1．前言

　　DCS分散控制系统在国内火电厂中经过十多年的应用，无论是硬件系统、软件设计组态还是运行管理都积累了成熟的经验。随着DCS系统性能的不断提高，其可靠性、开发性、可执行性、及性能价格比也不断提高，实现机、炉、电全方面的保障经济控制已是成熟的技术，电气监控系统进入DCS已成为现实。纵观电力市场，无论机组容量大小，凡是有DCS控制的场所，必然有电气监控进入DCS。

　　下面就河南信阳电厂和湖南益阳电厂(2x300MW)电气监控(ECS)在DCS中的应用进行讨论。

　　2．工程简介

　　河南信阳电厂，湖南益阳电厂，其一期工程均为2x300MW机组。电气主接线为发电机变压罪组升压至220kY系统，厂用电分为6kV和380V二个电压等级，二台机组设一台启动／备用变压器。二个项目于1999年5月和7月与北京ABB贝利控制公司签订合同，同年7月开始工程实施，分别于2000年5月和7月通过FAT。

　　控制系统采用贝利Symphony(1NFl90)系统，为提高发电厂机组整体的控制水平和自动化程度，使锅炉、汽机、发电机的控制方式协调一致，实现炉、机、电单元统一值班创造良好条件，将发电机变压器组和厂用电的控制监视全部由DCS实现，电气监控为DCS的一部分。

　　DCS按功能划分通常具有四大功能：模拟量控制(MCS)、锅炉炉膛平安监控系统(FSSS)、顺序控制(SCS)、数据采集(DAS)。

　　电气控制按功能应划人SCS，但考虑电气系统的特点和相对独立性，我们(ABB)把电气部分的控制和数采称为电气监控系统即ECS。所以在贝利的系统中还有ECS功能。

　　3．Symphony(1NFl90)系统配置

　　Symphony(1NFl90)系统主要由：

　　操作员站CONDUCTOR VMS

　　LTEWS工程师站，PCU过程控制单元

　　大屏幕监视系统组成。

　　·操作员站：CONDUCTOR VMS，是控制系统与运行操作员间的接口。包括：控制台、功能键盘、鼠标、报警组视窗。

　　·LTEWS工程师站：用于系统组态、编程、修改、即完成系统功能组态和画面组态的生成、下载、参数的调试和设置等。

　　·PCU过程控制单元：采集和处理现场信号，接受操作员站指令，进行逻辑判断和过程控制，并将输出指令至现场。包括：模件柜、端子柜(或模件端子混装柜)。

　　电气监控系统具有相对独立的PCU，所使用的主要模件有：

　　——网络处理模件和网络接口模件：NPM01、NIS01

　　——多功能处理器：MFPl2

　　——I／0模件：ASll3(16TC+RTD),FECl2(15 A1),DSll2(16 D1),DSM04(8 P1),DS014(16 DO)

　　——电源模件：IPSYS01，IPFLD48

　　——模件安装单元：IEMMU21

　　——现场端子板：NFTP01

　　·环路通信：10Mbit／s

　　·Controlway通信：1Mbit／s

　　4．电气系统进入DCS控制范围

　　包括：单元机组电气和公用电气2个部分

　　4．1 单元机组电气部分包括：

　　　　a)发变组220KV断路器、隔离开关

　　　　b)发电机灭磁开关

　　　　c)励磁系统控制方式选择及PSS投切

　　　　d)AVR调压

　　　　e)自动准同期ASS

　　　　f)6KV母线工作电源分支开关(1A、lB)

　　　　g)6KV母线备用电源分支开关(1A、h)6KV厂用电快切装置(1A、lB)

　　　　i)低压工作变压器(1A1、lA2、lBl、1B2)6KV、380V及380V分段开关

　　　　j)低压照明变压器6KV、380V开关及照明、检修变压器380V分段开关

　　　　k)保安段工作分支开关、柴油机分支开关

　　　　l)柴油机组

　　　　m)仪控变压器380V馈线开关及380V分段开关直流系统、UPS、柴油机组由DCS进行监视，柴油机组的控制由当地PLC控制系统完成。

　　4．2 公用电气部分包括

　　　　a)启动／备用变压器(SST)220KV断路器、隔离开关、有载调压

　　　　b)6KV公用段进线电源分支开关(OA、OB)

　　　　c)公用变压器(#1、#2)6KV、380V及380V分段开关

　　　　d)厂区变压器(#1、#2)6KV、380V及380V分段开关

　　　　e)化学变压器(#1、#2)6KV、380V及380V分段开关

　　　　f)厂区公用变压器(#1、#2)6KV开关

　　　　g)6KV输煤馈线开关

　　4．3 发电机励磁系统自动电压调整器(AVR)、自动准同期装置(ASS)、主设备保护、厂用电快切装置采用成熟的技术和产品，其功能由独立装置实现，与DCS有通讯接口或硬接线。

　　5．ECS控制功能

　　5．1 实现发变组系统自动程序控制或软手操控制，使发电机由零起升压直至同期并网带初始负荷，或使发电机自动停机。

　　5．2 对厂用电系统，按起动／停止阶段和正常运行阶段的要求实行程序控制或软手操控制，实现由工作到备用或由备用到工作电源的程序切换或软手操切换，保证机组平安运行或正常起、停机。

　　5．3 实时显示和记录(其中包括事故顺序记录)发变组系统以及厂用电系统的正常运行、异常运行和事故工况下的各种数据和状态，并提供操作指导。

　　5．4 所有由DCS操作的单个断路器(包括220KV侧隔离开关)，除具有必要的联锁功能外，还有必要的闭锁措施，防止误操作。

　　5．5 电气设备的检修／试验

　　在操作员站可进行电气设备的检修／试验操作。当某一设备处于检修时，在相应的电气系统画面上设有相应的检修／试验状态显示(挂牌)，此时与该设备相关的闭锁或联锁条件均失效。为防止误操作，设有单独的检修试验画面，操作时需经运行人员进一步确认后方可投入或退出检修／试验。对特别重要的设备设有必要的保护措施。

　　5．6 对厂用电公用电气系统，分别在二台机组的DCS操作员站上监视。在贝利系统中通过设置和解除操作权限的优先级(由值长决定)，来保证对公用电气控制命令的独一性，即在任一时间内只允许在一台机组的DCS操作员站上操作。由于电气公用系统接人核心环，所以对公用系统的操作不存在切换扰动问题。当享有操作权限的DCS故障时，不会对公用电气系统的监控产生任何影响，不存在操作权限转让问题。值长可以根据运行方式将操作权限授权给任意一台机组的DCS，选择灵活。

　　5．7 发电机励磁系统电压调节、发变组同期、电气设备保护、6KV厂用电快切功能由独立的装置实现，DCS控制自动装置的起停和方式的选择并进行状态监视。

　　5．8 主要电气设备的运行累计时间。

　　5．9 电气主要参数的X—Y曲线图(有效值)。

　　6．电气监控系统分析

　　6．1 数据采集于监视

　　现场电气信号种类主要有：4—20mA模拟量输入、RTD温度量输入、脉冲电度量输入、数字量输入、和数字量输出。在Sympho—ny(1NFIg0)系统中，有专门的模件通过硬接线直接从现场采集和处理这些信号。

　　此外，对于电气专用自动装置和系统也可以采用通讯方式。Symphony(1NFl90)系统与其它系统的接口方式有：串行通讯方式、以太网方式和通过INFI环上的ICI进行通讯，根据具体的过程要求可选用不同的通讯接口方式。在实际工程中北京贝利具有许多成功的应用实例。此次在信阳项目上与柴油发电机PLC控制系统的接口即采用串行通讯接口方式。

　　信阳电气I／O点共1048点。其中Al：186点；DI：685点；PI：23点；DO：154点

　　益阳电气I／O点共712点，其中Al：106点；DI：432点；PI：48点；DO：126点

　　6．2 MFP配置：

　　多功能处理器模件(MFP)是Symphony(1NFl90)模件系列中功能较强的一种模件，它是一种多回路模拟、顺序、批处理的高性能控制器。这种控制器为解决过程控制提供了强有力的工具。它可满足数据采集，信息处理的要求，提供真实的点对点的通讯。

　　此模件具有一套用途广泛的功能码，用它可以处理很复杂的控制策略，MFP较多可以与64个不同组合的子模件通讯。

　　为适应冗余的处理器，MFP有1MBPS的CPU对CPU的通讯链，这条链可使后备的MFP在主MFP工作时，处于热备状态，一旦由于某种原因主MFP离线，后备的MFP就会无扰动的自动切换上去。

　　电气监控系统，通常按电气子系统划分，冗余配置。根据各工程项目电气系统的规模和具体要求配置的MFP的对数不同。例如信阳项目为：发变组、高厂变；6KV／400V低压厂用电原；柴油机、UPS直流、440VMCC启备变；公用厂用电5对MFP，益阳项目为4对。

　　6．3 电气控制

　　6．3．1 控制逻辑

　　信阳项目控制逻辑框图由河南电力设计院提供。

　　益阳项目控制逻辑框图根据湖南电力设计院控制要求，由北京贝利公司完成，设计院、电厂和中试所在设计联络会上讨论确认。

　　北京贝利公司根据控制逻辑图进行电气控制功能的设计组态、调试。

　　电气控制功能设计组态主要原则如下：

　　1)发变组220KV断路器、隔离开关

　　·发变组220KV断路器

　　正常操作决不允许操作人员直接发指令使220KV开关闭合，而务必通过启动ASS，当ASS判断同期条件满足后，ASS发合闸指令至220KV开关合闸回路使之闭合。但在检修／试验状态时，运行人员通过操作票可以在控制站上直接进行开关的分合闸操作。通常分闸操作无闭锁条件。

　　·DCS实现隔离开关的正常操作和母线倒闸操作，逻辑完成隔离开关之间、隔离开关与断路器及隔离开关与母联断路器的操作闭锁功能。

　　2)自动准同期(ASS)

　　·在OIS上，可进行ASS控制方式的选择(ASS调速／DEH调速)及ASS的启动和复归。

　　·发变组220KV母线隔离开关(刀闸)有一个闭合，且220KV断路器合闸条件满足，ASS装置并已复位，运行人员通过启动ASS将发变组220KV断路器同期并网。

　　3)发电机励磁调节(AVR)

　　·在OIS上，可进行AVR运行方式的选择(AVR手动、自动、恒功率因数、PSS投／切)。

　　·运行人员可以在控制站手动升、降压，在机组并网和解列顺控中也可按组态中的设定值自动升压或降压。

　　4)6KV母线工作、备用电源进线开关

　　．6KV母线工作与备用电源之间的正常切换，通过操作员启动厂用电快切装置ATS，ATS捕捉到同期后，输出指令分别至工作、备用电源进线开关的跳合闸回路实现正常切换。

　　如正常切换采用独立的同期装置，而不通过快切，则在OIS上应通过启动同期装置来完成。

　　·当6KV工作、备用电源进线开关只有在检修／试验状态时，运行人员可以在控制站上进行开关的远方检修／试验的合闸操作。

　　5)6KV厂用电快切装置(ATS)

　　·在OIS上，可进行ATS控制方式的选择(并联或串联)，复归、及出口闭锁。

　　·当6KV母线工作电源进线开关或备用电源进线开关满足合闸操作条件，且其中一个开关为合状态，ATS无故障，装置并已复位，运行人员通过启动ATS的手动切换功能完成6KV厂用电工作电源与备用电源之间的正常切换。

　　·事故切换由继电保护动作启动ATS直接动作于开关设备，功能由外部硬接线回路实现，不通过DCS。

　　6)启动备用变压器220KV断路器

　　·当合闸条件满足时，运行人员通过控制操作启动备用变压器220KV断路器合闸。

　　7)6KV公用段电源进线开关

　　6KV公用段电源进线开关合闸时需启动备用变压器220KV断路器先合。当6KV开关处于检修／试验状态时，则闭锁自动取消。

　　8)低压厂用变压器6KV／380V开关、380VPC分段开关

　　·低压厂用变压器380V开关合闸时需6KV开关先合。

　　．380VPC段进线开关和分段开关，三者之间务必满足三取二的关系，即当其中的开关有二个闭合时，第三个开关不允许合闸。由于大机组辅机电动机冗余配置且分别接于二段母线，所以当某段母线进线开关事故跳闸后，分段开关一般不联动合闸，以防止事故扩大，而通常采用手动合闸方式。

　　·当380V开关处于检修／试验状态时，则闭锁自动取消。

　　9)在ECS中，有些设备之间是相互联锁的，这些设备的联锁无需通过“联锁按钮”选择，根据逻辑组态自动实现。如存在二路电源之间问题进行切换，为防止母线故障时多次跳跃，应考虑只能切换一次。

　　6．4 电气画面

　　ECS画面分为两类：一类是电气子系统画面，另一类是ECS帮助指导画面。电气子系统画面通过主菜单调出ECS帮助指导画面可以通过ECS帮助菜单调出，出发可以通过相关工艺画面上的调用键直接调出。

　　6．4．1 电气子系统画面的操作

　　在电气子系统画面中，包含了所有的ECS设备。在每个设备的周围，有其就地／远方控制方式、检修／试验状态指示、控制站调用键，该键可调出设备的数字控制站。操作人员通过控制站对设备进行跳／合闸操作，控制站中包含有以下信

　　设备标签名

　　标签描述

　　控制指令 跳／合闸指令

　　DI状态反馈 跳／合位反馈、故障

　　手动允许信号

　　发出跳／合指令后显示 是否允许关(开)

　　报警状态

　　控制方式 手动／自动

　　电气系统监控的画面有：发变组主接线画面,高压启动备用电源接线画面,发变组励磁及同期系统画面,单元厂用电系统接线画面,公用厂用电系统接线画面,厂用电快切装置系统接线画面,保安电源系统接线

　　交流不停电电源系统接线

　　110V直流系统接线

　　220V直流系统接线(以上画面均为动态画面及动态模拟量显示)

　　电气系统接线(动态画面及动态模拟量显示一用于大屏幕显示)

　　6．4．2 ECS帮助画面的操作

　　ECS的帮助画面包括：顺控、主要的单设备运行允许、电气设备报警等几个方面。

　　．ECS的顺控帮助指导画面可以帮助操作人员更方便、更全方面地监控某一功能组的执行过程。

　　·单设备运行允许的指导画面，用以提示操作人员该设备运行条件是否已经满足。

　　·报警画面给出了重要相关信号的报警提示，用以查找和分析故障信息。

　　·电气设备检修／试验画面，用以投入或退出电气设备的检修／试验状态。在检修状态时，通过操作票操作人员可以在电气子系统画面中对被检修的设备进行远方试验的跳合闸操作。

　　1)顺控帮助指导画面

　　a)顺控帮助指导画面核心是功能组启／停顺控的描述，给出了每一步的指令描述及每一步的所有反馈描述。右上角是两个(启或停)顺控操作的监控框，每个框包括两个调用键左侧键为方式选择(MODE)，右侧键为触发(GO)，步号显示，当前步执行剩余时间显示。

　　·对功能组进行顺控启／停操作时，首先选择方式选择(MODE)，控制站，选择"SEQ”方式，然后，再选择触发控制站，选择“GO”。这样，功能组会自动按照顺序一步一步向下进行。顺控过程进行到哪一步，哪一步的指令描述框就亮(粉色)

　　·反馈描述左侧的YES／NO指示是否这些反馈条件已满足了，当所有反馈指示都成为"YES"时，表示这一步的反馈条件都已满足，然后开始执行下一步。

　　·当顺控中某一步有些反馈条件不能满足时，顺控程序中预先设定的等待时间会使程序等待一段时间。当等待时间倒数时为“o”时，条件仍不满足，则程序会自动将“SEQ”方式切换到“STEP"方式，并产生报警。

　　·STEP控制方式是一种半自动控制方式。选择STEP方式操作时，与SEQ方式一样，首先选择方式选择(MODE)控制站，选择“STEP"方式，然后，再选择触发控制站，选择"GO”，进行一步；当一步的反馈条件都已满足时，再按“GO”，进行二步；以此类推，每按一次“GO”，会自动进行一步。注意，如果这一步的条件没有完全满足，按“GO”按钮程序不会进行下一步的过程。

　　．RESET是复位方式。RESET按钮可以中断退出正在进行中的顺控过程并使程序复位。

　　b)ECS包含以下顺控功能组

　　·发电机组并网(包括发电机零起升压、同期并网、6KV厂用电切换)

　　·发电机组解列(包括6KV厂用电切换、发电机灭磁、解列)

　　2)设备运行允许指导画面

　　a)画面以表格和逻辑描述的形式列出了该设备运行允许的所有条件组合，条件左侧的Y／N状态表示当前该条件是否满足，条件之间的"AND"或“OR"表示相互之间的“与”“或”逻辑关系，设备描述的YES／NO表示设备运行条件是否已经满足。

　　b)设备运行允许指导画面包含的设备：为DCS控制的主要电气设备。

　　3)电气设备检修／试验画面

　　画面以表格的形式列出了全部可以进行检修的电气设备。描述右侧的按键用以调出检修试验设备的数字控制站，操作人员通过控制站对设备进行检修／试验的投退操作，但需经操作人员进一步确认后才可以使某一设备有效地投入或退出检修状态。左侧的黄闪指示灯状态表示当前该设备正在检修。

　　控制站中包含有以下信息：

　　设备标签名

　　标签描述

　　控制指令 投入／确认／退出指令

　　状态反馈 投入／退出

　　控制方式 手动

　　当设备处于检修／试验时，在电气子系统画面的相关设备旁有检修／试验指示灯(黄闪)，此时与此设备相关的联锁均失效，通过操作票操作人员可进行远方检修试验的跳合闸操作。

　　4)报警画面

　　画面以表格的形式列出了产生报警的所有条件的描述，描述左侧的Y／N状态指示当前该条件是否存在

　　报警画面包括

　　发变组保护 低压厂用电保护

　　启备变保护 主要电气设备报警等

　　高厂变保护

　　7．展望

　　·同期 ·电气一体化

　　·升压站 ·交流采样

　　·现场总线 

　　结束语

　　在国外项目中，由贝利公司提供的DCS，电气监控进入DCS已有很多的实例和成熟的经验，在国内有吴泾电厂(2 X600MW)，禹州电厂(2X 300MW)等。

　　无论是热工自动化还是电气自动化，虽然他们的监控对象不同，但都可以转换成开关量和模拟量控制和监视，而这些对具有强大处理能力的计算机是很容易实现的。因此电气监控由DCS实现是完全可行和必要的。

　　由于电气监控采用DCS实现，同时电厂的化学水处理、除灰系统、输煤系统等均有计算机(或PLC)控制，全厂生产信息可由电厂的SIS系统将各机组的生产信息加以集中实时采集和处理，从而实现全厂的运行监控和经济控制