全廠(chǎng)電氣綜合控制系統XNCS方案介紹
點(diǎn)擊次數：4741 更新時(shí)間：2011-07-26
摘要：本文通過(guò)對電氣綜合控制系統（XNCS）方案的概述，闡明實(shí)現全廠(chǎng)電氣自動(dòng)化與DCS系統一體化是中國火電廠(chǎng)適應電力市場(chǎng)、提高整個(gè)電廠(chǎng)安全、經(jīng)濟運行從平和目動(dòng)億從平的一條有效途徑。通過(guò)對新華公司在火電廠(chǎng)頂目中的實(shí)踐介紹，刀圖為以后火電廠(chǎng)電氣自動(dòng)化工程提供有益借鑒。
■電氣綜合自動(dòng)化系統的設計原則
全廠(chǎng)電氣綜合自動(dòng)化系統采用分層、分布、分散全微機綜合目動(dòng)化系統技術(shù)，整個(gè)系統直接建立在XDPS系統平臺的基礎上，同時(shí)又將各臺機組的XDPS系統相互連接起來(lái)，實(shí)現全廠(chǎng)控制系統平臺統一和數據集中的一體化控制方案，滿(mǎn)足分散控制和集中管理的要求。
根據電廠(chǎng)的單元機組的運行控制的要求，我們認為電廠(chǎng)的電氣綜合自動(dòng)化系統[XNCS]可以從橫向分為機組電氣自動(dòng)化系統[ECS]，升壓站控制系統。ECS系統指從6kV廠(chǎng)用電母線(xiàn)到電廠(chǎng)側的所有工廠(chǎng)房?jì)鹊碾姎庠O備的監視和控制，包括與單元機組運行直接相關(guān)的電氣設備的監控和保護;ECS系統的劃分以機組為單位，每套機組有一套ECS系統，完成單元機組電氣自動(dòng)化。ECS系統的功能直接通過(guò)DCS平臺實(shí)現，用CRT/鍵盤(pán)操作方式取代盤(pán)臺上一對一的硬手操方式，不另外獨設立電氣自動(dòng)化系統，實(shí)現了機、電、爐的全局數據共享，減少了自動(dòng)化孤島及系統數據交換的瓶頸，減少系統維護人員的工作量。升壓巧控制系統的劃分以電廠(chǎng)為單位，實(shí)現對于升壓站的監控。
全廠(chǎng)電氣綜合自動(dòng)化系統[XNCS]完成整個(gè)電廠(chǎng)的電氣系統和升壓巧電氣系統的監控和保護功能，提供整個(gè)電廠(chǎng)的電氣運行維護平臺，電氣運行維護人員可以直接在此綜合平臺上實(shí)現對于全廠(chǎng)的電氣設備統一維護，由各機組運行人員實(shí)現對于機組電氣設備的運行操作，即實(shí)現對于電氣設備的分散控制和集中管理的功能;同時(shí)通過(guò)遠程通道接受上級調度的調度指令，進(jìn)行廠(chǎng)內的（機組負荷經(jīng)濟分配，實(shí)現電廠(chǎng)出力控制，進(jìn)一步提高電廠(chǎng)效率;通過(guò)電氣控制算法模塊，實(shí)現設備管理和狀態(tài)檢修功能，實(shí)現設備壽命管理，降低維修費用，延長(cháng)設備使用壽命;通過(guò)實(shí)時(shí)成本計算模塊，根據機組運行狀態(tài)統計機組實(shí)時(shí)運行成本，作為實(shí)時(shí)競價(jià)的決策依據，滿(mǎn)足將來(lái)電力市場(chǎng)的實(shí)時(shí)競價(jià)的要求。
整個(gè)電氣綜合自動(dòng)化系統縱向分為兩層，即間隔層與中央控制層。間隔層通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)將各智能微機保護監控單元聯(lián)結起來(lái)。各間隔控制單元均為智能式設備，負責與開(kāi)關(guān)、變壓器、電動(dòng)機等一次設備直接。間隔層的智能單元直接上現場(chǎng)總線(xiàn);中央處理單元[DPU]通過(guò)智能接口連接現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)，實(shí)現間隔層和中央控制層的數據交換，DPU完成規約轉換和邏輯控制的功能。智能單元帶有LCD顯示屏，可直接通過(guò)面板上的觸摸鍵盤(pán)進(jìn)行參數整定和操作，在系統通訊中斷或中央控制層失效的情況，仍能獨立完成間隔層的監測和控制。保護監控單元采用交流采樣技術(shù)，減少系統接線(xiàn)提高數據測量精度和速度。在保護配置上各保護功能獨立，互不影響;各保護測控單元具有故障錄波功能，錄波波形可通過(guò)召喚方式傳送到后臺機，供存檔、顯示、打印。中央控制層設有中央處理單元和MMI站。中央處理單元[DPU]是整個(gè)電氣綜合自動(dòng)化系統的核心，向下連接現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)實(shí)現中央控制層和間隔層的信息交換，向上通過(guò)冗余的以太網(wǎng)與MMI站相連，同時(shí)DPU內置圖形組態(tài)算法可以實(shí)現順序控制和五防閉鎖等邏輯控制功能。MMI站作為整個(gè)系統的人機界面，實(shí)現數據和圖形界面的顯示，以及操作界面。
■火電廠(chǎng)電氣綜合自動(dòng)化的實(shí)現方案
新華控制工程有限公司作為具有雄厚實(shí)力的DCS生產(chǎn)廠(chǎng)家，依據其長(cháng)期從事電廠(chǎng)自動(dòng)化系統設計調試的豐富經(jīng)驗，通過(guò)宅電廠(chǎng)技術(shù)人員合作，將集DCS、ECS、NCS一體化的系統應用于實(shí)際工程中，實(shí)現在部分項目上實(shí)施了機組負荷分配功能，有效地改善了機組運行水平和電廠(chǎng)生產(chǎn)管理，對單元機組電氣自動(dòng)化和升壓站的監控。
1、一體化的系統配置
上圖為某電廠(chǎng)1#機組到6#機組DCS、ECS、NCS一體化系統的構成框圖。在上述系統中，每臺機組具有各自獨立的單元控制系統，機組單元控制系統布置在集控室中。每套機組單元控制系統由DEH、DCS、ECS三個(gè)功能相對獨立的子系統構成，運行人員可以通過(guò)MMI站分別實(shí)現對機、爐、電的監控。DEH、DCS、ECS實(shí)硯一體化設計，通過(guò)雙以太網(wǎng)高速數據公路實(shí)現不同子系統間的數據共享和交換。同時(shí)單獨設立一套NCS系統，作為升壓站的綜合自動(dòng)化系統，實(shí)現對升壓站的監控。NCS系統通過(guò)光纜與各臺機組的ECS系統連接，獲取全廠(chǎng)的電氣設備運行數據。NCS作為全廠(chǎng)電氣運行的綜合平臺，除完成升壓站監控外，還作為全廠(chǎng)電氣維護的平臺。
整個(gè)系統采用新華公司生產(chǎn)的分散控制系統XDPS-400+作為系統平臺，采用統一的硬件平臺，汽機調節系統[DEH]、鍋爐控制系統[DCS]、單元機組電氣控制系統[ECS]、升壓站控制系統[NCS]全部采用XDPS-400+控制系統平臺。各子系統間從功能上相對獨立，同時(shí)又通過(guò)以太網(wǎng)高速數據公路聯(lián)結在一起實(shí)現子系統間數據交換和共享，消除了不同子系統之間的數據接口的瓶頸，實(shí)現系統資源共享，減少了系統設計、調試、安裝、運行、維護的工作量，降低系統造價(jià)。由于每個(gè)子系統并不是以自動(dòng)化孤島的形式存在，而是通過(guò)高速數據公路實(shí)現數據的有機，因而也為加入運行管理模塊提供了良好的基礎。
NCS系統通過(guò)交換機和光纜分別和六套機組單元控制系統互聯(lián);NCS系統向下通過(guò)硬接線(xiàn)或通訊萬(wàn)式與電氣保護系統相連。在NCS系統中配置了GPS時(shí)鐘，作為系統時(shí)鐘基準，同時(shí)通過(guò)NCS系統對機組望元控制系統對時(shí)，實(shí)現全系統時(shí)鐘統一系統對外通過(guò)電廠(chǎng)的遠動(dòng)通道與上級調度通訊，接受上級調度的發(fā)電指令，經(jīng)分配后作為各臺機組的發(fā)電指令發(fā)送到機組單元控制系統，控制機組的出力。根據電廠(chǎng)電氣控制系統實(shí)際應用的具體要求，電氣控制系統的具體系統結構如下圖所示。
2、分層分布式的系統結構
從整個(gè)系統上看，系統采用分層分布式的系統結構。
分層:縱向上分為兩層:間隔層和中央控制層。
分布:具有兩層言義
●系統根據電廠(chǎng)電氣設備的布置特點(diǎn)和功能分為ECS系統[布置在集控室]和NCS系統[布置在網(wǎng)控室]。
●間隔層單元按分布式布置，有條件時(shí)可將單元裝置直接安裝在開(kāi)關(guān)柜上，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同中央層的設備通訊。
在功能分配上，采用可以盡量下放的原則，凡是可以在本間隔單元就地完成的功能絕不依賴(lài)通訊網(wǎng)。這樣的系統具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn):
●系統的可靠性高，任一部分設備有故障時(shí)只影響局部;
●可擴展性與靈活性提高;
下面是對系統的各控制單元具體說(shuō)明:
2.1中央控制單元[DPU]
DPU是電氣綜合自動(dòng)化系統的通訊樞紐，協(xié)調間隔設備的數據、命令交換，收集變電站不同類(lèi)型的實(shí)時(shí)數據，以不同規約、不同的通訊媒介向調度控制站轉發(fā)，同時(shí)也接收來(lái)自上級調度控制站的下行命令，轉發(fā)至各間隔設備單元。因具重要性，設計時(shí)采用雙機配置，互為監視，自動(dòng)切換，確?？煽?。
中央控制單元功能:
1.收集智能設備間隔單元數據信息并轉發(fā)至主控端;
2.接收主控端控制命令，轉送至相應間隔單元設備;
3.監視各間隔的運行狀態(tài)，發(fā)現異常及時(shí)告警;
4.可支持各種現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)同智能設備連接;
5.通訊速率可在線(xiàn)設定;
6.支持遠方在線(xiàn)參數設定;
7.通訊協(xié)議可由用戶(hù);
8.可提供雙機熱備份方案;
9.完成可編程邏揖控制功能。
2.2人機接口工作站[MMI]
MMI站作為整個(gè)系統的人機接口工作站完成數據和畫(huà)面顯示并為運行人員提供操作界面。MMI站采用WlNDOWSNT操系統，應用系統軟件采用新華公司研制開(kāi)發(fā)XDPS-400+軟件包，并具有下列功能:
●數據采集和處理
[1]全廠(chǎng)各種模擬、狀態(tài)量、電度量采集，并以圖形表格方式顯示記錄；
[2]測量異常、開(kāi)關(guān)、閘刀和保護動(dòng)作等異常情況報警并記錄；
[3]實(shí)時(shí)數據統計，累加并記錄
[4]事件順序記錄（SOE）打??；
[5]故障錄波波
[6]保護參數整定及記錄；
[7]對有功和無(wú)功積分計算統計電度量；
●圖形功能
[1]提供電力系統標準圖元符號，作圖時(shí)直接調用，使畫(huà)面標準、統一；
[2]提供豐富而便利的圖形編輯功能，畫(huà)面設計方便自如；
[3]具有畫(huà)面漫流，無(wú)級縮放功能；
[4]提供電壓棒圖，負荷曲線(xiàn)，系統配置，系統接線(xiàn)等畫(huà)面，發(fā)生故障自動(dòng)提出畫(huà)面；
[5]面向對象的畫(huà)面直接操作，根據所選對象的權限提供相應操作菜單；
[6]畫(huà)面拷屏；
●報表系統
[1]報表編輯的在線(xiàn)生成和修改；
[2]靈活的制表功能，可輕松愉快地生成各種復雜報表；
[3]數據庫的聯(lián)接制表；
[4]定時(shí)打印、實(shí)時(shí)打印或召喚打??；
●控制操作
[1]斷路器的合閘、分閘操作；
[2]馬達的合閘、分閘操作；
[3]電容器組的手動(dòng)投切或自動(dòng)投切；
[4]有載調壓變壓器分接頭的調節操作；
[5]微機五防閉鎖及操作票生成系統；
●保護管理功能
[1]獲取保護設備的運行信息，故障動(dòng)作信息，自檢信息等；
[2]獲取保護運行定值；
[3]修改和下裝保護定值；
[4]保護信號復歸；
●告警功能
[1]開(kāi)關(guān)變位告警；
[2]保護動(dòng)作告警；
[3]測量越限告警；
[4]設備異常告警；
[5]畫(huà)面閃爍，自動(dòng)彈出告警畫(huà)面，且伴有音響告警；
2.3間隔控制單元
間隔層采用智能監控保護單元。繼電保護功能相對獨立，采用保護監控一體化設計，但保護和監控功能相對獨立，單元裝置內由專(zhuān)門(mén)獨立的CPU模塊完成保護功能，本系統保護按被保護的電力設備單元[間隔]分別獨立設置，直接由相關(guān)的CT及pT輸入電氣量，動(dòng)作后由接點(diǎn)輸出，直接操作相應斷路器的跳合閘線(xiàn)圈，保護動(dòng)作后，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )將報告上傳，但保護功能*不依賴(lài)通訊網(wǎng)絡(luò )。測量監控功能的精度高、實(shí)時(shí)性好，由于采用專(zhuān)門(mén)的監控模塊完成本間隔的測量、控制，測量精度<0.5%，事件分辨率<2ms。系統中單元裝置具有保護和監控功能，保護和監控模塊都具有完善的自檢功能，可快速定位任一硬件故障并發(fā)"裝置故障"告警信息，DPU通過(guò)虛擬通道狀態(tài)顯示測量保護單元的工作情況，同時(shí)在測控保護單元上的LCD顯示故障內容，方使現場(chǎng)維護。各單元硬件模塊化設計，相同的硬件配以不同的軟件即可實(shí)現不同的功能，互換性強，使得調試、維護大為簡(jiǎn)便，靈活的系統組態(tài),可根據一次系統的變化，象"搭積木"一樣，將系統加以擴展。
■電氣綜合自動(dòng)化系統實(shí)現的主要功能
火電廠(chǎng)電氣自動(dòng)化應實(shí)現對高低壓電氣設備電氣參數實(shí)時(shí)監測和安全監控，有效地提高電廠(chǎng)運行安全性和可靠性，保證供電電能質(zhì)量;減少值班人員，改善運行人員的工作條件。根據調度指令實(shí)現機組功率的經(jīng)濟分配，提高電廠(chǎng)經(jīng)濟效益，滿(mǎn)足電廠(chǎng)綜合運行管理功能。
3.1發(fā)電機一變壓器組的監控
發(fā)電機順控并網(wǎng)、順控解列:機組正常啟動(dòng)時(shí)，當發(fā)電機達到額定轉速時(shí)，ECS投入AVR;當發(fā)電機達到額定轉速時(shí)，ECS啟動(dòng)同期裝置，在同期合閘成功，友電機負荷達到一定值后，ECS將高壓廠(chǎng)用電源從啟/備變快速并聯(lián)切換至高壓廠(chǎng)變上。機組正常停機時(shí)，DCS控制降低機組負荷，當機組負荷降低到某一定值時(shí)，ECS將高壓廠(chǎng)用電快速并聯(lián)切換至啟/備變;當機組負荷繼續降到零時(shí)，跳開(kāi)主開(kāi)關(guān)，聯(lián)跳汽機主汽門(mén)，發(fā)電機滅磁。
當發(fā)電機突然部分或全部失去勵磁后，根據失磁的嚴重程度，采取減負荷或跳閘將發(fā)電機解列等不同的決策。
3.2發(fā)電機勵磁系統的監控
監視勵磁系統裝置運行狀態(tài)和勵磁開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，根據發(fā)電機的無(wú)功功率，實(shí)現對勵磁系統的主勵、備勵的自動(dòng)增減控制，以及勵磁系統的故障及異常報警。
3.3廠(chǎng)用電系統的監控
實(shí)現高、低壓廠(chǎng)用電系統的實(shí)時(shí)數據采集，對高、低壓廠(chǎng)用電系統進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和饋電開(kāi)關(guān)的控制。采用交流采樣技術(shù)[或通過(guò)電量變送器采用直流采樣]對高、低壓廠(chǎng)用電系統的母線(xiàn)電壓，進(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)電流、電壓、有功、無(wú)功功率及電量的采集。
廠(chǎng)用電系統開(kāi)關(guān)的分/合、試驗、檢修狀態(tài)的監視。
實(shí)現廠(chǎng)用電開(kāi)關(guān)的分/合操作、邏輯閉鎖，檢修掛牌等操作。
3.4廠(chǎng)用電源切換的監控
通過(guò)新華公司生產(chǎn)的備用電源自動(dòng)切換卡件[BZT]實(shí)現對廠(chǎng)用電源切換的監控。正常運行時(shí)，低壓廠(chǎng)用母線(xiàn)分段運行、互為暗備用，并且聯(lián)絡(luò )斷路器與低壓廠(chǎng)用母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)斷路器互為邏輯閉鎖;只有在母線(xiàn)分段時(shí)，低壓廠(chǎng)用母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)斷路器才能合閘;母線(xiàn)不分段時(shí)，一段進(jìn)線(xiàn)斷路器斷開(kāi)，另一段進(jìn)線(xiàn)斷路器才能合上。
3.5啟/備變電源自動(dòng)投切的監控
正常運行時(shí)進(jìn)行電源切換采用經(jīng)同期并聯(lián)切換，并目慢速斷電切換操作為后備方式。
當正常運行時(shí)，工作電源事故跳閘時(shí)，啟動(dòng)備用電源自投回路。當工作電源與備用電源的電動(dòng)勢夾角<20度時(shí)，啟動(dòng)備用電源斷路器合閘回路;當工作電源與備用電源的電動(dòng)勢夾角>20度時(shí)，閉鎖備用電源斷路器合閘回路，只有當工作電源母線(xiàn)殘壓衰減到20%Un時(shí)，才能接通備用電源斷路器合閘回路，即慢速斷電切換。
3.6柴油發(fā)電機和保安電源的監控
實(shí)現柴油發(fā)電機母線(xiàn)電壓，柴油發(fā)電機出口電流、功率，柴油發(fā)電機主開(kāi)關(guān)狀態(tài)和故障報警的監視;完成柴油發(fā)電機的啟?？刂?。
3.7直流系統和UPS系統的監控
實(shí)現直流系統母線(xiàn)電壓，充電器工作狀態(tài)，UPS電壓、電流、頻率，UPS運行狀態(tài)，直流系統主刀閘的分、合狀態(tài)的監視。
3.8發(fā)電機同期系統的監控
發(fā)電機與電網(wǎng)的同期是由同期裝置自動(dòng)實(shí)現，同期過(guò)程中，同期裝置通過(guò)DCS系統控制AVR,DEH。當同期條件滿(mǎn)足時(shí)，向發(fā)電機斷路器發(fā)合閘指令。
■對干電廠(chǎng)電氣自動(dòng)化的展望
隨著(zhù)電力市場(chǎng)改革，廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)成為電力改革的必然趨勢。電廠(chǎng)為適應競價(jià)上網(wǎng)的要求，提高電廠(chǎng)安全經(jīng)濟運行水平和自動(dòng)化水平是必然趨勢。近年來(lái)，DCS系統已廣泛裝備了國內電廠(chǎng)的機組，將DCS\ECS\NCS打通，構成全廠(chǎng)的電氣數據共享平臺（xncs）,實(shí)現系統一體化設計，滿(mǎn)足電廠(chǎng)電氣設備點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，實(shí)現電氣系統的分散運行操作，和設備的統一集中管理功能，為電氣維護人員提供了強有力的工具，有效提高安全經(jīng)濟運行水平和自動(dòng)化水平，減少運行維護費用。
■電氣綜合自動(dòng)化系統的設計原則
全廠(chǎng)電氣綜合自動(dòng)化系統采用分層、分布、分散全微機綜合目動(dòng)化系統技術(shù)，整個(gè)系統直接建立在XDPS系統平臺的基礎上，同時(shí)又將各臺機組的XDPS系統相互連接起來(lái)，實(shí)現全廠(chǎng)控制系統平臺統一和數據集中的一體化控制方案，滿(mǎn)足分散控制和集中管理的要求。
根據電廠(chǎng)的單元機組的運行控制的要求，我們認為電廠(chǎng)的電氣綜合自動(dòng)化系統[XNCS]可以從橫向分為機組電氣自動(dòng)化系統[ECS]，升壓站控制系統。ECS系統指從6kV廠(chǎng)用電母線(xiàn)到電廠(chǎng)側的所有工廠(chǎng)房?jì)鹊碾姎庠O備的監視和控制，包括與單元機組運行直接相關(guān)的電氣設備的監控和保護;ECS系統的劃分以機組為單位，每套機組有一套ECS系統，完成單元機組電氣自動(dòng)化。ECS系統的功能直接通過(guò)DCS平臺實(shí)現，用CRT/鍵盤(pán)操作方式取代盤(pán)臺上一對一的硬手操方式，不另外獨設立電氣自動(dòng)化系統，實(shí)現了機、電、爐的全局數據共享，減少了自動(dòng)化孤島及系統數據交換的瓶頸，減少系統維護人員的工作量。升壓巧控制系統的劃分以電廠(chǎng)為單位，實(shí)現對于升壓站的監控。
全廠(chǎng)電氣綜合自動(dòng)化系統[XNCS]完成整個(gè)電廠(chǎng)的電氣系統和升壓巧電氣系統的監控和保護功能，提供整個(gè)電廠(chǎng)的電氣運行維護平臺，電氣運行維護人員可以直接在此綜合平臺上實(shí)現對于全廠(chǎng)的電氣設備統一維護，由各機組運行人員實(shí)現對于機組電氣設備的運行操作，即實(shí)現對于電氣設備的分散控制和集中管理的功能;同時(shí)通過(guò)遠程通道接受上級調度的調度指令，進(jìn)行廠(chǎng)內的（機組負荷經(jīng)濟分配，實(shí)現電廠(chǎng)出力控制，進(jìn)一步提高電廠(chǎng)效率;通過(guò)電氣控制算法模塊，實(shí)現設備管理和狀態(tài)檢修功能，實(shí)現設備壽命管理，降低維修費用，延長(cháng)設備使用壽命;通過(guò)實(shí)時(shí)成本計算模塊，根據機組運行狀態(tài)統計機組實(shí)時(shí)運行成本，作為實(shí)時(shí)競價(jià)的決策依據，滿(mǎn)足將來(lái)電力市場(chǎng)的實(shí)時(shí)競價(jià)的要求。
整個(gè)電氣綜合自動(dòng)化系統縱向分為兩層，即間隔層與中央控制層。間隔層通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)將各智能微機保護監控單元聯(lián)結起來(lái)。各間隔控制單元均為智能式設備，負責與開(kāi)關(guān)、變壓器、電動(dòng)機等一次設備直接。間隔層的智能單元直接上現場(chǎng)總線(xiàn);中央處理單元[DPU]通過(guò)智能接口連接現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)，實(shí)現間隔層和中央控制層的數據交換，DPU完成規約轉換和邏輯控制的功能。智能單元帶有LCD顯示屏，可直接通過(guò)面板上的觸摸鍵盤(pán)進(jìn)行參數整定和操作，在系統通訊中斷或中央控制層失效的情況，仍能獨立完成間隔層的監測和控制。保護監控單元采用交流采樣技術(shù)，減少系統接線(xiàn)提高數據測量精度和速度。在保護配置上各保護功能獨立，互不影響;各保護測控單元具有故障錄波功能，錄波波形可通過(guò)召喚方式傳送到后臺機，供存檔、顯示、打印。中央控制層設有中央處理單元和MMI站。中央處理單元[DPU]是整個(gè)電氣綜合自動(dòng)化系統的核心，向下連接現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)實(shí)現中央控制層和間隔層的信息交換，向上通過(guò)冗余的以太網(wǎng)與MMI站相連，同時(shí)DPU內置圖形組態(tài)算法可以實(shí)現順序控制和五防閉鎖等邏輯控制功能。MMI站作為整個(gè)系統的人機界面，實(shí)現數據和圖形界面的顯示，以及操作界面。
■火電廠(chǎng)電氣綜合自動(dòng)化的實(shí)現方案
新華控制工程有限公司作為具有雄厚實(shí)力的DCS生產(chǎn)廠(chǎng)家，依據其長(cháng)期從事電廠(chǎng)自動(dòng)化系統設計調試的豐富經(jīng)驗，通過(guò)宅電廠(chǎng)技術(shù)人員合作，將集DCS、ECS、NCS一體化的系統應用于實(shí)際工程中，實(shí)現在部分項目上實(shí)施了機組負荷分配功能，有效地改善了機組運行水平和電廠(chǎng)生產(chǎn)管理，對單元機組電氣自動(dòng)化和升壓站的監控。
1、一體化的系統配置
上圖為某電廠(chǎng)1#機組到6#機組DCS、ECS、NCS一體化系統的構成框圖。在上述系統中，每臺機組具有各自獨立的單元控制系統，機組單元控制系統布置在集控室中。每套機組單元控制系統由DEH、DCS、ECS三個(gè)功能相對獨立的子系統構成，運行人員可以通過(guò)MMI站分別實(shí)現對機、爐、電的監控。DEH、DCS、ECS實(shí)硯一體化設計，通過(guò)雙以太網(wǎng)高速數據公路實(shí)現不同子系統間的數據共享和交換。同時(shí)單獨設立一套NCS系統，作為升壓站的綜合自動(dòng)化系統，實(shí)現對升壓站的監控。NCS系統通過(guò)光纜與各臺機組的ECS系統連接，獲取全廠(chǎng)的電氣設備運行數據。NCS作為全廠(chǎng)電氣運行的綜合平臺，除完成升壓站監控外，還作為全廠(chǎng)電氣維護的平臺。
整個(gè)系統采用新華公司生產(chǎn)的分散控制系統XDPS-400+作為系統平臺，采用統一的硬件平臺，汽機調節系統[DEH]、鍋爐控制系統[DCS]、單元機組電氣控制系統[ECS]、升壓站控制系統[NCS]全部采用XDPS-400+控制系統平臺。各子系統間從功能上相對獨立，同時(shí)又通過(guò)以太網(wǎng)高速數據公路聯(lián)結在一起實(shí)現子系統間數據交換和共享，消除了不同子系統之間的數據接口的瓶頸，實(shí)現系統資源共享，減少了系統設計、調試、安裝、運行、維護的工作量，降低系統造價(jià)。由于每個(gè)子系統并不是以自動(dòng)化孤島的形式存在，而是通過(guò)高速數據公路實(shí)現數據的有機，因而也為加入運行管理模塊提供了良好的基礎。
NCS系統通過(guò)交換機和光纜分別和六套機組單元控制系統互聯(lián);NCS系統向下通過(guò)硬接線(xiàn)或通訊萬(wàn)式與電氣保護系統相連。在NCS系統中配置了GPS時(shí)鐘，作為系統時(shí)鐘基準，同時(shí)通過(guò)NCS系統對機組望元控制系統對時(shí)，實(shí)現全系統時(shí)鐘統一系統對外通過(guò)電廠(chǎng)的遠動(dòng)通道與上級調度通訊，接受上級調度的發(fā)電指令，經(jīng)分配后作為各臺機組的發(fā)電指令發(fā)送到機組單元控制系統，控制機組的出力。根據電廠(chǎng)電氣控制系統實(shí)際應用的具體要求，電氣控制系統的具體系統結構如下圖所示。
2、分層分布式的系統結構
從整個(gè)系統上看，系統采用分層分布式的系統結構。
分層:縱向上分為兩層:間隔層和中央控制層。
分布:具有兩層言義
●系統根據電廠(chǎng)電氣設備的布置特點(diǎn)和功能分為ECS系統[布置在集控室]和NCS系統[布置在網(wǎng)控室]。
●間隔層單元按分布式布置，有條件時(shí)可將單元裝置直接安裝在開(kāi)關(guān)柜上，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同中央層的設備通訊。
在功能分配上，采用可以盡量下放的原則，凡是可以在本間隔單元就地完成的功能絕不依賴(lài)通訊網(wǎng)。這樣的系統具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn):
●系統的可靠性高，任一部分設備有故障時(shí)只影響局部;
●可擴展性與靈活性提高;
下面是對系統的各控制單元具體說(shuō)明:
2.1中央控制單元[DPU]
DPU是電氣綜合自動(dòng)化系統的通訊樞紐，協(xié)調間隔設備的數據、命令交換，收集變電站不同類(lèi)型的實(shí)時(shí)數據，以不同規約、不同的通訊媒介向調度控制站轉發(fā)，同時(shí)也接收來(lái)自上級調度控制站的下行命令，轉發(fā)至各間隔設備單元。因具重要性，設計時(shí)采用雙機配置，互為監視，自動(dòng)切換，確?？煽?。
中央控制單元功能:
1.收集智能設備間隔單元數據信息并轉發(fā)至主控端;
2.接收主控端控制命令，轉送至相應間隔單元設備;
3.監視各間隔的運行狀態(tài)，發(fā)現異常及時(shí)告警;
4.可支持各種現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)同智能設備連接;
5.通訊速率可在線(xiàn)設定;
6.支持遠方在線(xiàn)參數設定;
7.通訊協(xié)議可由用戶(hù);
8.可提供雙機熱備份方案;
9.完成可編程邏揖控制功能。
2.2人機接口工作站[MMI]
MMI站作為整個(gè)系統的人機接口工作站完成數據和畫(huà)面顯示并為運行人員提供操作界面。MMI站采用WlNDOWSNT操系統，應用系統軟件采用新華公司研制開(kāi)發(fā)XDPS-400+軟件包，并具有下列功能:
●數據采集和處理
[1]全廠(chǎng)各種模擬、狀態(tài)量、電度量采集，并以圖形表格方式顯示記錄；
[2]測量異常、開(kāi)關(guān)、閘刀和保護動(dòng)作等異常情況報警并記錄；
[3]實(shí)時(shí)數據統計，累加并記錄
[4]事件順序記錄（SOE）打??；
[5]故障錄波波
[6]保護參數整定及記錄；
[7]對有功和無(wú)功積分計算統計電度量；
●圖形功能
[1]提供電力系統標準圖元符號，作圖時(shí)直接調用，使畫(huà)面標準、統一；
[2]提供豐富而便利的圖形編輯功能，畫(huà)面設計方便自如；
[3]具有畫(huà)面漫流，無(wú)級縮放功能；
[4]提供電壓棒圖，負荷曲線(xiàn)，系統配置，系統接線(xiàn)等畫(huà)面，發(fā)生故障自動(dòng)提出畫(huà)面；
[5]面向對象的畫(huà)面直接操作，根據所選對象的權限提供相應操作菜單；
[6]畫(huà)面拷屏；
●報表系統
[1]報表編輯的在線(xiàn)生成和修改；
[2]靈活的制表功能，可輕松愉快地生成各種復雜報表；
[3]數據庫的聯(lián)接制表；
[4]定時(shí)打印、實(shí)時(shí)打印或召喚打??；
●控制操作
[1]斷路器的合閘、分閘操作；
[2]馬達的合閘、分閘操作；
[3]電容器組的手動(dòng)投切或自動(dòng)投切；
[4]有載調壓變壓器分接頭的調節操作；
[5]微機五防閉鎖及操作票生成系統；
●保護管理功能
[1]獲取保護設備的運行信息，故障動(dòng)作信息，自檢信息等；
[2]獲取保護運行定值；
[3]修改和下裝保護定值；
[4]保護信號復歸；
●告警功能
[1]開(kāi)關(guān)變位告警；
[2]保護動(dòng)作告警；
[3]測量越限告警；
[4]設備異常告警；
[5]畫(huà)面閃爍，自動(dòng)彈出告警畫(huà)面，且伴有音響告警；
2.3間隔控制單元
間隔層采用智能監控保護單元。繼電保護功能相對獨立，采用保護監控一體化設計，但保護和監控功能相對獨立，單元裝置內由專(zhuān)門(mén)獨立的CPU模塊完成保護功能，本系統保護按被保護的電力設備單元[間隔]分別獨立設置，直接由相關(guān)的CT及pT輸入電氣量，動(dòng)作后由接點(diǎn)輸出，直接操作相應斷路器的跳合閘線(xiàn)圈，保護動(dòng)作后，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )將報告上傳，但保護功能*不依賴(lài)通訊網(wǎng)絡(luò )。測量監控功能的精度高、實(shí)時(shí)性好，由于采用專(zhuān)門(mén)的監控模塊完成本間隔的測量、控制，測量精度<0.5%，事件分辨率<2ms。系統中單元裝置具有保護和監控功能，保護和監控模塊都具有完善的自檢功能，可快速定位任一硬件故障并發(fā)"裝置故障"告警信息，DPU通過(guò)虛擬通道狀態(tài)顯示測量保護單元的工作情況，同時(shí)在測控保護單元上的LCD顯示故障內容，方使現場(chǎng)維護。各單元硬件模塊化設計，相同的硬件配以不同的軟件即可實(shí)現不同的功能，互換性強，使得調試、維護大為簡(jiǎn)便，靈活的系統組態(tài),可根據一次系統的變化，象"搭積木"一樣，將系統加以擴展。
■電氣綜合自動(dòng)化系統實(shí)現的主要功能
火電廠(chǎng)電氣自動(dòng)化應實(shí)現對高低壓電氣設備電氣參數實(shí)時(shí)監測和安全監控，有效地提高電廠(chǎng)運行安全性和可靠性，保證供電電能質(zhì)量;減少值班人員，改善運行人員的工作條件。根據調度指令實(shí)現機組功率的經(jīng)濟分配，提高電廠(chǎng)經(jīng)濟效益，滿(mǎn)足電廠(chǎng)綜合運行管理功能。
3.1發(fā)電機一變壓器組的監控
發(fā)電機順控并網(wǎng)、順控解列:機組正常啟動(dòng)時(shí)，當發(fā)電機達到額定轉速時(shí)，ECS投入AVR;當發(fā)電機達到額定轉速時(shí)，ECS啟動(dòng)同期裝置，在同期合閘成功，友電機負荷達到一定值后，ECS將高壓廠(chǎng)用電源從啟/備變快速并聯(lián)切換至高壓廠(chǎng)變上。機組正常停機時(shí)，DCS控制降低機組負荷，當機組負荷降低到某一定值時(shí)，ECS將高壓廠(chǎng)用電快速并聯(lián)切換至啟/備變;當機組負荷繼續降到零時(shí)，跳開(kāi)主開(kāi)關(guān)，聯(lián)跳汽機主汽門(mén)，發(fā)電機滅磁。
當發(fā)電機突然部分或全部失去勵磁后，根據失磁的嚴重程度，采取減負荷或跳閘將發(fā)電機解列等不同的決策。
3.2發(fā)電機勵磁系統的監控
監視勵磁系統裝置運行狀態(tài)和勵磁開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，根據發(fā)電機的無(wú)功功率，實(shí)現對勵磁系統的主勵、備勵的自動(dòng)增減控制，以及勵磁系統的故障及異常報警。
3.3廠(chǎng)用電系統的監控
實(shí)現高、低壓廠(chǎng)用電系統的實(shí)時(shí)數據采集，對高、低壓廠(chǎng)用電系統進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和饋電開(kāi)關(guān)的控制。采用交流采樣技術(shù)[或通過(guò)電量變送器采用直流采樣]對高、低壓廠(chǎng)用電系統的母線(xiàn)電壓，進(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)電流、電壓、有功、無(wú)功功率及電量的采集。
廠(chǎng)用電系統開(kāi)關(guān)的分/合、試驗、檢修狀態(tài)的監視。
實(shí)現廠(chǎng)用電開(kāi)關(guān)的分/合操作、邏輯閉鎖，檢修掛牌等操作。
3.4廠(chǎng)用電源切換的監控
通過(guò)新華公司生產(chǎn)的備用電源自動(dòng)切換卡件[BZT]實(shí)現對廠(chǎng)用電源切換的監控。正常運行時(shí)，低壓廠(chǎng)用母線(xiàn)分段運行、互為暗備用，并且聯(lián)絡(luò )斷路器與低壓廠(chǎng)用母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)斷路器互為邏輯閉鎖;只有在母線(xiàn)分段時(shí)，低壓廠(chǎng)用母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)斷路器才能合閘;母線(xiàn)不分段時(shí)，一段進(jìn)線(xiàn)斷路器斷開(kāi)，另一段進(jìn)線(xiàn)斷路器才能合上。
3.5啟/備變電源自動(dòng)投切的監控
正常運行時(shí)進(jìn)行電源切換采用經(jīng)同期并聯(lián)切換，并目慢速斷電切換操作為后備方式。
當正常運行時(shí)，工作電源事故跳閘時(shí)，啟動(dòng)備用電源自投回路。當工作電源與備用電源的電動(dòng)勢夾角<20度時(shí)，啟動(dòng)備用電源斷路器合閘回路;當工作電源與備用電源的電動(dòng)勢夾角>20度時(shí)，閉鎖備用電源斷路器合閘回路，只有當工作電源母線(xiàn)殘壓衰減到20%Un時(shí)，才能接通備用電源斷路器合閘回路，即慢速斷電切換。
3.6柴油發(fā)電機和保安電源的監控
實(shí)現柴油發(fā)電機母線(xiàn)電壓，柴油發(fā)電機出口電流、功率，柴油發(fā)電機主開(kāi)關(guān)狀態(tài)和故障報警的監視;完成柴油發(fā)電機的啟?？刂?。
3.7直流系統和UPS系統的監控
實(shí)現直流系統母線(xiàn)電壓，充電器工作狀態(tài)，UPS電壓、電流、頻率，UPS運行狀態(tài)，直流系統主刀閘的分、合狀態(tài)的監視。
3.8發(fā)電機同期系統的監控
發(fā)電機與電網(wǎng)的同期是由同期裝置自動(dòng)實(shí)現，同期過(guò)程中，同期裝置通過(guò)DCS系統控制AVR,DEH。當同期條件滿(mǎn)足時(shí)，向發(fā)電機斷路器發(fā)合閘指令。
■對干電廠(chǎng)電氣自動(dòng)化的展望
隨著(zhù)電力市場(chǎng)改革，廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)成為電力改革的必然趨勢。電廠(chǎng)為適應競價(jià)上網(wǎng)的要求，提高電廠(chǎng)安全經(jīng)濟運行水平和自動(dòng)化水平是必然趨勢。近年來(lái)，DCS系統已廣泛裝備了國內電廠(chǎng)的機組，將DCS\ECS\NCS打通，構成全廠(chǎng)的電氣數據共享平臺（xncs）,實(shí)現系統一體化設計，滿(mǎn)足電廠(chǎng)電氣設備點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，實(shí)現電氣系統的分散運行操作，和設備的統一集中管理功能，為電氣維護人員提供了強有力的工具，有效提高安全經(jīng)濟運行水平和自動(dòng)化水平，減少運行維護費用。
