火电厂电气控制与DCS系统
2022-06-09
摘要：近年来，集散控制系统(DCS)已经在各类火电厂中得到了广泛的应用，截止到目前为止，已经取得了良好的应用效果。但是在各种主观与客观因素的影响之下，火电厂电气控制系统依然使用独立的电控系统或者控制模式，并未将DCS系统全面的应用至其中，这就直接影响着系统之间的协调性以及火电厂运行的经济效益。本文主要分析火电厂电气系统使用DCS系统的必要性以及应用过程的注意事项。
关键词：DCS应用；电气系统；控制方式
引言
从20世纪80 年代末开始，我国新建的火电机组开始全面采用集散控制系统(DCS)，目前，部分火电厂只是进行机组热动部分的改造，有些火电厂只是将辅机开关量控制的小部分功能纳入DCS 系统，还有些火电厂将发电机、变压器等主机部分的一些开关闸盒控制交由DCS 系统完成，但是很多火电企业正在积极尝试与探索，试图以通讯手段将部分和全部硬接线信号予以替代并纳入DCS控制，从而实现降本增效。
一、火电厂电气系统使用DCS系统的必要性
目前，火电厂电气专业自动化技术已得到了大范围的推广，在电气专业的管理方面也积累了十分丰富的经验。实际上，电力专业水平的提升主要取决于计算机技术与网络技术的发展，但是从设计与管理层面而言，火电厂电气专业一直是一种独立的系统，这就导致火电厂电气专业在计算机技术以及网络技术的应用中出现了一些滞后性。
近年来，随着工业控制自动化及微电子技术的不断发展和应用，国内的专家学者也在电气设备自动化领域寻求新的突破，为DCS系统在火电厂电气专业中的应用奠定了良好的发展基础。DCS系统有着良好的可靠性，能够规避由于按钮、硬接线等引致的故障，也避免了大量操作终端的应用。
二、电气系统控制的特点
（一）电气系统参数测量的本质可归结在对电压、电流信号的测量和作用，其它如功率、电度、相位、电抗等参数都属于电流、电压的二次参数。PT、CT 以及相应的电量变送器为测量的手段，状态测量只有开关的辅助接点，开关、断路器、接触器是电气控制对象，但电磁线圈是对控制系统的输出直接动作的。从输入、输出看比较简单，但是在交流回路中，交叉的结果就对控制装置提出了更高的抗干扰要求。
（二）异常状态的发展速度和电气参量的变化速度是ms 级，保护、连锁系统输出动作、逻辑运算也必须是ms 级的。因此，对自动化装置本身电气控制的运算处理速度、信号采集要求也很高。如果这些功能要让DCS 完成，则必须加快过程控制站的处理速度，否则处理容量和能力降低，必将影响到其他功能的正常实现或者导致硬件增加。
（三）运行过程中过程参数的调节也很少，电气系统操作量极少，除励磁电压外几乎没有可调节的量，大都是由保护装置自动处理运行过程的异常状态。电气系统的正常操作是对电气运行方式的切换、局部系统和装置的切投。这类操作速度响应要求不高，操作的频率也比较低，但是对操作的准确性要求高。
三、电气监控系统加入DCS 控制
（一）网络结构
DCS 系统在环网的基础上采用双网冗余结构，又加了一道保险，形成冗余容错网；遵循节点间点对点通信在网络节点的分布上，相对独立的原则；在远程控制器之间采用光纤作为传输介质为建立通信创造了条件；以太网交换机对各端口的数据具有根据网络数据的地址进行分流的功能，存在着冗余DPU 之间点对点的实时数据拷贝和跟踪，通过在同一交换机上将相关的冗余DPU 连接，在本地的交换机上各个冗余DPU 之间的点对点数据传输直接转发，减轻了主干网的网络负荷。由此而言，DCS系统具有较为可靠、安全的网络构架。
（二）DCS 控制实现形式
目前，DCS 监控大容量机组的电气系统的主要方式有：（1）发电机自动准同期装置ASS、发电机励磁调节器AVR，发电机—变压器组继电保护装置、有载调压控制装置、故障录波装置的功能靠自身装置实现，DCS 仅实现其装置的投、退。（2）通过DCS 软硬件，对厂用电系统控制、厂用电自动切换、电动机的启、停；电气断路器的分、合闸等功能达到了集散控制；操作员发出的操作命令的逻辑实现条件和合法性逻辑检查等。（3）模拟量和进入DCS 控制系统的部分，通过电量变送器送至DCS 系统。
（三）DCS 控制的功能实现
电气监控系统按控制功能包括：厂用电部分、发变组功能、电气公用部分。（1）厂用电部分包括：低压厂用电系统、高压厂用电切换系统。高、低压厂用电切换系统可以采用独立的切换装置，既可事故切换，也可正常切换。（2）发—变组功能包括：发电机励磁系统、机组自启停控制、自动准同期。（3）电气公用部分包括：厂区照明用电系统、应急供电系统。
四、需要注意的若干问题
（一）装置时钟配合问题
对于DCS 在电气控制系统中的应用，可以实现对整个系统的控制，在实际的运行中是和各个独立的微处理机共同完成的，而在每个独立的装置中都有其自身的时钟。按照系统设计惯例，DCS有其独立的时钟装置，为各个DPU站、操作员站、历史站统一授时。电气控制系统同样有自己的时钟装置，为RTU、信号采集装置、保护装置统一授时。
（二）电气控制功能的分配
随着DCS系统的不断发展和完善，无论是硬件构架、还是组态管理软件，无论是进口DCS还是国产自主品牌的DCS，在对机组整个控制功能的分布和管理，越来越体现出功能集中、风险分散的优势。在实际的运行操作中，由于系统的控制逻辑以及各种参数的设置都是经过了事先科学的计算以及各种调试而得来的，并且一旦系统的运行模式形成后，在很长时间内都不会再改变。
结束语
总而言之，DCS 控制技术有助于实现机电一体化协调控制的要求，针对在实际应用中出现的问题，ECS 厂家、DCS 厂家、 电厂与设计院应该密切配合，对系统进行合理规划，正确实施，相信在不久的将来，全通信方式将会得到电气用户的广泛应用。
参考文献：
[1] 刘东辉，陈德智，孙晓云等.一种基于小波变换的除噪方法[J].仪器仪表学报，2000，21(6):636-637.
[2] 曹昌鸿、徐丽.火电厂电气监控系统在DCS 控制的应用[J]，中国仪器仪表，2009（8）：76-78
关键词：DCS应用；电气系统；控制方式
引言
从20世纪80 年代末开始，我国新建的火电机组开始全面采用集散控制系统(DCS)，目前，部分火电厂只是进行机组热动部分的改造，有些火电厂只是将辅机开关量控制的小部分功能纳入DCS 系统，还有些火电厂将发电机、变压器等主机部分的一些开关闸盒控制交由DCS 系统完成，但是很多火电企业正在积极尝试与探索，试图以通讯手段将部分和全部硬接线信号予以替代并纳入DCS控制，从而实现降本增效。
一、火电厂电气系统使用DCS系统的必要性
目前，火电厂电气专业自动化技术已得到了大范围的推广，在电气专业的管理方面也积累了十分丰富的经验。实际上，电力专业水平的提升主要取决于计算机技术与网络技术的发展，但是从设计与管理层面而言，火电厂电气专业一直是一种独立的系统，这就导致火电厂电气专业在计算机技术以及网络技术的应用中出现了一些滞后性。
近年来，随着工业控制自动化及微电子技术的不断发展和应用，国内的专家学者也在电气设备自动化领域寻求新的突破，为DCS系统在火电厂电气专业中的应用奠定了良好的发展基础。DCS系统有着良好的可靠性，能够规避由于按钮、硬接线等引致的故障，也避免了大量操作终端的应用。
二、电气系统控制的特点
（一）电气系统参数测量的本质可归结在对电压、电流信号的测量和作用，其它如功率、电度、相位、电抗等参数都属于电流、电压的二次参数。PT、CT 以及相应的电量变送器为测量的手段，状态测量只有开关的辅助接点，开关、断路器、接触器是电气控制对象，但电磁线圈是对控制系统的输出直接动作的。从输入、输出看比较简单，但是在交流回路中，交叉的结果就对控制装置提出了更高的抗干扰要求。
（二）异常状态的发展速度和电气参量的变化速度是ms 级，保护、连锁系统输出动作、逻辑运算也必须是ms 级的。因此，对自动化装置本身电气控制的运算处理速度、信号采集要求也很高。如果这些功能要让DCS 完成，则必须加快过程控制站的处理速度，否则处理容量和能力降低，必将影响到其他功能的正常实现或者导致硬件增加。
（三）运行过程中过程参数的调节也很少，电气系统操作量极少，除励磁电压外几乎没有可调节的量，大都是由保护装置自动处理运行过程的异常状态。电气系统的正常操作是对电气运行方式的切换、局部系统和装置的切投。这类操作速度响应要求不高，操作的频率也比较低，但是对操作的准确性要求高。
三、电气监控系统加入DCS 控制
（一）网络结构
DCS 系统在环网的基础上采用双网冗余结构，又加了一道保险，形成冗余容错网；遵循节点间点对点通信在网络节点的分布上，相对独立的原则；在远程控制器之间采用光纤作为传输介质为建立通信创造了条件；以太网交换机对各端口的数据具有根据网络数据的地址进行分流的功能，存在着冗余DPU 之间点对点的实时数据拷贝和跟踪，通过在同一交换机上将相关的冗余DPU 连接，在本地的交换机上各个冗余DPU 之间的点对点数据传输直接转发，减轻了主干网的网络负荷。由此而言，DCS系统具有较为可靠、安全的网络构架。
（二）DCS 控制实现形式
目前，DCS 监控大容量机组的电气系统的主要方式有：（1）发电机自动准同期装置ASS、发电机励磁调节器AVR，发电机—变压器组继电保护装置、有载调压控制装置、故障录波装置的功能靠自身装置实现，DCS 仅实现其装置的投、退。（2）通过DCS 软硬件，对厂用电系统控制、厂用电自动切换、电动机的启、停；电气断路器的分、合闸等功能达到了集散控制；操作员发出的操作命令的逻辑实现条件和合法性逻辑检查等。（3）模拟量和进入DCS 控制系统的部分，通过电量变送器送至DCS 系统。
（三）DCS 控制的功能实现
电气监控系统按控制功能包括：厂用电部分、发变组功能、电气公用部分。（1）厂用电部分包括：低压厂用电系统、高压厂用电切换系统。高、低压厂用电切换系统可以采用独立的切换装置，既可事故切换，也可正常切换。（2）发—变组功能包括：发电机励磁系统、机组自启停控制、自动准同期。（3）电气公用部分包括：厂区照明用电系统、应急供电系统。
四、需要注意的若干问题
（一）装置时钟配合问题
对于DCS 在电气控制系统中的应用，可以实现对整个系统的控制，在实际的运行中是和各个独立的微处理机共同完成的，而在每个独立的装置中都有其自身的时钟。按照系统设计惯例，DCS有其独立的时钟装置，为各个DPU站、操作员站、历史站统一授时。电气控制系统同样有自己的时钟装置，为RTU、信号采集装置、保护装置统一授时。
（二）电气控制功能的分配
随着DCS系统的不断发展和完善，无论是硬件构架、还是组态管理软件，无论是进口DCS还是国产自主品牌的DCS，在对机组整个控制功能的分布和管理，越来越体现出功能集中、风险分散的优势。在实际的运行操作中，由于系统的控制逻辑以及各种参数的设置都是经过了事先科学的计算以及各种调试而得来的，并且一旦系统的运行模式形成后，在很长时间内都不会再改变。
结束语
总而言之，DCS 控制技术有助于实现机电一体化协调控制的要求，针对在实际应用中出现的问题，ECS 厂家、DCS 厂家、 电厂与设计院应该密切配合，对系统进行合理规划，正确实施，相信在不久的将来，全通信方式将会得到电气用户的广泛应用。
参考文献：
[1] 刘东辉，陈德智，孙晓云等.一种基于小波变换的除噪方法[J].仪器仪表学报，2000，21(6):636-637.
[2] 曹昌鸿、徐丽.火电厂电气监控系统在DCS 控制的应用[J]，中国仪器仪表，2009（8）：76-78