火力发电厂电气控制系统纳入DCS监控的主要方式-智能电气控制系统.docx

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1、火力发电厂电气控制系统纳入DCS监控的主要方式:智能电气控制系统(广东省云浮市平安生产宣扬教化中心，广东 云浮 527300)摘 要： 文章在火力发电厂电气限制系统纳入DCS监控方式上提出了两种方案，并对两种方案以及硬 接线的方式进行了技术经济分析比较，为大型火力发电机组的新建或老发电厂的技术改造 供应了借鉴。关键词：DCS；火电机组；电气中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：HT K10176921(2022)200086021 概述 火力发电厂中，热工系统及电气系统的自动化水平，反映了整个电厂的运行管理水平，而电 厂厂用电系统的平安经济运行对机组的运行起着至关重要的作用。发电厂

2、电气系统主要设备 纳入机组的分散限制系统(以下简称DCS)进行监控，是当前火力发电厂广泛采纳的限制模式 ，可大大提高机组运行的牢靠性和经济性。但还有许多老厂依靠常规的仪表、光字牌，采纳 继电器、限制开关及其接点组成的限制逻辑来实现。 目前，大容量机组的电气系统纳入DCS监控的主要方式为：发变组爱护、综合自动扮装 置、厂用电系统的爱护及自动装置的动作状况是通过各独立的装置动作信号以及电气设备的 位置状态等开关量作为输入量(即DI)送至DCS系统;模拟量(如电流、电压、有功、无功)通过 电量变送器输出420mA标准信号送至DCS系统：DCS的限制吩咐作为输出量(即DO)引至电气 设 备，各电气设备

3、与DCS系统的联系采纳硬接线方式，即由电气设备现场用电缆将电气量信号 一对一地送至DCS系统的I/O柜上。 然而由于大多数电厂的DCS系统都侧重于汽机锅炉，完成机组基本的运行、限制等功能 ，对电气系统的运行监控考虑较少，电气系统的要求在DCS系统的工程设计中往往难于全面 考虑。因此上述方式存在着较明显的缺点：占用DCS大量的I/O点，卡件多，投资大；DCS中反映电气的爱护、测量、开关位置及其他需检测的信息不完整;不能实现远方遥控、爱护信号复归；模拟量采纳直流采样、运用电量变送器，对一次设备要求高、投资大、抗干扰实力差；电气二次接线困难、耗费大量电缆，施工及检修工作量大；全部信息集中在DCS的D

4、AS系统，系统担当的风险相对较大；无法完成较多较困难的电气运行管理工作，如电气运行检修人员关切的电能管理、 爱护整定、事故追忆等信息。目前，大容量机组专用的继电爱护及自动装置主要有：微机发变组爱护装置、故障录 波装置、微机自动励磁装置(AVR)、微机厂用电切换装置(ATS)，微机发电机自动同期装置(A SS)，以上设备一般集中布置于电气设备间或继电器室内，均为微机型装置。中压系统采纳 分散式就地安装的集爱护、测量、限制、计量、通信于一体的智能前端设备，低压系统选用 智能型框架断路器，可带通信接口，能将开关状态、电流、电压、功率、电能、爱护动作等 信号通过其自带的通信接口送出。对于塑壳断路器回路

5、，可设低压微机爱护测控装置，如智 能型马达限制器，微机型测控单元等。上述安装于开关柜内的智能设备系统称为智能终端装 置(ST)。上述设备都是分散的爱护、监控装置，都能独立地完成各回路的监控和爱护功能，目前 的电气纳入DCS系统大都是通过硬接线与DCS联接，没有充分利用这些装置所具有的测量、监 控、通信功能。因此提高这些智能终端设备与DCS的通信水平，将干脆关系到电厂运行管理 水平和平安经济性。 随着微处理技术的发展，分层分布式限制结构的广泛应用，特殊是现场总线(FB)和智能 终端装置(ST)技术的采纳，其组成的限制系统在发电厂、变电站特殊是在工厂得到了一般使 用，大大提高了微机监控系统的牢靠性

6、及经济性。 当前，世界发达国家，如美、英、法、德、日等在发电厂监控中己广泛采纳现场总线和 智能终端设备，国内不少厂家也在开发、研制阳和ST发面做了大量工作，有很多产品己在工 程中运用;本章探讨把成熟的微机监控通信技术应用于大型火力发电机组，与电厂DCS系统有 机结合，全面提高电厂电气系统的监控水平。2 常用电气系统限制方案比较 随着火力发电厂自动化水平的不断提高，电气系统纳入DCS，实现炉、机、电一体化监 控在国内机组上已从试点进入了正常实施阶段，由于国内对电气系统监控的有关规程、规范 还在不断地修订完善中，对电气系统的限制方式没有作统一的规定，国内各电厂对电气系统 纳入DCS的方式采纳了不同

7、的方式，主要有以下三个方案： 方案1：干脆I/O连接方式：将电气模拟量和开关量经电缆通过I/O通道干脆接入DCS进行组态 ，实现对电气设备的监控，即硬接线方式。方案2：远程I/O及分布式I/O连接方式：远程I/O的采集单元一般是在I/O相对集中的现场安装I/O机柜，负责采集旁边设备的I/O 量，通过I/O通讯网络将数字化信息传至DCS。分布式I/O是将采集单元分散安装在各现场设 备中，通过总线将分散的I/O连接后送至DCS。详细地说，就是利用分散安装于就地开关柜的 集爱护、测量、限制、通迅于一体的智能测控爱护装置 (智能终端模块)，将由10kV、6kV工 作段及400V工作(公用)PC段供电的

8、要求集中限制的凹凸压电动机，由锅炉、汽机及保安MCC 供电的要求集中限制的低压电动机，采纳现场总线通过DCS配置的通迅卡件、通迅切换器和 通迅电缆(双绞线及光纤)干脆连接到DCS的过程限制器。 方案3：智能终端设备(ST)和现场总线(FB)连接方式： 现场总线(FB)是一种开放全数字化的、双向多站的计算机网络，通过该网络将智能终端 设备(ST)、主限制计算机和现场设备连接起来。传输信息为数字信号，可以各个接点共用一 条物理传输介质。 智能终端设备(ST)是建立在微电子技术发展之上、大规模集成电路、嵌入式系统，由CP U、存储器，A/D转换器及I/O回路等集成的设备，主要由中压及低压系统的爱护测

9、控装置和 自动装置构成。这些装置具有测量、限制、爱护、信号、通讯等基本功能 并完成各自独立 的特别功能(爱护功能独立，在就地完成)。利用智能终端设备(ST)进行数据采集和处理及逻 辑限制等功能，就地可实现对设备的限制、监视功能，通过现场总线系统可将处理好的信息 上传至DCS等限制层进行监控，也能将限制层的指令下达。这种方式实现了分散限制，可节 省电缆，同时提高了信号转换精度和牢靠性，简化了二次接线。 详细实施为：扩大用通迅接入DCS的内容，增加电气设备通过通迅接入DCS系统，增设电 气后台工作站。用现场总线将这些智能终端设备及专用装置的通迅接口连接起来，通过通迅 管理装置连接至DCS系统、电气

10、工作站及电厂MIS系统等，组成一个分层分布式的综合自动化 系统。采纳现场总线接入DCS系统的范围： 10kV、6kV工作段及400V工作(公用)PC段厂用电 源进线、联络断路器及馈线，方案2中通过现场总线接入DCS的凹凸电动机，电气专用装置 ：发变组爱护、故障录波、AVR，ATS，ASS等。考虑到系统的平安性和牢靠性，发变组系统和10kV、6kV厂用电系统的DO及SOE等重要量 仍采纳“硬接线”方式，380V厂用电系统的电动机的监控可以采纳全通迅的方式。 3 技术比较 方案1：为采纳常规的电气纳入DCS系统监控的方式，既“硬接线”方式。该方案的缺点 如本文第一部分所述。方案2：凹凸压电动机通过

11、现场总线接入DCS，每台电动机的智能终端模块与DCS的联系 信号除起动/停止指令、运行/停止状态反馈、遥控状态、电源监视、电流共七个信号外，增 加了爱护动作信号、设备故障信号、设备起动次数、参数设定、累计运行时间等现场设备信 息，大大丰富了DCS的监视内容。其中的设备起动次数、累计运行时间等信息采集及分析， 为提高电厂管理和维护水平创建了有利条件。 由于智能终端模块集成了通讯、爱护、二次限制电路等多项功能，其中低压智能终端 模块还集成了电流互感器，10kV、6kV智能终端模块还供应故障录波功能(上位机支持)，采 用沟通采样技术，通过现场总线接入DCS，节约了限制电缆，取消了电量变送器及限制用中

12、 间继电器，使电气开关柜内接线大为简化，安装及设备制造的工作量比采纳常规的“硬接线 ”方式大大削减。目前，满意现场总线要求的智能化的中压开关柜及低压开关柜得到了广泛 运用。 该方案在技术上具有明显的先进性，符合“燃煤示范电厂”功能分散、物理分散的设计 要求。该方案对DCS及智能终端模块要求较高，要求智能终端模块必需与DCS的通讯规约一样， 要求DCS的限制器按工艺系统供应数个通迅接口。 方案3：整个系统由三个功能层构成： 第一层：测控爱护层。由大量的爱护和自动装置构成，主要由分散安装于就地开关柜的智能 终端装置、发变组爱护、AVR，ATS，ASS等组成，爱护功能完全独立，利用现场总线技术， 采

13、纳光纤或屏蔽双绞线连接至通信管理层，可以实现这些装置的分散监控。 其次层：通信管理层。该层将DCS对测控爱护层的限制吩咐，或电气后台工作站发出的修改 定值吩咐等，下发至各有关装置，同时，将各装置上送的信息送至DCS系统或电气后台工作 站。通迅管理层具有通信接收、发送、规约转换等功能，通迅管理层与上位机系统连接采纳 以太网，通迅管理层一般配置前端机或通迅管理单元，供应1216个通迅接口。第三层：上位机系统。包括DCS系统和电气后台工作站系统。电气后台工作站系统主要负责 电气系统设备的管理维护、电能计量、故障录波和爱护定值修改及下达等工作，由DCS系统 来完成画面显示、报表生成、打印、限制、事务记

14、录报警等。依据上述要求，提出如下系统组成方式：现场总线分别与10kV、6kV及400V智能终端设 备相连，并通过通信管理层与上位机系统相连，对于一些比较成熟的专用装置，如AVR，ASS 、发变组爱护、故障录波、厂用电源自动切换装置仍采纳独立的专用产品，也通过管理层与 上位机系统相连，在电气后台工作站及DCS的CRT上对以上系统进行监视及限制。该方案结构 清楚，敏捷，可分阶段实施，扩充便利。系统的监控管理层采纳双网结构，网络牢靠性高， 依据系统状况，既可以由通迅管理层干脆与DCS通迅，也可以干脆通过以太网与DCS通迅。通 过备用主机的通迅卡系统还可与电厂MIS系统实现信息交换。 通信单元与DCS

15、系统和电气后台系统间均有接口，与二者间有信息沟通但侧重不同。设 电气后台系统的目的是为了让电气人员对全部厂用电气爱护自动装置进行日常的监视和维护 ，一般状况下不进行限制操作，但在后台机上的信息量却可比DCS上多得多，在后台系统上 ，可以实现实时数据采集、电气接线画面显示、定值查询修改、动作事务记录、故障录波、 报表生成、储存打印及电能计量管理功能。 为满意电厂运行的平安性、牢靠性的要求，发变组系统纳入DCS系统监控采纳“硬接线 ”方式，接入量主要有三种，即DI，DO和模拟量，一些爱护动作信号等则可经串口与DCS通 信。10kV、6kV厂用电系统的DO及SOE等重要量仍采纳“硬接线”方式，厂用电

16、系统的限制也 采纳“硬接线”方式，380V厂用电系统的电动机的监控拟采纳全通迅的方式。对每种电气开 关与DCS的接口按5个点考虑：合闸指令、分闸指令、合闸状态 、分闸状态、遥控状态信号 。通过现场总线交换的信息包括：远方信号复归；远方修改定值(在上位机实现)；模拟量测 量数据：f，I，0，P，Q，直流量，温度等；开关量：开关分、合位置、爱护动作信号、装 置故障信号等；脉冲量：有功、无功电度量；事故追忆数据；GPS或上位机对时。现场总线传输介质：光纤、同轴电缆或屏蔽双绞线，可依据实际选择。电气量限制的逻辑设 计均在DCS内，充分利用了DCS的监视、限制功能。4 成本比较以采纳方案3的粤 电集团某

17、厂的数据来看，随着电气限制的自动化水平的提高 ，电气设备的投资有所削减(未考虑由此增加的DCS的软件费用和削减的电缆施工费用)。740)this.width=740 border=undefined5 小结通过技术经济比较，可以看到方案3优点是：系统采纳分层分布式体系结构，结构清楚、 灵 活，可以分阶段实施，扩充便利，于现场一次设备增加只需增加相应的智能终端，并将智能 终端连接到通信管理层就可实现系统底层扩展，每个前端机或通信管理单元的扩展多达数一百零一 个智能终端。兼容性好。通信管理层所供应的前端机或者是通信管理单元可供应各种接口，如：RS232，R S422，RS485，Lonworks，

18、CONBUS，PROFIBUS-DP及各种PLC通信规约等(不同的厂商可能配有 不同的接口)，用于连接各种不同类型的智能终端来完成自动化功能，可以将任何开放设备 纳入监控网络。牢靠性高。系统模块化的设计理念，上位机后台系统的监控管理功能采纳模块化的设计思想，标准的功 能管理模块可干脆在后台系统组态，功能管理模块中的框图监控环境、图形监控环境、动态 趋势环境、告警查询、动态报表、逻辑关系、能量管理等均可独立运行于不同的工作站上， 模块化的设计思想提高了系统的牢靠性。若干前端机或通信管理单元构成并行厂用电气监控网络，保证了一个通信单元下的通信 故障不会干扰网络的其他部分，系统结构采纳双网方式，网络

19、牢靠性好。 从上述经济比较看，投资有所削减，并且系统丰富的统计管理功能提高了运行管理效率 ，降低了运行维护成本。因此，在新建机组中建议采纳方案3。参考文献1 阳宪惠现场总线技术及其应用M北京：清华高校出版社，11019. 2 张常年等计算机通信与工业限制M北京：化学工业出版社，2002.3 周明现场总线限制M北京：中国电力出版社，2002.4 李子连现场总线技术在电厂应用综述M北京：中国电力出版社，2002. 5 周明现场总线限制M北京：中国电力出版社，2002. 第14页 共14页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页