摘  要：本文介绍了电厂电气系统控制系统（ECS）的范围，结合工程实际的应用情况分析了ECS在电厂分散控制系统（DCS）中的控制特点、功能和要求，并就ECS在电厂DCS中应用的实现方式及其相应的硬件配置、软件功能等问题进行了有益的探讨，为以后同类工程提供借鉴。

    关键词：ECS；DCS；应用

    Abstract：This paper introduces the application domain of the power plant’s electrical controls system（ECS），analyses their characteristic，function and demand of the distributed controls system（DCS）applied in the power plant by the practical application.The realization manner，hardware configurations，and software functions of ECS’s applications in the DCS of power plant are discussed，which is helpful for the similar projects in the future.

    Key words：ECS；DCS；Application

 

    随着电厂中发电机组向大容量、高参数以及多单元发展，特别是以计算机及网络技术为基础的分散控制系统（DCS）技术不断提高及其在国内各类电厂广泛应用之后，实现炉、机、电集中管理，使电厂主控室炉、机、电控制水平协调发展，提高全厂的自动化水平的需要越来越迫切。目前主流DCS基本都可以实现数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）、锅炉安全保护（FSSS）、燃烧器管理（BMS）、汽机紧急保护跳闸（ETS）、电液调节（DEH）等系统的控制、调节功能。而电厂中另一主要控制系统――电气控制系统（ECS）仍然采用较常规的控制手段：使用独立的电气保护配套的监控系统，配备专门的配电人员监控，同时负责动力变压器；设置单独的操作盘/台，通过一对一硬手操方式，由锅炉或汽机操作人员完成工艺过程中的电气控制。炉、机控制与电气控制日益显得不协调，也越来越不能满足工艺上数据共享的要求。为了解决这一矛盾，有效的办法就是将ECS纳入DCS之中，这样既利用DCS已成熟的分散控制技术，提供相关工艺参数的全厂显示，并且能将DCS中的报警与ECS的设备控制调节有机地结合起来，通过DCS强大的逻辑运算能力使电气防误操作、备自投等功能实现更方便、更完备，有效提高整个ECS的安全性和可靠性。同时还可以起到省投资、省人力、省主控制室面积，便于集控值班运行的作用。

    广东韶关钢铁集团有限公司热电厂第二热电站共3台220t/h CFB锅炉、2台220t/h高炉煤气锅炉、2台60MW汽轮发电机组、1台37MW汽动鼓风机组和2台43MW汽动鼓风机组。配套1座35kV区域变电站其中包括2台升压变和2台配电变，2台升压变和2台发电机组组成发变组。ECS监控的范围包括35kV区域变电站内设备、2套发变组以及5台锅炉和2台汽轮机的高低压电气辅机设备等。本文根据工程中具体实施过程，就ECS在电厂DCS中应用的有关问题进行分析和探讨。

    根据火电厂的工艺运行以及电气控制的要求，工程中主要有以下电气设备被纳入DCS中ECS的监控范围：

    ①发电机（包括发电机并网开关柜、发电机本体及其冷却系统等）；

    ②变压器（包括与发电机组成发变组的变压器、厂用动力变压器等）；

    ③高、低电动机（包括锅炉和汽机高、低压电机本体，电机线圈及轴承温度等）；

    ④高、低压厂用电源系统（包括厂用高、低压电源进线柜、母联柜和电源馈线柜等）；

    ⑤直流系统和UPS系统（仅监测）；

    ⑥继电保护装置的报文信息（仅监视）。

    按照该厂的规定，其中高、低压电动机的启停操作和电机运行状态、电机电流、线圈及轴承温度等的监视由锅炉或汽机相关操作人员负责，其它部分的操作及监视由电气值班员负责。

    电气系统与炉、机系统相比在控制要求及运行过程中有着很多不同点，它的主要特点表现为：

    ①电气设备相对炉、机设备而言控制对象少，操作频率低，但其控制的准确性、可靠性要求更高。传统电气系统的控制操作都需要经过严格的程序：接令－操作员操作－监护人员确认－操作指令发出，由此确保操作的准确性和可靠性。而一般DCS程序中无此确认程序，因此，ECS纳入DCS中后，需要增加专门的监护员的确认程序。

    ②电气设备的保护动作和调节要求可靠性更高，动作速度更快。如电气保护动作速度要求在40ms以内；同期和励磁操作时，转速、电压和滑压等的调节控制要求在5ms以内，同步鉴定相位差5°～20°；高压厂用电快切装置快速切换时间一般小于60～80ms。因此，不能通过DCS中的ECS实现上述的电气保护、调节功能，仍采用专门的继电保护装置、励磁调节装置、自动准同期装置、高压厂用电快切装置等。但本工程中低压设备大都有低电压延时保护或取消了低压脱扣，因此在ECS中实现了低压电快切功能。投运至今已经4年，所有动作可靠。

    ③厂用电受电工期一般比DCS投入时间要早1个月以上，而且ECS一经投入基本不能停运，也不允许因为炉、机的DCS的组态、调试工作影响ECS。根据一般电厂施工经验，在厂用电受电时，DCS一般尚未投运。若要将ECS纳入DCS中统一控制，必须采用先进的多域系统DCS，它可以实现单个域的相对独立，又能实现各域的数据共享；各域可以单独组态下装，互不影响；在操作员站上，可以通过切换域方式，查看与操作其它域的设备和数据；也可以在同一画面中显示和操作不同域中的设备和数据。将ECS单列为一个域，在工程前期把ECS那个域的逻辑程序与监控画面先行组态、调试完成，就可以解决ECS要比整个DCS早投运的矛盾。

    ④继电保护装置的报文信息实时性和准确性要求高。因为110kV系统以下的供电系统中一般不配置录波装置，所以故障及事故状态下继电保护装置的报文信息实时性和准确性就关系到非常重要了。在本工程中，所有保护动作信息都通过SOE模块（比一般的DI模块采样频率更高）接入到ECS中，确保继电保护装置的报文信息实时性和准确性。

    ①开关控制。电气设备的正常起、停和其它运行操作等，都可以通过D0模块及其输出继电器触点，并入其就地控制柜内的分、合闸回路，实现分、合闸控制。

    ②位置监视。根据开关辅助触点返回状态量DI点，通过CRT上开关的不同的颜色，显示开关的分闸、合闸，远方、就地等状态。部分重要信号，还可同时接入就地监控屏上的闪光报警器。

    ③调节控制。对变频器等设备的调节可以通过AO模块输出4～20mA电流信号直接调节变频器频率输出，轻松实现电气设备的调节功能。

    ④数据监视。电流、电压、频率、有功、无功、温度等参数通过变送器转换成4～20mA的AI点形式送入DCS，进行数据的采集、显示、参与顺控、低压电源自投、联锁启动、闭锁合闸等。

    ⑤报文、曲线监视。开关变位、操作记录、控制回路监视等报警信息，保护动作信息和电流、电压、温度等参数的曲线记录可以很方便的通过DCS的中间变量进行组态、显示；而且通过DCS强大逻辑运算能力可以将AI量进行比较显示状态告警或事故停机，还可以参与联锁，实现快切甚至五防等功能。这些功能的实现都非常的方便，满足甚至超过一般火电厂内电气控制规程要求。同时，由于ECS纳入DCS，工艺设备和电气设备处于同一个时钟系统下，所有的操作记录、SOE信号、事故时相关参数曲线等不再有时间差，对事故的分析非常有利。

    一般DCS的设计人员、安装人员和维护人员都是由热工专业的人完成，因此ECS在DCS中应用时，就要特别注意ECS与一般DCS的不同点。

    （1）因为ECS纳入DCS后，控制系统的输出点与AC220V、AC380V电压等级的设备、回路接触的机会就大大的增加。若AC220V、AC380V电压串入DCS系统中，就会可能烧坏大批弱电设备。因此需要设计人员在设计中充分考虑到强、若电的隔离问题。同样的，在施工过程中，施工人员也要注意这个问题，避免烧坏设备。

    （2）DCS控制软件在用户权限、权限分级可以做得很细致、到位，但是在操作监护上缺乏足够的认识，需要在设计联络会上明确提出：要求DCS厂家必须具备ECS操作时所必须的由监护人员确认的程序。

    （3）目前主流DCS控制程序的扫描周期在100～200ms左右，达不到电气保护动作、高压厂用电快切、同期和励磁调节的要求，所以ECS纳入DCS控制后，必须保留继电保护装置、高压厂用电快切装置、励磁调节装置和自动准同期装置等，确保这些功能的准确性、可靠性和灵敏性。

    （4）由于DCS设备安装、调试等工作在工期上一般要晚于厂用电送电，所以ECS纳入DCS控制后，在厂用电设备安装调试的同时开展了DCS中ECS部分的安装调试，使其投运在厂用电受电之前。另外，还需要注意DCS的机柜室、操作室的土建工程也必须同步或提前完成。

    （5）继电保护装置的报文信息量非常大，而且实时性和准确性要求高。因此对保护动作报文信息最好通过SOE模块接入DCS中；对于其它数据信息和报文信息最好通过通讯的方式接入DCS中，因为若所有信息都通过硬接线接入DCS中不但需要大量的DI模块，也需要继电保护装置本身增加大量的开关点输出板。这样既可以满足继电保护装置的报文信息实时性和准确性的要求，也可以降低工程投资。


                                                                ——转自《自动化博览》