摘要：随着计算机技术和现代控制技术的飞速发展，DCS对发电机组监控覆盖面日趋完善，其渗透深度也随之增强，控帝l系统正由封闭的集中体系加速向开放分布式体系发展。本文以DCS控制系统为背景，介绍了它在大型火电厂电气监控系统中的应用过程和方式。 随着计算机和通信技术的发展以及控制和管理要求的不断提高，控制系统正由封闭的集中体系加速向开放分布式体系发展。集中式控制系统有一些明显的缺点，即随着现场设备的增加，系统布线十分复杂，成本大大提高，抗干扰性较差，灵活性不够，扩展不方便等。为了从根本上解决这些问题，必须采用分布式控制系统O)cs)来取代独立控制系统。八十年代初，我国发电厂最初使用DCS的的范围仅限于热工自动化，即对机、炉一些设备的控制。由于火电厂电气专业的需求，加上计算机技术的日益完善，DCS在电气自动化方面得以广泛运用。特别是最近几年DCS在大型火电厂电气系统监控上的应用，使得电厂的安全运行系数大大提高，从而带来了可观的经济效益。目前，我国300MW及以上的机组，单元控制室机炉都利用了DCS进行控制，在运行和使用方面，我国已经积累的多年的实践经验和基础。
摘要：随着计算机技术和现代控制技术的飞速发展，DCS对发电机组监控覆盖面日趋完善，其渗透深度也随之增强，控帝l系统正由封闭的集中体系加速向开放分布式体系发展。本文以DCS控制系统为背景，介绍了它在大型火电厂电气监控系统中的应用过程和方式。
随着计算机和通信技术的发展以及控制和管理要求的不断提高，控制系统正由封闭的集中体系加速向开放分布式体系发展。集中式控制系统有一些明显的缺点，即随着现场设备的增加，系统布线十分复杂，成本大大提高，抗干扰性较差，灵活性不够，扩展不方便等。为了从根本上解决这些问题，必须采用分布式控制系统O)cs)来取代独立控制系统。八十年代初，我国发电厂最初使用DCS的的范围仅限于热工自动化，即对机、炉一些设备的控制。由于火电厂电气专业的需求，加上计算机技术的日益完善，DCS在电气自动化方面得以广泛运用。特别是最近几年DCS在大型火电厂电气系统监控上的应用，使得电厂的安全运行系数大大提高，从而带来了可观的经济效益。目前，我国300MW及以上的机组，单元控制室机炉都利用了DCS进行控制，在运行和使用方面，我国已经积累的多年的实践经验和基础。
一、电气系统控制的特点
(一)电气设备相对热工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，时常几个月或更长时间才操作一次。
(二)电气设备保护自动装置要求可靠性高，动作速度快。发变组保护动作速度要求在40ms以内;自动准同期采用同步电压方式，转速、电压调整和滑压控制要求在5ms以内;电压自动调整装置快速励磁要求时间极短;厂用电快切装置快速切换时间一般<60～80ms，同步鉴定相位差50-20°。
(三)300MW及以上机组一般每2台机组共用1台起/备变，任一机组检修都不能影响另l台机组的正常运行，因此DCS控制应考虑其控制方式，确保只能有1台机组的DCS实现对共用部分的控制，同时另一机组DCS能够实现实时监视，并且这种操作控制权能实现切换。
因此，机组的电气系统纳入DCS控制，要求控制系统具有很高的可靠性。除了能实现正常起停和运行操作外，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导和应急处理措施，保证电气系统自动控制在最安全合理的工况下工作。
二、DCS电气系统监控的对象
(一)机变系统：发电机有功功率，无功功率，定子电流、电压，负序电流，频率，功率因数，中性点电流，自动同期装置，发变组出口断路器，主变油温，主变绕组温度，氢气纯度及露点，机变系统故障及异常告警。
(二)发电机励磁系统：励磁变压器绕组温度，励磁电流、电压。
(三)直流系统：直流电压、电流，直流通讯通道，直流系统故障及异常告警。
(四)UPS不间断电源及保安系统：UPS母线上电压，保安段母线电压。
(五)厂用电源快切装置：快切开关电压、电流，快切故障及异常告警。
(六)6KV母线工作及备用进线断路器：断路器分合状态，断路器电压、电流
(七)6KV母线各个机炉负荷断路器：断路器分合状态.断路器电压、电流
(八)6Kv母线各个变压器(如低压变.公用变，除尘变。输煤变)高压侧断路器：断路器分合状态，断路器电压、电流。
三、电气系统纳入DCS控制水平及技术要求
机组自启停控制的要求是：机组正常启动时，当发电机达到额定转速时，DCS将投入AVR。当发电机电压达到额定值时，DCS将投入同期装嚣。发电机与电网的同期是由同期装置自动实现，在同期过程中通过DCS控制AVR、DEH，当同期条件满足时，向发电机断路器发合闸指令。在同期合闸成功，发电机电负荷达到一定值之后，DCS将高压厂用电系统快速从启备变切换到高压厂变上。
机组正常停机时，DCS控制降低机组负荷，当机组负荷降到某一定值时，DCS将高压厂用电系统快速切换到启?备变系统供电;当机组负荷继续降到零，跳开主开关，联跳汽轮机(主气门关闭)，发电机灭磁。
四、DCS电气数据采集过程
在大型发电厂的电气系统中，现场的电气量主要有电压、电流、功率、频率、功率因数、温度等模拟信号和电度量脉冲信号。电压、电流、功率、频率、功率因数、温度等模拟信号经转换模数器转换到4—20mA的真流信号。电度量脉冲信号中的经频率，电流转换器转换后会变成4—20mA的直流信号。经转化后的直流信号引入马夕林柜，再由马夕林柜送到DCS处理模件，再通过AP自动处理器再到CP通讯处理器，把信号送到运行人员监视的CRT画面中去。在DCS中还可以设置参数运行的最大值或最小值，如果运行的数据超出范围，CRT画面上就会有报警显示，运行人员可以及时发现并处理问题。
五、DCS中的电气设备状态指示监控方式
现场的电气范围内的设备状态指示主要是指断路器和隔离开关的分、合和故障等状态。其中，6kv的高压断路器有合闸、分闸、故障和试验位置四种状态，400V低压断路器有台闸、分闸和故障三种状态.
110kv、220kv、330kv和500kv系统的断路器及隔离开关有合闸、分闸和故障三种状态，接地刀有分闸和合闸两种状态。以上各种状态在GEB和CRT上都有指示。6kV的馈线断路器挂有接地刀。接地刀的分、合状态在GEB和CRT上无指示，其状态只用于构成开关的控制逻辑。6kV、400V断路器位于主厂房内的高压配电室室和低压配电室。其状态直接由位于断路器装置上的断路器辅助接点送到马夕林柜进入DCS。
而1l0kv、220kv、330kv和500kv系统的断路器、隔离开关和接地刀位于远离电子室的开关站，其状态先进到电子室内的电气中问继电器柜.经中间继电器柜将开关状态接点数目扩充后，一部分接点送1 10kv、220kv、330kv和500kv系统的控制盘、继电器柜和远动柜使用，另一部分接点送到马夕林柜进入DCS实现控制、监视。这样避免了所有断路器的接点都从开关站接出，节省了大量电缆及电缆通道。所有以上的信号都是数字输入信号，当设备从一个状态变到另一个状态时。状态的变化会在oT操作员终端上自动加上时间标识，通过DCS事件顺序记录。对开关的动作顺序及时问一目了然.便于放障分析，并可通过打印机将其打印出来。同时在CRT画面上自动出现提示.提醒运行人员注意。
六、DCS的电气主要设备控制过程
(一)发电机的启动并网控制：由DES发选同期电压命令至自动准同期装置，自动准同期装置在收到DCS的同期电压命令后接入同期电压，然后由DCS对待并发电机发出合闸命令至自动准同期装置使其带电，由自动准同期装置通过对AVR及DEH发出自动调压和调频信号，待电压和频率满足同期条件，符合并网条件时，自动准同期装置输出接点至出口断路器合闸。当出口断路器一侧无电压时，自动准同期装置自动解除同期闭锁，发信号至DCS由运行人员确认后使断路器不经同期合闸。
(二)发电机的正常停机控制：厂用负荷经厂用快切装置将高压工作变压器切换至备用变接待后，由DEH和AVR自动调节发电机减负荷，负荷降为零后。确证汽轮机已无蒸汽进入后通过DCS发跳闸指令，发电机出口断路器分闹，通过AVR减小发电机励磁电流，降发电机电压接近零后，根据DCS系统提示，通过CRT键盘操作断开灭磁开关，最后退出AVR。
(三)发变组出口断路器的分、合控制：发变组出口断路器的合闸由运行人员给DCS发同期合闸指令，通过启动同期装置，当同期装置判断同期条件满足后，发合闸指令至断路器合闸回路使之闭合。发变组出17：1断路器的分闸则不需通过同期装置，而是通过DCS发出的指令直接至断路器分闸回路使之分开。
(四)6kv和380v断路器的分、合控制：无需检同期合闸，由DCS发指令直接分合闸断路器。
(五)柴油发电机组的控制：柴油发电机可通过DCS自动启动，或在柴油发电机自动控制柜上手动启动。自动启动或者手动启动都得通过CRT和鼠标选择窗口提前设置。柴油发电机在DCS中自动启动时不需要检同期合闸，采用先断后合的串联方式。当保安段母线失压时，跳保安段工作电源进线断路器，确认保安段母线无故障且保安段工作电源进线断路器已跳闸且备用进线侧有电压后由DCS发保安段备用进线断路器合闸指令使之闭合。当备用电源投入后保安段母线仍失压时，跳保安段备用电源进线断路器及保安段分段断路器。冉次确认保安段母线无故障，保安段备用电源迸线断路器已跳闸，则由DCS发出启动柴油发电机指令，58通过柴油发电机配套的机组自动控制柜最终实现保安母线供电。
(六)厂用快切装置的控制：厂用电源自动快速切换装置与DCS之间采用硬接线接口。通过DCS和微机型厂用电切换装置实现正常情况下备用电源与工作电源之间的双向切换，以及事故或异常情况下工作电源向备用电源单向切换。切换方式的选择即可在DCS上进行，也可在切换装置上进行。厂用电源切换成功后，切换装置将发信号给DCS。对切换过程的信息DCS可显示、存储、记录、提示、报警、闭锁。
七、DCS电气设备故障及异常告警过程
现场控制单元内置了以传送控制数据为主体的控制通道，以及以支持多功能处理器获得接口的扩展总线。这两级总线及总线及其相应的设备，就把现场控制单元变成了系统的一个节点。向整个系统提供它所连接I/O的数据信息和状态。不同功能的现场控制单元连接着不同的I/O，完成着不同的数据采集和故障及异常判别。现场控制单元HCU的核心多功能处理器CPU具有对现场数据的采集以及是否发生异常的判别能力。当确定为出现异常时，处理器便产生相应的报告，同时向其他系统设备通报已出现的报警信息。在接到HCU所发出的报警报告后，由人系统接口HIS完成报警数据的汇总、排序、分类、保存，以及支持运行人员的操作等。人系统接口CRT则为运行人员提供一个显示窗口，使得运行人员能够借助它了解故障过程及所发生的异常情况，及时做出相应措施，防止事故的发生。
八、DCS在电气监控中的应用前景探讨
DCS控制系统自1975年问世以来，取代了六十年代起主导地位的PLC，经过近三十多年的发展，它逐步完善，其功能和性能得到了巨大的提高，可以满足火电厂DAS、YlCS、SCS和APS各系统的各种要求，DCS控制系统的监控可以覆盖大型火电厂的工艺全过程。虽然有人预测未来新型的控制系统(如FCS现场总线控制系统)将会取代DCS分散式控制系统，但目前DCS在国内大型火电厂电气监控起主角的地位，而且至少lo年内这种主导局面将不被打破。
九、结论
自从DCS纳入火电厂电气监控系统后，大大增加了发电厂电气系统的安全系数，提高了运行管理水平，节省了成本，创造了可观的经济效益。由此可见，发展DCS是我国电力发展和电气系统管理发展的必然趋势。随着计算机技术和现代控制技术的飞速发展，DCS对发电机组监控覆盖面日趋完善，其渗透深度也随之增强。近年来，无论是新建的大型火力发电机组还是老机组进行热工自动化改造，其所设计的DCS系统控制功能已不仅仅局限于热机系统的监视、控制及大联锁等，发电机一变压器组、厂用电系统乃至线路开关的控制也纳入DCS中，甚至像自动同期、励磁、继电保护等指标、可靠性要求很高的专用设备，也有人尝试用DCS(型St计专用智能板件)来实现其功能。因此，发电厂安全经济运行对DCS的依赖性也越来越大。
