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，它兼有電氣系統的控制功能。該DCS由自動控制系統、過程控制與信息系統、工程師站、診斷系統、歷史站組成，其在電氣系統的功能為電氣模擬、數字量的采集與處理、電氣開關控制等。介紹了DCS控制電氣系統的特點。
關鍵詞：DCS；電氣系統；數據采集；開關控制
1 DCS電氣控制系統簡介
1．1 DCS的組成
　　目前我國發電廠采用的分散控制系統（DCS）主要是新華和智深公司的產品，這兩家公司的DCS結構和操作方式不盡相同，但功能一般由數據采集（DAS）、順序控制（SCS）、模擬量控制（MCS）、爐膛安全（FSSS）等系統組成，本文著重介紹與電氣系統密切相關的DAS和SCS。
1．2 DCS 電氣控制系統的功能
　　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備狀態信號，提供機組運行信息并進行數據存儲、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，實現機組安全運行。
　　SCS通常用于鍋爐、汽機及輔機系統的順序控制，在DCS中加入了發變組系統、廠用電系統的順序控制。SCS按結構可分為機組級、功能組級、子功能組級。機組級順控包括對機組重要參數的監視與自動控制，它建立在功能組級順控基礎上；一個功能組是指某一工藝系統的所有輔機及相關設備的集合；另一個子功能組是指某個設備組（如1臺給水泵及其前置泵、液力耦合器等相關設備）。順控系統在啟動和停止過程中一般在重要的節點設置斷點，在運行人員確認滿足條件后繼續執行命令，而且每步指令發出后都有執行情況的反饋信號，如果程序執行有誤，則發出報警信號并轉入安全運行狀態。一般的順控程序都應設置優先等級，即聯鎖保護優先于手動操作，手動操作優先于自動操作。
2 DCS在電氣系統的應用
2．1 系統組成
　　智深DCS包括分布式處理單元（DPU）、操作員站（OPU）、歷史數據站（HSU）、工程師站（ENG）、計算站（CAC），各系統問通過在工業控制領域已得到廣泛應用的以太網通訊系統連接。
2．2 DCS 中電氣系統的布置與功能
2．2．1 電氣設備的布置
　　在DCS中電氣系統設備包括汽機電氣設備問的端子柜、繼電器柜和控制柜。端子柜用于電氣量的采集和轉接擴展；控制柜用于DPU中電氣SCS邏輯的實現和OPU遠方操作指令的處理，在DPU中用于電氣開關控制的模件主要有開關量處理模件、變送器模擬量處理模件和開關量耦合模件，部分電氣量采用有冗余的DPU模件，以提高重要開關操作和運行的安全性；繼電器柜用于開關控制命令輸出，繼電器的接點輸出可以保證強、弱電完全隔離。電氣系統設備在DCS中的布置見圖1。

2．2．2 電氣設備的功能。
　　圖1中，發變組及廠用電系統在DCS中，完成發變組出口開關控制，勵磁開關控制和勵磁調節器（AVR）調節通道選擇及手動調節，發變組出口開關同期裝置投入與推出，高、低壓廠用配電裝置電源開關控制，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、低壓側開關控制，高、低壓電動機控制等。公用系統包括啟動、備用變壓器高壓側開關控制和有載調壓操作，高、低壓公用負荷（如循環水和輸煤變壓器）開關控制380V公用段和照明段電源開關控制等。二臺機組的DCS都可以控制公用系統的開關，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，另一臺機組的DCS進行監視，并可以互換。
　　獨立系統包括柴油發電機自啟動、AVR自動調壓、發變組出口開關同期裝置電壓頻率調節、整流柜及UPS狀態切換等。它們自動完成各自的邏輯，在CAC中交換數據格式后通過總線與OPU聯接，用于DCS對這些系統遠方監視。
2．3 電氣數據的采集與顯示
2．3．1 電氣量的采集
　　發變組出口開關的合跳狀態信號和非電量信號（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的合跳狀態，保護動作信號由各配電裝置的相應間隔保護裝置發出至端子柜。
　　發電機勵磁開關的合跳狀態和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信號由變壓器本體送至端子柜，啟備變有載調壓開關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）溫度數據由低廠變溫控器送出。
　　發電機、主變、高廠變保護裝置發出的發變組系統故障信號由汽機電子設備間的發變組保護柜送到端子柜。啟備變保護裝置發出的啟備變故障信號由汽機電子設備間的啟備變保護柜送出。
　　發變組出口開關同期裝置的狀態信號（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信號（切換完畢、裝置故障等）由廠用快切裝置屏送出。發變組故障錄波器的裝置自身故障信號（如裝置異常或裝置失電等）由錄波器送出。直流系統的整流柜運行狀態、蓄電池狀況、直流母線故障信號和各負荷開關狀態信號由直流配電裝置送到端子柜。UPS系統的UPS機柜故障、逆變器運行等信號和各負荷開關狀態信號由UPS機柜送到端子柜。
　　發電機模擬量數據如定子電流、電壓、頻率、功率和主變高壓側模擬量數據經變送器送至端-y：柜高、低壓廠用配電裝置，直流，UPS的母線電壓、電流數據從各配電裝置經變送器至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柜（6kV配電裝置、380V動力中心PC和電動機控制中心MCC）經變送器送出。
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）和開關位置信號以及模擬量的設定值都通過DPU經總線系統送至OPU的監視器或大屏幕顯示。監視器和大屏幕上的被控量通過顏色變化表示開關狀態的改變以及模擬量是否超限，開關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容。模擬量還可以用棒狀圖的形式顯示，而且當前值和設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內進行計算和統計分析并繪制曲線打印輸出。所有電氣開關的遠方操作指令都是從0PU的大屏幕或監視器輸出的，指令首先輸出至DPU，由DPU的模件確認開關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，用串聯到電氣開關控制回路中的繼電器動作接點實現開關遠方合跳。
2．4 電氣開關控制邏輯
　　DCS在發變組系統出口斷路器和高、低壓廠用配電裝置電源斷路器控制中主要用于替代傳統的遠方手動操作開關，開關遠方合跳的各項條件判斷通過程序在DCS中實現。
2．4．1 順序控制
　　在電動機開關控制中，DCS除替代遠方操作按鈕外，更重要的是實現了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程控操作和監視器手動操作。電動機控制及其聯鎖邏輯包括在SCS功能組中，通過程序實現，不設置傳統用于完成電動機聯鎖的邏輯柜（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遠方控制開關的功能。
　　在合閘邏輯中加入了傳統硬接線完成的遠方控制、開關斷開位置、勵磁開關合閘位置和網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，再經非門和與門判斷加以確認的方法提供真實的開關狀態，防止誤判。
　　發電機啟動邏輯中與電氣相關的內容主要有：發電機轉速達到2900r／min一合勵磁開關一投ASS一投ASS一調AVR、DEH一合斷路器；發電機停機邏輯中與電氣相關的內容主要有：廠用電源快速切換一調DEH一跳斷路器一調AVR一跳勵磁開關。因為發變組出口斷路器合跳屬于發電機程控啟、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、工作備用開關位置正確）、發電機功率降為0的跳閘條件。
2．4．3 電氣開關控制邏輯
　　電氣開關控制邏輯并非全部由DCS實現，圖4、5是幾個電氣開關控制的原理圖。

　　圖4是發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的同期合閘接點ASS K1，發電機程控啟動時，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的。另外如低廠變高壓側開關跳閘需連跳低壓側開關，380V保安段備用進線開關在檢測到保安段失電和備用電源出口開關閉合信號后，可以自動合閘，都由電氣硬接線實現。
2．5 電氣后備監控設備的布置
　　集控BTG 盤上只保留少數電氣表計作為后備監視設備，它們是發電機定子線電壓表、定子相電流表、發電機有功功率表、發電機無功功率表、發電機勵磁電流表、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變組和廠用系統的變送器，不需要經過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，如果電氣系統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的開關量耦合模件經端子柜擴展轉送至閃光報警器。
　　CRT操作臺上只有少數電氣后備控制按鈕，它們是發變組出口開關緊急跳閘按鈕、勵磁開關緊急跳閘按鈕、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控制電氣系統的特點
　　DCS控制的廠用電源系統不設獨立的硬手操按鈕。因此在廠用電源系統受電前，DCS 系統中與受電有關的設備安裝、調試及投運必須完成。同樣，受電后DCS安裝調試進度還要滿足各工藝系統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，因為一些工藝系統的DCS調試速度較慢，部分高壓電動機空載試運轉時，不得不在高壓開關柜外設置臨時啟、停按鈕，即相當于遠方操作，影響了試運進度。
　　DCS在電氣系統中發揮的作用是明顯的。例如，用監視器鼠標操作斷路器可以避免由于控制開關機構或接點損壞造成的開關拒動或誤動；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誤操作；用SCS程序實現電動機聯鎖，可防止某個繼電器故障對系統造成的不良影響，并滿足開關快速反應的要求。
　　對于電氣故障，如開關異常變位或模擬量超限等，都可以在監視器或大屏幕上報警。同時，將電氣重要開關的保護動作情況送入SoE（按動作順序的事件追憶系統），可以在故障發生以后打印，即以s為單位，記錄跳閘前后10min 內模擬量和開關量的變化，便于對故障原因進行分析。
　　總之，從發展趨勢看，以前相對獨立的電氣控制回路將逐步被DCS程序取代。