基于DCS的大中型火电厂电气控制系统的改造及应用

摘 要：为了进一步提高大中型火电厂的运行效率和管理水平，本文通过引入DCS即分布式控制系统，在对大中型火电厂独立电气控制系统IECS的结构层次与特点进行分析的基础上，对基于DCS的大中型火电厂的IECS系统的改造及应用展开了深入研究。

关键词：DCS；大中型火电厂；电气控制系统

前言：目前，火电厂，特别是大中型火电厂仍然是以相对独立的控制系统进行电气控制的，而并未实现真正的一体化管理，导致电气控制工作的效率和效益偏低，影响了电厂的整体发展。基于此，在对大中型火电厂电气控制系统的结构层次及予以全面了解的基础上，积极探讨对既有电厂独立电气控制系统IECS的改措施，进而全面提升电气控制工作水平，已成为大中型火电厂需要解决的重点问题。

1 大中型火电厂电气控制系统的结构层次及特点

对大中型火电厂既有的独立电气控制系统IECS进行分析可知，其主要包括三个层次，分别为控制层、间隔层与通信层。其中，控制层主要由系统中的各类监控站构成；间隔层大都由一次设备，如发电机、断路器等以及现场智能前端装置等二次设备构成；而通信层则主要由连接控制层与间隔层的网络资源共同组成。此外，对IECS和發电厂DCS进行分析可知，二者具有较高的一致性，主要体现在以下几方面：首先，系统层次大体相同，IECS的间隔层能够被进一步划分为DCS中的现场层以及控制层，而IECS和DCS又同时具备网络层和监控层，这便为二者转化的可行性提供了条件。其次，系统设备类型相似。独立电气控制系统IECS的间隔层同分布式控制系统DCS的控制层与现场层的架构较为相似，其设备均能够采用工业PC进行实现，故而为IECS向DCS的过渡提供了便利条件[1]。

IECS系统特点如下：首先，是基于电气参数变化的系统保护快速性。由于大中型火电厂电气参数大都以毫秒级为单位进行变化，故IECS系统的保护以及其中各连锁系统数据的输入与输出动作的保护也必须处于毫秒级。其次，是以电量为检测对象对系统进行处理的专业性。对IECS的检测对象进行分析可知，其通常为电流电压以及功率等电量方面的内容，其性质均为一次参数，在对其进行测量时，大都以功率、电流变送器为主[2]。最后，由于IECS系统在现场所布置的输入与输出的一次设备过于简单，加之其长期处于大功率的交流环境中，故处于间隔层的二次设备应具有较强的抗干扰性，这就使得部分以输入参量作为依据的二次运算以及系统的逻辑控制具有较强的复杂性，故而对电气技术的专业性提出了更高的要求。

2 DCS对大中型火电厂电气控制系统的改造与应用

2.1电气控制系统纳入DCS方式

电气控制系统纳入DCS时，应采用电气设备同热控共用统一微机分散控制系统的方式，将原有的电气控制回路的连锁开关以及控制开关、指示灯和转换开关予以取消，并借助DCS的逻辑组态功能对电厂中各类电气设备进行控制和监视。将DCS内部的数据采集系统同既有电气控制系统中断路器位置的信号灯等开关量进行连接，同时，利用变送器将既有的电压、电流等模拟量均转换为规格为4-20mA的电流后统一接入到DCS当中进行处理，并将处理结果输送至监控中心。DCS在电气控制系统中的此种纳入方式基本上实现了对IECS中各类设备的集中监控和一体化控制，而各类操作也可利用计算机予以实现[3]。

2.2电气控制系统纳入DCS的范围

DCS纳入到IECS的范围如下：（1）发电机与高压厂用变压器，利用DCS实现数据的采集与控制，确保自动准同期装置以及主设备保护装置具有同DCS进行衔接的接口，从而实现DCS对投退、联锁等设备外部功能的控制；（2）厂用电源系统，由DCS实现对电源数据的采集与控制，将继电保护设备以及备用电源的自动投入装置同DCS相连，以确保DCS对备用电源自动投入装置投退功能的实现；（3）直流系统和闪光报警器的应用，取消IECS原有的冲击继电器，仅将重要部分的事故信号和预告信号予以保留，实现对突发事故的实时检测和控制。

2.3现场层与控制层的改造及应用

根据不同电压等级对IECS系统现场层的一次设备进行划分，同时，以电气设备的位置状态以及独立存在的装置动作信号等各项开关量作为DI输入量并传至DCS系统当中，并借助电量变送器将4-20mA的标准信号输入至DCS系统，而后，由电气设备现场专用缆线将所接收到的电气量信号以一对一的形式递送至DCS系统的输入/输出柜上。考虑到发电厂IECS间隔层设备较多，故可将部分间隔层设备同一次设备一起进行分散布置。在控制层方面，可将同其他DPU（过程控制单元）形式相似的控制柜配置到IECS层中，并借助面向对象的方法使控制柜充当控制层的核心控制单元。对于以智能前端装置为主的二次设备，如测控单元、控制器方面，由于大中型发电厂电气系统的控制在数据的采集、分析和运算方面具有较高的要求，因此，可选用具有较高性能的主控单元模块充当控制器等二次设备。

2.4监控层与功能层的改造及应用

由前文可知，DCS和IECS均是借助PC机作为核心监控设备的，其网络接口也均为以太网接口，故在监控层的软件组态方面，原有的IECS控制策略组态应该将符合DCS逻辑控制要求的梯形图作为面向对象，并将部分模拟变量控制的功能模块图也纳入其中，直接为系统设计人员所利用，进而完成系统监控层的IECS向DCS的转化。在监控层的人机界面组态方面，由于IECS与DCS均是以以太网接口作为其网络接口的，因此，可继续保留原有的IECS控制层工作站的人机界面软件，在此基础上，引入OPC（自动化控制协定）服务器，即可实现对设备快速、全面监控。在功能层方面，以位于DPU中的电气量输入模块对现场数据进行采集，同时，利用高性能主控模块对电气系统的各部件进行逻辑控制，在经DPU电量输送模块驱动后，现场设备即可执行各类控制动作。

结论：

本文以DCS对大中型火电厂电气控制系统的改造作为主要研究内容，通过对火电厂电气控制系统的结构、特点进行分析，进而从电气控制系统纳入DCS方式及范围、现场层、控制层以及监控层和功能层等方面对基于大中型火电厂IECS的改造与应用做出了系统探究。研究结果表明，DCS对独立电气自动控制系统IECS的改造对于提高大中型火电厂电气系统的运行效率和监控能力具有重要的促进作用，为确保火电厂的健康、稳定发展提供了良好的保障。

参考文献：

[1]马文学，钟汉枢，闫天军.基于工业以太网的火电厂电气自动化系统应用研究[J].机电工程技术，2012，10（12）：78-81.

[2]佘丹宁.火电厂电气监控系统纳入DCS监控的应用分析[J].低压电器，2012，10（06）：55-58.

[3]佘丹宁.火电厂ECS电气监控系统纳入DCS监控的应用分析[J].电气传动自动化，2013，03（10）：39-43.

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