某发电厂DCS改造中电气系统方案设计

２００６年第２１卷第４期　电力　学报　Ｖｏ１．２１　Ｎｏ．４　２００６　（总第７７期）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　（Ｓｕｍ．７７）　文章编号：１００５—６５４８（２００６）０４—０５００—０４　某发电厂ＤＣＳ改造中电气系统方案设计　谢鹏　（山西漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司，山西长治０４６０２１）　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ａ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ　Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＤＣＳ　ＸＩＥ　Ｐｅｎｇ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｚｈａｎｇｚｈｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｔｄ．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｂｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｉ　０４６０２１，Ｃｈｉｎａ）　摘要：　发电厂电气保护、控制、信号回路如何在　度，而且非常安全可靠。由于ＤＣＳ控制系统最初是　机组的技术改造中与ＤＣＳ系统完美结合、扬长避　应用于机炉的控制系统，对电气系统的一些特殊要　短，既充分发挥ＤＣＳ系统可靠、组态方便的优点，又　求并没有考虑，因而，电气系统的改造若要融人　保持传统电气系统响应快速的长处，是机组ＤＣＳ改　ＤＣＳ系统，在方案设计上要考虑电气系统的一些特　造中电气系统方案设计的出发点。结合漳泽发电　殊要求。本文结合山西漳泽电力股份有限公司漳　分公司电气二次回路在ＤＣＳ改造工作中的设计方　泽发电分公司２１０　ＭＷ机组ＤＣＳ系统改造工作，从　案，从技术与应用的层面阐明了设计思路。　技术和应用等多个层面介绍了该厂的电气系统改　关键词：　火电厂：电气系统；ＤｅＳ　造工作是如何与ＤＣＳ改造相结合的。　中图分类号：　２１．７　１　文献标识码：Ｂ　１　ＤｃＳ系统的组成　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｓｔａｒｔ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｒｅｎｏｖａｔ—　ＤＣＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）系统即分散　ｉｎｇ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ－ｕｎｉｔ’Ｓ　ＤＣＳ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ａ　ｐｅｒｆｅｃｔ　控制系统，是基于“４Ｃ”技术（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，Ｃｏｎｔｒｏｌ，　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓ，ｃｏｎｔｒｏｌｓ，ｓｉｎｇｎａｌ　ｏＣｍｍｕｎｉａｃｔｉｏｎ，ＣＩ汀）的７Ｏ年代中期出现的新型工　ｒｅｔｕｒｎ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ａｎｄ　ＤＣＳ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｎｏｖａｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　业控制系统，采用分布式计算机系统结构，目的是　ａｎｄ　ｈｏｎ　ｔｏ　ｇｉｖｅ　ｆｕｌｌ　ｐｌａｙ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ＤＣＳ’Ｓ　为了减少风险，提高系统可靠性。其基本思路是：　ｅｒｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙ　ｉｎ　ｍａｋｉｇｎ　ｕｐ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｈｏｗ　将整个控制系统按照区域、功能和回路做适当的分　ｔｏ　ｍａｉｎｔａｉｎ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｌｏｎｇ　ｐｏｉｎｔｏ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ－　解，再通过总线或通讯网络将它们连接为有机整　ｑｕｉｅｋ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｓｅ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｏｆ　ｄｅ—　体。这样，局部性故障不会影响整体的安全运行，　ｓｉｇｎｉｇｎ　ｆｏｒｍ　ｔｈｅ　ｒｉｅｗ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｎａｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　同时可以保证各部分工作的高效率…１。　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ　ｐｌｎａｔ；ｅｌｅｃｔｉｒｃ　ｓｙｓｔｅｍ；ＤＣＳ　大型火电机组的ＤＣＳ系统，一般包括数据采集　系统（ＤＡＳ）、模拟量控制系统（ＭＣＳ）、顺序控制系　随着计算机技术的快速发展和控制技术的不　统（ＳＣＳ）、锅炉炉膛安全监控系统（　）和汽轮机　断提高，使ＤＣＳ控制系统在发电厂的运行中发挥的　电液控制系统（ＤＥＨ）。　作用越来越大，它不仅降低了运行人员的劳动强　ａ．数据采集系统。它具有在ＣＲＴ上显示各种　・收稿日期：２００６—０７—２４　修回日期：２００６—０９—０２　作者简介：谢鹏（１９７１一），男，河南洛阳人，助理工程师，电力系统自动化。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４期　谢鹏：某发电厂ＤＣＳ改造中电气系统方案设计　５０１　参数、表格、曲线、系统图、棒图、趋势图、模拟流程　图等功能，报警功能，事故顺序记录和追忆打印功　能，显示操作指导信息功能，还具有在线的性能效　率计算和经济分析功能。　ｂ．模拟量控制系统。亦称机组协调控制系统。　其设计思想是将机电炉综合控制，以自动调节为　主，将逻辑控制、联锁保护等功能结合在一起。构　成１种具有多种控制功能，满足不同运行工况要求　的综合性过程控制系统。它是在常规机炉局部控　制系统上发展起来的。在局部控制子系统上加入　协调控制器，对各子系统进行协调。它是实现机组　全方位全过程控制的基础，也是ＤＣＳ最基本的控制　功能。　ｃ．顺序控制系统。与模拟量控制系统不同，顺　序控制系统主要用于断续生产过程，在发电厂中主　辅机启停、输煤自动化、化学水处理等生产过程大　量需要顺序控制。顺序控制系统是ＤＣＳ的重要组　成部分，其核心部件微处理器或可编程控制器代替　了常规继电器，使顺序控制的功能有了很大进步。　大机组中的顺序控制系统以子功能级及执行级控　制为主，１个功能组可能包含若干顺序控制系统。　ｄ．锅炉炉膛安全监控系统和汽轮机电液控制　系统。是专门针对锅炉和汽轮机设计的控制系统，　这里不再赘述。　２电气系统控制的特点　电气系统与热工自动化相比，在控制要求以及　运行过程中有着很多不同之处，主要特点表现为：　ａ．电气设备的保护、控制、信号回路要求可靠　性高，响应速度快。如发变组保护动作速度要求在　几十毫秒以内；自动准同期采用同步电压方式，转　速、电压调整和压差控制要求在５　ｍｓ内；电压自动　调整装置强励要求时间极短；厂用电快切装置切换　时间一般＜６０￣８０　ｉｎｓ，同步鉴定相位差５。～２０。。　ｂ．电气设备相对机炉设备而言，控制对象少，　操作频率低，有的系统或设备运行正常时，经常１　个月或更长时间才操作１次，但在故障时又要求快　速动作。　ｃ．电气设备的联锁逻辑比较简单，但电气设备　本身的操作机构比较复杂。　因而，机组的电气系统纳入ＤＣＳ控制系统，要　求控制系统具有很高的可靠性。除了能实现正常　的起停和运行操作外，尤其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　相应的操作指令和应急处理措施，保证电气系统自　动控制在最安全合理的工作状况。　３电气系统Ｄ（　改造方案的设计思路　虽然ＤＣＳ系统是非常先进的控制系统，但它也　存在致命的弱点。ＤＣＳ系统实际上是１个计算机　网络系统，数据系统存在固有的扫描周期、广播周　期和数据处理周期，而且有可能出现死机、网络堵　塞等现象，也就是说ＤＣＳ系统无法保证较高的时间　要求：稳定、响应速度极快。而且，就目前的技术条　件，将发变组保护逻辑以及励磁调节逻辑做到ＤＣＳ　系统中，会使整个ＤＣＳ系统不堪重负。因而，保护　回路仍然要独立于ＤＣＳ系统之外。有人可能会有　疑问：微机保护也是计算机，它的响应速度为什么　能满足要求？答案是由于微机保护只是在不断地　对电流、电压信号进行计算，功能比较单一，而ＤＣＳ　系统是１个庞大的、综合性的控制系统，数据的信　息量很大，为了能够处理这些信息，就必须以降低　处理速率为代价，这就是二者最根本的区别。　电气部分的控制回路是和ＤＣＳ系统结合得最　好的一部分，ＤＣＳ系统的响应速度虽然满足不了保　护的要求，但用来处理开关量还是有着不可比拟的　优势的。首先，可以利用ＤＣＳ系统来简化外部回　路，很多传统的接点可以通过ＤＣＳ系统用编程、用　“软接点”来实现，既简化了二次回路，又提高了可　靠性，不存在接点接触不好、接点氧化等问题。其　次，通过ＤＣＳ系统，组态非常方便，如果二次回路的　逻辑功能要变更，只要在工程师站进行更改即可，　而不用象以前那样变更二次回路。另外，通过ＤＣＳ　系统，还可以对发电机的并网、解列操作实现顺序　控制，实现一键自动并网，使以前复杂的并网操作　变得既安全可靠，又快速准确。　电气部分的信号回路也能够较好地与ＤＣＳ系　统相结合，除了很好地完成传统信号回路的报警功　能外，还能够较好地再现报警过程和报警顺序。　通过上面的阐述可看出，电气系统在ＤＣＳ改造　中主要是在控制和信号回路上进行改进，而发变组　保护和辅机的保护则仍然使用独立的保护装置。　４发变组开关控制系统的设计　下面以该厂４＃发变组断路器２０４开关并网、解　维普资讯 http://www.cqvip.com

电力　学报　２００６年　列操作回路的改造工作为例，来阐述设计方案。　４．１发变组开关控制系统　相关设备：①２０４开关（２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃ）；②　２０４东刀闸；￣２０４南刀闸；④２０４—０接地刀闸；⑤　自动准同期装置（合闸脉冲）。　４．１．１合闸允许条件　４．１．１．１　自动并网合闸允许条件　ａ．同期开关ＴＫ投入（Ｄ（　内部生成点）；　ｂ．同期闭锁开关１ＳＴＫ在同期位（Ｄ（　内部生　成点）；　ｃ．手动同期开关ＳＴＫ在细调位（Ｄ（　内部生　成点）；　ｄ．同期检查继电器ＴＪＪ接点闭合；　ｅ．自动准同期开关ＤＴＫ合闸位（Ｄ（　内部生　成点）；　ｆ．２０４—０接地刀闸在合闸位。　注：靠同期装置合闸继电器Ｈ『合闸。　注释：①ＴＫ，在画面上设计“投入／退出”自保　持开关，输入２对接点（输出接点用双线圈继电器　实现保持功能），投入时通，退出时断；￣ｔｒｒＫ，在画　面上设计“合闸徽人／退出”自保持开关，输出８对　接点（输出接点用双线圈继电器实现保持功能），合　闸时８对全通，投入时其中７对通，退出时全断；③　１Ｓ＇ＴＫ，在画面上设计“同期／解除”自保持开关，同　期位时断，解除位时通；④ＳＴＫ，在画面上设计“退　出　调／细调”自保持开关，输出５对接点，粗调位　４对通，细调位５对通，退出时全断；⑤“同期装置复　位”键，输出一对接点，每点击该键１次，输出接点　闭合１．５　ｓ。　４．１．１．２手动并网合闸允许条件　ａ．同期开关ＴＫ投入（Ｄ（　内部生成点）；　ｂ．同期闭锁开关１Ｓ＇ＴＫ在同期位（Ｄ（　内部生　成点）；　ｃ．手动同期开关ＳＴＫ在细调位（Ｄ（　内部生　成点）；　ｄ．同期检查继电器ＴＪＪ接点闭合；　ｅ．２０４—０接地刀闸在合闸位。　注：靠２０４开关控制系统中“合闸”键合闸。　４．１．１．３非同期合闸允许条件　ａ．同期闭锁开关１Ｓ＇ＴＫ在解除位（Ｄ（　内部生　成点）；　ｂ．同期开关ＴＫ投入（Ｄ（　内部生成点）；　ｃ．手动同期开关ＳＴＫ在细调位（Ｄ（　内部生　成点）；　ｄ．２０４—０接地刀闸在合闸位。　注：靠２０４开关控制系统中“合闸”键合闸。　４．１．１．４说明　ａ．ＤＴＫ用途。２对接点用于电压切换，３对接　点用于同期装置，１对接点用于闭锁调速，１对接点　用于闭锁调压。　ｂ．ＴＫ接点用途：２对接点用于切换发电机及　系统电压。　ｃ．ＳＴＫ接点用途：共５对接点，３对用于整步　表及ＴＪＪ的电压切换（粗调时２对通，细调时３对　通），另外２对接点分别用于闭锁调速和调压。　４．１．２分闸允许条件　无限制条件。　４．１．３顺控步序　４．１．３．１　自动准同期合闸并网　步序１：２０４东或２０４南刀闸在合位，将１ＳＴＫ　置于同期位。　步序２：步序１完成，投入同期开关ＴＫ。　步序３：步序２完成，如果发电机电压＞１３．４　ｋＶ并且发电机频率＞４９　Ｈｚ，将ＳＴＫ置“细调”位，　将ＤＴＫ开关置“合闸”位。　步序４：步序３完成，检查２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃ全　部合闸后，置ＴＫ、ＳＴＫ、ＤＴＫ“退出”位。　４．１．３．２非同期并网步序　步序１：２０４东或２０４南刀闸在合位，将１Ｓ＇ＴＫ　开关置“解锁”位。　步序２：步序１完成，将ＴＫ开关置“投入”位。　步序３：步序２完成，将ＳＴＫ开关置“细调”位。　步序４：步序３完成，合２０４开关。　步序５：步序４完成，检查２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃ全　部合闸后，置ＴＫ为“退出”，１ＳＴＫ为“同期”，ＳＴＫ　为“退出”位。　４．１．３．３手动准同期并网单操步骤　①检查２０４东或２０４南刀闸在合位，２０４—０在　合闸位，将１　＜置“同期”位。②将ＴＫ置“投入”　位，将ＳＴＫ置“粗调”位。③检查电压差，频率差符　合要求后，将ＳＴＫ置“细调”位。④监视整步表，选　择时机点击２０４开关“合闸”键，将发电机并人系　统。￣２０４开关合闸后，将ＳＴＫ、ＴＫ、１ＳＴＫ开关置　“退出”位。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４期　４．１．４联锁逻辑　４．１．４．１　２０４开关　谢鹏：某发电厂ＤＣＳ改造中电气系统方案设计　５０３　的可靠性。传统二次回路中的闭锁逻辑也全部是　在计算机中用逻辑块搭接，同样安全可靠。　主断路器的几种合闸方式实际上是几种顺控　如果２０４开关分闸，（包括全部情况）联合２０４　—０接地刀闸。　模式，比如自动准同期合闸并网的过程实际上就是　—４．２发电机主励控制系统　相关设备：发电机灭磁开关；励磁机灭磁开关。　个按照预定程序进行的顺序控制过程：先检查　２０４东或２０４南刀闸的位置，当这一信息反馈给计　４．２．１允许条件　合闸允许条件：无限制条件。　跳闸允许条件：无限制条件。　４．２．２顺控步序　４．２．２．１发电机升压　步序１：合励磁机灭磁开关；　步序２：合发电机灭磁开关；　步序３：发开机令（输出二对空接点，一对用于　励磁机启励，另一对用于发电机启励，先发励磁机　启励令，当检测励磁机电压＞５００　Ｖ时，发出发电机　启励令，每个指令持续时间６０　Ｓ）；　步序４：开机令结束后，如果发电机电压＞　１１　ｋＶ，步序成功。　注：执行开机令前需运行人员检查４Ｆ一０发电　机出口地刀在分闸位。　４．２．２．２发电机灭磁　步序１：发停机令（输出二对空接点，一对用于　励磁机灭磁，另一对用于发电机灭磁，指令持续时　间６０　Ｓ）；　步序２：（检查发电机电压＜５　ｋＶ）断开发电机　灭磁开关；　步序３：断开励磁机灭磁开关；　注：画面中设计励磁机灭磁开关、发电机灭磁　开关、主励增磁开关，主励减磁开关。　增、减磁指令：脉冲宽度为０．８　Ｓ。　４．３发电机自动升压并网控制步序　步序１：执行发电机主励升压步序；　步序２：执行发电机自动准同期合闸并网步序。　４．４发电机自动解列灭磁控制步序　步序１：断２０４开关；　步序２：执行发电机自动灭磁步序。　从上面的方案设计中可看出，在发变组出口断　路器２０４开关的控制回路中，ＴＫ、ＳＴＫ、１ＳＴＫ以及　ＤＴＫ等开关接点，已完全被逻辑回路中的“软接点”　所代替，不仅简化了外回路，而且大大提高了接点　算机后，ＤＣｓ系统发出指令将１ＳＴＫ置位，１ＳＴＫ置　位完成后，再将“同期开关”ＴＫ置位，如此下去，直　到最后发出２０４开关的合闸指令，并检测到２０４开　关的位置反馈信号，这个顺控才算结束。同样，在　励磁系统中，可实现发电机升压顺控和发电机灭磁　顺控。发电机自动升压并网顺控和发电机自动解　列灭磁顺控则是在前面几个小的顺控基础之上实　现的较大的顺序控制，使得以前复杂的发电机并网　和解列操作变为一键控制的“傻瓜”操作，非常安全　可靠。　这里需要说明的是，自动准同期装置的功能仍　然由外部独立的自动准同期装置来实现，之所以没　有将这部分内容做进ＤＣＳ系统，是因为对自动准同　期的一些细节问题不够清晰，可能在ＤＣＳ组态时会　出现漏洞，而准同期并网又是电气系统中非常重要　的操作，为慎重起见，还是选用了成熟的准同期装　置。有的厂在改造时将自动准同期这部分功能也　在ＤＣＳ中实现，效果也不错。　５结束语　通过ＤＣＳ系统的组态工作和电气系统改造后　的运行情况证明，电气系统在与ＤＣＳ系统的衔接上　应相互扬长避短，ＤＣＳ固然有着巨大的优势和先进　性，但是如果不加分析地利用ＤＣＳ系统，纯粹依赖　ＤＣＳ系统，不仅不能够很好地实现既定功能，而且　会影响ＤＣｓ系统自身功能的发挥。特别是继电保　护功能，绝对不能在目前ＤＣｓ系统中实现；其他的　一些控制方式，如果对其实现的原理、细节不清楚，　最好也不要用ＤＣＳ系统去实现，因为在编程时难免　出现漏洞。只有在对ＤＣＳ系统的结构有了清晰的　认识，并对电气系统有着丰富的检修经验，才能够　将设计方案做得尽善尽美。　参考文献：　［１］王常力，廖道文．分散控制系统的设计和应用［Ｍ］．北　京：清华大学出版社，１９９３：２０—２５．　［责任编辑：任云丽］