反饋信號(hào)，如果程序執(zhí)行有誤，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)并轉(zhuǎn)入安全運(yùn)行狀態(tài)。一般的順控程序都應(yīng)設(shè)置優(yōu)先等級(jí)，即聯(lián)鎖保護(hù)優(yōu)先于手動(dòng)操作，手動(dòng)操作優(yōu)先于自動(dòng)操作。

2 DCS在電氣系統(tǒng)的應(yīng)用

2．1 系統(tǒng)組成

智深DCS包括分布式處理單元（DPU）、操作員站（OPU）、歷史數(shù)據(jù)站（HSU）、工程師站（ENG）、計(jì)算站（CAC），各系統(tǒng)問(wèn)通過(guò)在工業(yè)控制領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)連接。

2．2 DCS 中電氣系統(tǒng)的布置與功能

2．2．1 電氣設(shè)備的布置

在DCS中電氣系統(tǒng)設(shè)備包括汽機(jī)電氣設(shè)備問(wèn)的端子柜、繼電器柜和控制柜。端子柜用于電氣量的采集和轉(zhuǎn)接擴(kuò)展；控制柜用于DPU中電氣SCS邏輯的實(shí)現(xiàn)和OPU遠(yuǎn)方操作指令的處理，在DPU中用于電氣開(kāi)關(guān)控制的模件主要有開(kāi)關(guān)量處理模件、變送器模擬量處理模件和開(kāi)關(guān)量耦合模件，部分電氣量采用有冗余的DPU模件，以提高重要開(kāi)關(guān)操作和運(yùn)行的安全性；繼電器柜用于開(kāi)關(guān)控制命令輸出，繼電器的接點(diǎn)輸出可以保證強(qiáng)、弱電完全隔離。電氣系統(tǒng)設(shè)備在DCS中的布置見(jiàn)圖1。

2．2．2 電氣設(shè)備的功能。

圖1中，發(fā)變組及廠(chǎng)用電系統(tǒng)在DCS中，完成發(fā)變組出口開(kāi)關(guān)控制，勵(lì)磁開(kāi)關(guān)控制和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）調(diào)節(jié)通道選擇及手動(dòng)調(diào)節(jié)，發(fā)變組出口開(kāi)關(guān)同期裝置投入與推出，高、低壓廠(chǎng)用配電裝置電源開(kāi)關(guān)控制，高壓廠(chǎng)用電源快切裝置手動(dòng)切換和裝置閉鎖及復(fù)歸，低壓廠(chǎng)用變壓器高、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)控制，高、低壓電動(dòng)機(jī)控制等。公用系統(tǒng)包括啟動(dòng)、備用變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)控制和有載調(diào)壓操作，高、低壓公用負(fù)荷（如循環(huán)水和輸煤變壓器）開(kāi)關(guān)控制380V公用段和照明段電源開(kāi)關(guān)控制等。二臺(tái)機(jī)組的DCS都可以控制公用系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)，這樣可以滿(mǎn)足一臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)不影響另一臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)行。二臺(tái)機(jī)組都運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)機(jī)組的DCS控制公用系統(tǒng)，另一臺(tái)機(jī)組的DCS進(jìn)行監(jiān)視，并可以互換。

獨(dú)立系統(tǒng)包括柴油發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)、AVR自動(dòng)調(diào)壓、發(fā)變組出口開(kāi)關(guān)同期裝置電壓頻率調(diào)節(jié)、整流柜及UPS狀態(tài)切換等。它們自動(dòng)完成各自的邏輯，在CAC中交換數(shù)據(jù)格式后通過(guò)總線(xiàn)與OPU聯(lián)接，用于DCS對(duì)這些系統(tǒng)遠(yuǎn)方監(jiān)視。

2．3 電氣數(shù)據(jù)的采集與顯示

2．3．1 電氣量的采集

發(fā)變組出口開(kāi)關(guān)的合跳狀態(tài)信號(hào)和非電量信號(hào)（如SF6泄漏、油泵故障）由升壓站斷路器控制箱送至DCS端子柜。高、低壓廠(chǎng)用配電裝置開(kāi)關(guān)的合跳狀態(tài)，保護(hù)動(dòng)作信號(hào)由各配電裝置的相應(yīng)間隔保護(hù)裝置發(fā)出至端子柜。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)的合跳狀態(tài)和AVR 裝置故障（如啟勵(lì)故障、整流橋熔斷器熔斷等）由AVR 柜送出，另外AVR 工作在自動(dòng)通道時(shí)，裝置所處的狀態(tài)信號(hào)也由AVR隨時(shí)送至DCS。

主變和高廠(chǎng)變溫度、瓦斯等非電量信號(hào)和通風(fēng)控制系統(tǒng)信號(hào)由變壓器本體送至端子柜，啟備變有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)位置信號(hào)和啟備變非電量信號(hào)由啟備變本體送至端子柜。低廠(chǎng)變（干式變壓器）溫度數(shù)據(jù)由低廠(chǎng)變溫控器送出。

發(fā)電機(jī)、主變、高廠(chǎng)變保護(hù)裝置發(fā)出的發(fā)變組系統(tǒng)故障信號(hào)由汽機(jī)電子設(shè)備間的發(fā)變組保護(hù)柜送到端子柜。啟備變保護(hù)裝置發(fā)出的啟備變故障信號(hào)由汽機(jī)電子設(shè)備間的啟備變保護(hù)柜送出。

發(fā)變組出口開(kāi)關(guān)同期裝置的狀態(tài)信號(hào)（同期合閘、裝置失電或故障等）由同期裝置屏送到端子柜高壓廠(chǎng)用電源快切裝置狀態(tài)信號(hào)（切換完畢、裝置故障等）由廠(chǎng)用快切裝置屏送出。發(fā)變組故障錄波器的裝置自身故障信號(hào)（如裝置異?；蜓b置失電等）由錄波器送出。直流系統(tǒng)的整流柜運(yùn)行狀態(tài)、蓄電池狀況、直流母線(xiàn)故障信號(hào)和各負(fù)荷開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)由直流配電裝置送到端子柜。UPS系統(tǒng)的UPS機(jī)柜故障、逆變器運(yùn)行等信號(hào)和各負(fù)荷開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)由UPS機(jī)柜送到端子柜。

發(fā)電機(jī)模擬量數(shù)據(jù)如定子電流、電壓、頻率、功率和主變高壓側(cè)模擬量數(shù)據(jù)經(jīng)變送器送至端-y：柜高、低壓廠(chǎng)用配電裝置，直流，UPS的母線(xiàn)電壓、電流數(shù)據(jù)從各配電裝置經(jīng)變送器至DCS。高、低壓電動(dòng)機(jī)電流，有功功率（電度）分別由電動(dòng)機(jī)電源開(kāi)關(guān)柜（6kV配電裝置、380V動(dòng)力中心PC和電動(dòng)機(jī)控制中心MCC）經(jīng)變送器送出。

2．3．2 電氣量的顯示和控制

所有電氣模擬量（電流、電壓、功率、變壓器溫度等）和開(kāi)關(guān)位置信號(hào)以及模擬量的設(shè)定值都通過(guò)DPU經(jīng)總線(xiàn)系統(tǒng)送至OPU的監(jiān)視器或大屏幕顯示。監(jiān)視器和大屏幕上的被控量通過(guò)顏色變化表示開(kāi)關(guān)狀態(tài)的改變以及模擬量是否超限，開(kāi)關(guān)故障時(shí)故障信號(hào)接人OPU并打開(kāi)二級(jí)窗口顯示故障的詳細(xì)內(nèi)容。模擬量還可以用棒狀圖的形式顯示，而且當(dāng)前值和設(shè)定值用不同的顏色表示，以增加直觀(guān)性。采集的電氣模擬量可以在OPU內(nèi)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析并繪制曲線(xiàn)打印輸出。所有電氣開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)方操作指令都是從0PU的大屏幕或監(jiān)視器輸出的，指令首先輸出至DPU，由DPU的模件確認(rèn)開(kāi)關(guān)操作的其他條件是否滿(mǎn)足，如果滿(mǎn)足則把指令送給繼電器柜，用串聯(lián)到電氣開(kāi)關(guān)控制回路中的繼電器動(dòng)作接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)方合跳。

2．4 電氣開(kāi)關(guān)控制邏輯

DCS在發(fā)變組系統(tǒng)出口斷路器和高、低壓廠(chǎng)用配電裝置電源斷路器控制中主要用于替代傳統(tǒng)的遠(yuǎn)方手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)方合跳的各項(xiàng)條件判斷通過(guò)程序在DCS中實(shí)現(xiàn)。

2．4．1 順序控制

在電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)控制中，DCS除替代遠(yuǎn)方操作按鈕外，更重要的是實(shí)現(xiàn)了SCS順序控制。汽機(jī)和鍋爐電動(dòng)機(jī)屬于SCS 功能組或子功能組，其控制分為SCS軟操作和就地按鈕操作二種方式，其中軟操作又可分為SCS程控操作和監(jiān)視器手動(dòng)操作。電動(dòng)機(jī)控制及其聯(lián)鎖邏輯包括在SCS功能組中，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)，不設(shè)置傳統(tǒng)用于完成電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖的邏輯柜（繼電器柜）。

2．4．2 斷路器的DCS控制邏輯

圖2，3是發(fā)變組出口斷路器的DCS控制邏輯。

由圖2，3可以看出，斷路器遠(yuǎn)方控制分為手動(dòng)和程控2種方式，手動(dòng)控制相當(dāng)于傳統(tǒng)遠(yuǎn)方控制開(kāi)關(guān)的功能。

在合閘邏輯中加入了傳統(tǒng)硬接線(xiàn)完成的遠(yuǎn)方控制、開(kāi)關(guān)斷開(kāi)位置、勵(lì)磁開(kāi)關(guān)合閘位置和網(wǎng)控計(jì)算機(jī)送來(lái)的微機(jī)五防等合閘條件。合閘程序在判斷斷路器位置時(shí)，采用了分別把斷路器常開(kāi)和常閉接點(diǎn)送人程序，再經(jīng)非門(mén)和與門(mén)判斷加以確認(rèn)的方法提供真實(shí)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，防止誤判。

發(fā)電機(jī)啟動(dòng)邏輯中與電氣相關(guān)的內(nèi)容主要有：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2900r／min一合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)一投ASS一投ASS一調(diào)AVR、DEH一合斷路器；發(fā)電機(jī)停機(jī)邏輯中與電氣相關(guān)的內(nèi)容主要有：廠(chǎng)用電源快速切換一調(diào)DEH一跳斷路器一調(diào)AVR一跳勵(lì)磁開(kāi)關(guān)。因?yàn)榘l(fā)變組出口斷路器合跳屬于發(fā)電機(jī)程控啟、停機(jī)的一部分，斷路器程控控制時(shí)，除原有電氣條件外還增加了發(fā)電機(jī)程控啟、停機(jī)的條件。在程控跳閘邏輯中用程序的方式加入了遠(yuǎn)方控制、廠(chǎng)用切換成功（母線(xiàn)電壓合格、工作備用開(kāi)關(guān)位置正確）、發(fā)電機(jī)功率降為0的跳閘條件。

2．4．3 電氣開(kāi)關(guān)控制邏輯 　　電氣開(kāi)關(guān)控制邏輯并非全部由DCS實(shí)現(xiàn)，圖4、5是幾個(gè)電氣開(kāi)關(guān)控制的原理圖。

圖4是發(fā)變組出口斷路器遠(yuǎn)方合閘原理圖。回路中加入了由硬接線(xiàn)實(shí)現(xiàn)的同期合閘接點(diǎn)ASS K1，發(fā)電機(jī)程控啟動(dòng)時(shí)，首先投入同期裝置，同期裝置條件滿(mǎn)足后K1閉合，然后由程序控制DCS合閘接點(diǎn)接通，斷路器合閘。

圖5是6kV配電裝置工作電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘原理圖。圖中的就地跳閘按鈕接點(diǎn)、快切跳閘接點(diǎn)以及保護(hù)跳閘接點(diǎn)都是由硬接線(xiàn)實(shí)現(xiàn)的。另外如低廠(chǎng)變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘需連跳低壓側(cè)開(kāi)關(guān)，380V保安段備用進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)在檢測(cè)到保安段失電和備用電源出口開(kāi)關(guān)閉合信號(hào)后，可以自動(dòng)合閘，都由電氣硬接線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。

2．5 電氣后備監(jiān)控設(shè)備的布置

集控BTG 盤(pán)上只保留少數(shù)電氣表計(jì)作為后備監(jiān)視設(shè)備，它們是發(fā)電機(jī)定子線(xiàn)電壓表、定子相電流表、發(fā)電機(jī)有功功率表、發(fā)電機(jī)無(wú)功功率表、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流表、6kV 母線(xiàn)電壓表、啟／備變電源電壓表。這些表計(jì)的信號(hào)來(lái)源于發(fā)變組和廠(chǎng)用系統(tǒng)的變送器，不需要經(jīng)過(guò)DCS處理。

BTG盤(pán)上保留主要的電氣報(bào)警光字，光字閃光和音響信號(hào)由DCS閃光報(bào)警器實(shí)現(xiàn)，如果電氣系統(tǒng)能送出兩對(duì)故障接點(diǎn)，則一對(duì)送至DPU端子柜，另一對(duì)送至報(bào)警器，否則由DPU的開(kāi)關(guān)量耦合模件經(jīng)端子柜擴(kuò)展轉(zhuǎn)送至閃光報(bào)警器。

CRT操作臺(tái)上只有少數(shù)電氣后備控制按鈕，它們是發(fā)變組出口開(kāi)關(guān)緊急跳閘按鈕、勵(lì)磁開(kāi)關(guān)緊急跳閘按鈕、備用電源緊急啟動(dòng)按鈕、交直流潤(rùn)滑油泵緊急啟動(dòng)按鈕。

3 DCS控制電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)

DCS控制的廠(chǎng)用電源系統(tǒng)不設(shè)獨(dú)立的硬手操按鈕。因此在廠(chǎng)用電源系統(tǒng)受電前，DCS 系統(tǒng)中與受電有關(guān)的設(shè)備安裝、調(diào)試及投運(yùn)必須完成。同樣，受電后DCS安裝調(diào)試進(jìn)度還要滿(mǎn)足各工藝系統(tǒng)逐漸開(kāi)始的分部試運(yùn)要求。在包頭第二熱電廠(chǎng)1號(hào)機(jī)組試運(yùn)中，因?yàn)橐恍┕に囅到y(tǒng)的DCS調(diào)試速度較慢，部分高壓電動(dòng)機(jī)空載試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不得不在高壓開(kāi)關(guān)柜外設(shè)置臨時(shí)啟、停按鈕，即相當(dāng)于遠(yuǎn)方操作，影響了試運(yùn)進(jìn)度。

DCS在電氣系統(tǒng)中發(fā)揮的作用是明顯的。例如，用監(jiān)視器鼠標(biāo)操作斷路器可以避免由于控制開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)或接點(diǎn)損壞造成的開(kāi)關(guān)拒動(dòng)或誤動(dòng)；在重要操作前，OM給運(yùn)行人員的文字提示可以有效防止開(kāi)關(guān)誤操作；用SCS程序?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖，可防止某個(gè)繼電器故障對(duì)系統(tǒng)造成的不良影響，并滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)快速反應(yīng)的要求。

對(duì)于電氣故障，如開(kāi)關(guān)異常變位或模擬量超限等，都可以在監(jiān)視器或大屏幕上報(bào)警。同時(shí)，將電氣重要開(kāi)關(guān)的保護(hù)動(dòng)作情況送入SoE（按動(dòng)作順序的事件追憶系統(tǒng)），可以在故障發(fā)生以后打印，即以s為單位，記錄跳閘前后10min 內(nèi)模擬量和開(kāi)關(guān)量的變化，便于對(duì)故障原因進(jìn)行分析。

總之，從發(fā)展趨勢(shì)看，以前相對(duì)獨(dú)立的電氣控制回路將逐步被DCS程序取代。