摘 要：文章論述了包頭二電廠300MW工程采用了國電智深DCS控制系統(tǒng)，它兼有電氣系統(tǒng)的控制功能。該DCS由自動控制系統(tǒng)、過程控制與信息系統(tǒng)、工程師站、診斷系統(tǒng)、歷史站組成，其在電氣系統(tǒng)的功能為電氣模擬、數(shù)字量的采集與處理、電氣開關(guān)控制等。介紹了DCS控制電氣系統(tǒng)的特點。
關(guān)鍵詞：DCS；電氣系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；開關(guān)控制
1 DCS電氣控制系統(tǒng)簡介
1．1 DCS的組成
　　目前我國發(fā)電廠采用的分散控制系統(tǒng)（DCS）主要是新華和智深公司的產(chǎn)品，這兩家公司的DCS結(jié)構(gòu)和操作方式不盡相同，但功能一般由數(shù)據(jù)采集（DAS）、順序控制（SCS）、模擬量控制（MCS）、爐膛安全（FSSS）等系統(tǒng)組成，本文著重介紹與電氣系統(tǒng)密切相關(guān)的DAS和SCS。
1．2 DCS 電氣控制系統(tǒng)的功能
　　DAS貫穿整個DCS控制過程，用于采集和處理機組的測點信號和設(shè)備狀態(tài)信號，提供機組運行信息并進行數(shù)據(jù)存儲、制表、記錄和性能分析。DAS能及時反應異常工況，用報警和圖象顏色及閃動變化反應故障信息，實現(xiàn)機組安全運行。
　　SCS通常用于鍋爐、汽機及輔機系統(tǒng)的順序控制，在DCS中加入了發(fā)變組系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)的順序控制。SCS按結(jié)構(gòu)可分為機組級、功能組級、子功能組級。機組級順控包括對機組重要參數(shù)的監(jiān)視與自動控制，它建立在功能組級順控基礎(chǔ)上；一個功能組是指某一工藝系統(tǒng)的所有輔機及相關(guān)設(shè)備的集合；另一個子功能組是指某個設(shè)備組（如1臺給水泵及其前置泵、液力耦合器等相關(guān)設(shè)備）。順控系統(tǒng)在啟動和停止過程中一般在重要的節(jié)點設(shè)置斷點，在運行人員確認滿足條件后繼續(xù)執(zhí)行命令，而且每步指令發(fā)出后都有執(zhí)行情況的反饋信號，如果程序執(zhí)行有誤，則發(fā)出報警信號并轉(zhuǎn)入安全運行狀態(tài)。一般的順控程序都應設(shè)置優(yōu)先等級，即聯(lián)鎖保護優(yōu)先于手動操作，手動操作優(yōu)先于自動操作。
2 DCS在電氣系統(tǒng)的應用
2．1 系統(tǒng)組成
　　智深DCS包括分布式處理單元（DPU）、操作員站（OPU）、歷史數(shù)據(jù)站（HSU）、工程師站（ENG）、計算站（CAC），各系統(tǒng)問通過在工業(yè)控制領(lǐng)域已得到廣泛應用的以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)連接。
2．2 DCS 中電氣系統(tǒng)的布置與功能
2．2．1 電氣設(shè)備的布置
　　在DCS中電氣系統(tǒng)設(shè)備包括汽機電氣設(shè)備問的端子柜、繼電器柜和控制柜。端子柜用于電氣量的采集和轉(zhuǎn)接擴展；控制柜用于DPU中電氣SCS邏輯的實現(xiàn)和OPU遠方操作指令的處理，在DPU中用于電氣開關(guān)控制的模件主要有開關(guān)量處理模件、變送器模擬量處理模件和開關(guān)量耦合模件，部分電氣量采用有冗余的DPU模件，以提高重要開關(guān)操作和運行的安全性；繼電器柜用于開關(guān)控制命令輸出，繼電器的接點輸出可以保證強、弱電完全隔離。電氣系統(tǒng)設(shè)備在DCS中的布置見圖1。

2．2．2 電氣設(shè)備的功能。
　　圖1中，發(fā)變組及廠用電系統(tǒng)在DCS中，完成發(fā)變組出口開關(guān)控制，勵磁開關(guān)控制和勵磁調(diào)節(jié)器（AVR）調(diào)節(jié)通道選擇及手動調(diào)節(jié)，發(fā)變組出口開關(guān)同期裝置投入與推出，高、低壓廠用配電裝置電源開關(guān)控制，高壓廠用電源快切裝置手動切換和裝置閉鎖及復歸，低壓廠用變壓器高、低壓側(cè)開關(guān)控制，高、低壓電動機控制等。公用系統(tǒng)包括啟動、備用變壓器高壓側(cè)開關(guān)控制和有載調(diào)壓操作，高、低壓公用負荷（如循環(huán)水和輸煤變壓器）開關(guān)控制380V公用段和照明段電源開關(guān)控制等。二臺機組的DCS都可以控制公用系統(tǒng)的開關(guān)，這樣可以滿足一臺機組檢修時不影響另一臺機組的正常運行。二臺機組都運行時，一臺機組的DCS控制公用系統(tǒng)，另一臺機組的DCS進行監(jiān)視，并可以互換。
　　獨立系統(tǒng)包括柴油發(fā)電機自啟動、AVR自動調(diào)壓、發(fā)變組出口開關(guān)同期裝置電壓頻率調(diào)節(jié)、整流柜及UPS狀態(tài)切換等。它們自動完成各自的邏輯，在CAC中交換數(shù)據(jù)格式后通過總線與OPU聯(lián)接，用于DCS對這些系統(tǒng)遠方監(jiān)視。
2．3 電氣數(shù)據(jù)的采集與顯示
2．3．1 電氣量的采集
　　發(fā)變組出口開關(guān)的合跳狀態(tài)信號和非電量信號（如SF6泄漏、油泵故障）由升壓站斷路器控制箱送至DCS端子柜。高、低壓廠用配電裝置開關(guān)的合跳狀態(tài)，保護動作信號由各配電裝置的相應間隔保護裝置發(fā)出至端子柜。
　　發(fā)電機勵磁開關(guān)的合跳狀態(tài)和AVR 裝置故障（如啟勵故障、整流橋熔斷器熔斷等）由AVR 柜送出，另外AVR 工作在自動通道時，裝置所處的狀態(tài)信號也由AVR隨時送至DCS。
　　主變和高廠變溫度、瓦斯等非電量信號和通風控制系統(tǒng)信號由變壓器本體送至端子柜，啟備變有載調(diào)壓開關(guān)位置信號和啟備變非電量信號由啟備變本體送至端子柜。低廠變（干式變壓器）溫度數(shù)據(jù)由低廠變溫控器送出。
　　發(fā)電機、主變、高廠變保護裝置發(fā)出的發(fā)變組系統(tǒng)故障信號由汽機電子設(shè)備間的發(fā)變組保護柜送到端子柜。啟備變保護裝置發(fā)出的啟備變故障信號由汽機電子設(shè)備間的啟備變保護柜送出。
　　發(fā)變組出口開關(guān)同期裝置的狀態(tài)信號（同期合閘、裝置失電或故障等）由同期裝置屏送到端子柜高壓廠用電源快切裝置狀態(tài)信號（切換完畢、裝置故障等）由廠用快切裝置屏送出。發(fā)變組故障錄波器的裝置自身故障信號（如裝置異?；蜓b置失電等）由錄波器送出。直流系統(tǒng)的整流柜運行狀態(tài)、蓄電池狀況、直流母線故障信號和各負荷開關(guān)狀態(tài)信號由直流配電裝置送到端子柜。UPS系統(tǒng)的UPS機柜故障、逆變器運行等信號和各負荷開關(guān)狀態(tài)信號由UPS機柜送到端子柜。
　　發(fā)電機模擬量數(shù)據(jù)如定子電流、電壓、頻率、功率和主變高壓側(cè)模擬量數(shù)據(jù)經(jīng)變送器送至端-y：柜高、低壓廠用配電裝置，直流，UPS的母線電壓、電流數(shù)據(jù)從各配電裝置經(jīng)變送器至DCS。高、低壓電動機電流，有功功率（電度）分別由電動機電源開關(guān)柜（6kV配電裝置、380V動力中心PC和電動機控制中心MCC）經(jīng)變送器送出。
2．3．2 電氣量的顯示和控制
　　所有電氣模擬量（電流、電壓、功率、變壓器溫度等）和開關(guān)位置信號以及模擬量的設(shè)定值都通過DPU經(jīng)總線系統(tǒng)送至OPU的監(jiān)視器或大屏幕顯示。監(jiān)視器和大屏幕上的被控量通過顏色變化表示開關(guān)狀態(tài)的改變以及模擬量是否超限，開關(guān)故障時故障信號接人OPU并打開二級窗口顯示故障的詳細內(nèi)容。模擬量還可以用棒狀圖的形式顯示，而且當前值和設(shè)定值用不同的顏色表示，以增加直觀性。采集的電氣模擬量可以在OPU內(nèi)進行計算和統(tǒng)計分析并繪制曲線打印輸出。所有電氣開關(guān)的遠方操作指令都是從0PU的大屏幕或監(jiān)視器輸出的，指令首先輸出至DPU，由DPU的模件確認開關(guān)操作的其他條件是否滿足，如果滿足則把指令送給繼電器柜，用串聯(lián)到電氣開關(guān)控制回路中的繼電器動作接點實現(xiàn)開關(guān)遠方合跳。
2．4 電氣開關(guān)控制邏輯
　　DCS在發(fā)變組系統(tǒng)出口斷路器和高、低壓廠用配電裝置電源斷路器控制中主要用于替代傳統(tǒng)的遠方手動操作開關(guān)，開關(guān)遠方合跳的各項條件判斷通過程序在DCS中實現(xiàn)。
2．4．1 順序控制
　　在電動機開關(guān)控制中，DCS除替代遠方操作按鈕外，更重要的是實現(xiàn)了SCS順序控制。汽機和鍋爐電動機屬于SCS 功能組或子功能組，其控制分為SCS軟操作和就地按鈕操作二種方式，其中軟操作又可分為SCS程控操作和監(jiān)視器手動操作。電動機控制及其聯(lián)鎖邏輯包括在SCS功能組中，通過程序?qū)崿F(xiàn)，不設(shè)置傳統(tǒng)用于完成電動機聯(lián)鎖的邏輯柜（繼電器柜）。
2．4．2 斷路器的DCS控制邏輯
　　圖2，3是發(fā)變組出口斷路器的DCS控制邏輯。



　　由圖2，3可以看出，斷路器遠方控制分為手動和程控2種方式，手動控制相當于傳統(tǒng)遠方控制開關(guān)的功能。
　　在合閘邏輯中加入了傳統(tǒng)硬接線完成的遠方控制、開關(guān)斷開位置、勵磁開關(guān)合閘位置和網(wǎng)控計算機送來的微機五防等合閘條件。合閘程序在判斷斷路器位置時，采用了分別把斷路器常開和常閉接點送人程序，再經(jīng)非門和與門判斷加以確認的方法提供真實的開關(guān)狀態(tài)，防止誤判。
　　發(fā)電機啟動邏輯中與電氣相關(guān)的內(nèi)容主要有：發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到2900r／min一合勵磁開關(guān)一投ASS一投ASS一調(diào)AVR、DEH一合斷路器；發(fā)電機停機邏輯中與電氣相關(guān)的內(nèi)容主要有：廠用電源快速切換一調(diào)DEH一跳斷路器一調(diào)AVR一跳勵磁開關(guān)。因為發(fā)變組出口斷路器合跳屬于發(fā)電機程控啟、停機的一部分，斷路器程控控制時，除原有電氣條件外還增加了發(fā)電機程控啟、停機的條件。在程控跳閘邏輯中用程序的方式加入了遠方控制、廠用切換成功（母線電壓合格、工作備用開關(guān)位置正確）、發(fā)電機功率降為0的跳閘條件。
2．4．3 電氣開關(guān)控制邏輯
　　電氣開關(guān)控制邏輯并非全部由DCS實現(xiàn)，圖4、5是幾個電氣開關(guān)控制的原理圖。

　　圖4是發(fā)變組出口斷路器遠方合閘原理圖。回路中加入了由硬接線實現(xiàn)的同期合閘接點ASS K1，發(fā)電機程控啟動時，首先投入同期裝置，同期裝置條件滿足后K1閉合，然后由程序控制DCS合閘接點接通，斷路器合閘。
　　圖5是6kV配電裝置工作電源進線開關(guān)跳閘原理圖。圖中的就地跳閘按鈕接點、快切跳閘接點以及保護跳閘接點都是由硬接線實現(xiàn)的。另外如低廠變高壓側(cè)開關(guān)跳閘需連跳低壓側(cè)開關(guān)，380V保安段備用進線開關(guān)在檢測到保安段失電和備用電源出口開關(guān)閉合信號后，可以自動合閘，都由電氣硬接線實現(xiàn)。
2．5 電氣后備監(jiān)控設(shè)備的布置
　　集控BTG 盤上只保留少數(shù)電氣表計作為后備監(jiān)視設(shè)備，它們是發(fā)電機定子線電壓表、定子相電流表、發(fā)電機有功功率表、發(fā)電機無功功率表、發(fā)電機勵磁電流表、6kV 母線電壓表、啟／備變電源電壓表。這些表計的信號來源于發(fā)變組和廠用系統(tǒng)的變送器，不需要經(jīng)過DCS處理。
　　BTG盤上保留主要的電氣報警光字，光字閃光和音響信號由DCS閃光報警器實現(xiàn)，如果電氣系統(tǒng)能送出兩對故障接點，則一對送至DPU端子柜，另一對送至報警器，否則由DPU的開關(guān)量耦合模件經(jīng)端子柜擴展轉(zhuǎn)送至閃光報警器。
　　CRT操作臺上只有少數(shù)電氣后備控制按鈕，它們是發(fā)變組出口開關(guān)緊急跳閘按鈕、勵磁開關(guān)緊急跳閘按鈕、備用電源緊急啟動按鈕、交直流潤滑油泵緊急啟動按鈕。
3 DCS控制電氣系統(tǒng)的特點
　　DCS控制的廠用電源系統(tǒng)不設(shè)獨立的硬手操按鈕。因此在廠用電源系統(tǒng)受電前，DCS 系統(tǒng)中與受電有關(guān)的設(shè)備安裝、調(diào)試及投運必須完成。同樣，受電后DCS安裝調(diào)試進度還要滿足各工藝系統(tǒng)逐漸開始的分部試運要求。在包頭第二熱電廠1號機組試運中，因為一些工藝系統(tǒng)的DCS調(diào)試速度較慢，部分高壓電動機空載試運轉(zhuǎn)時，不得不在高壓開關(guān)柜外設(shè)置臨時啟、停按鈕，即相當于遠方操作，影響了試運進度。
　　DCS在電氣系統(tǒng)中發(fā)揮的作用是明顯的。例如，用監(jiān)視器鼠標操作斷路器可以避免由于控制開關(guān)機構(gòu)或接點損壞造成的開關(guān)拒動或誤動；在重要操作前，OM給運行人員的文字提示可以有效防止開關(guān)誤操作；用SCS程序?qū)崿F(xiàn)電動機聯(lián)鎖，可防止某個繼電器故障對系統(tǒng)造成的不良影響，并滿足開關(guān)快速反應的要求。
　　對于電氣故障，如開關(guān)異常變位或模擬量超限等，都可以在監(jiān)視器或大屏幕上報警。同時，將電氣重要開關(guān)的保護動作情況送入SoE（按動作順序的事件追憶系統(tǒng)），可以在故障發(fā)生以后打印，即以s為單位，記錄跳閘前后10min 內(nèi)模擬量和開關(guān)量的變化，便于對故障原因進行分析。
　　總之，從發(fā)展趨勢看，以前相對獨立的電氣控制回路將逐步被DCS程序取代。