電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)

馬開(kāi)云

（哈爾濱天路輕工機(jī)械廠，黑龍江 哈爾濱 150070）

1 電氣控制對(duì)象的特點(diǎn)和要求

電氣控制量與熱工控制量相比在控制要求及運(yùn)行過(guò)程中有著很多不同點(diǎn)，電氣的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為:

1.1 電氣控制系統(tǒng)相對(duì)熱機(jī)設(shè)備而言控制信息采集量小、對(duì)象少，操作頻率低，但強(qiáng)調(diào)快速性、準(zhǔn)確性;

1.2 電氣設(shè)備保護(hù)自動(dòng)裝置要求可靠性高，動(dòng)作速度快;同時(shí)對(duì)抗干擾要求較高。

1.3 熱力系統(tǒng)控制處理信息量大，系統(tǒng)復(fù)雜，以過(guò)程控制為主;電氣控制系統(tǒng)(ECS)主要以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和順序控制為主，聯(lián)鎖保護(hù)較多。

因此，機(jī)組的電氣系統(tǒng)納入DCS控制，要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性。除了能實(shí)現(xiàn)正常起停和運(yùn)行操作外，尤其要求能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)顯示異常運(yùn)行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并提供相應(yīng)的操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施，保證電氣系統(tǒng)自動(dòng)控制在最安全合理的工況下工作。

2 常規(guī)ECS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)水平

目前，大多數(shù)電廠和DCS廠家所實(shí)現(xiàn)的ECS控制功能主要局限在以下幾個(gè)方面:

2.1 監(jiān)視部分。發(fā)電機(jī)--變壓器組系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)，高、低壓廠用電系統(tǒng)及備用電源系統(tǒng)，220V直流系統(tǒng)和UPS電源系統(tǒng)，電氣公用系統(tǒng)，所控電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)、閘刀的狀態(tài)監(jiān)視;中央信號(hào)及事故報(bào)警，事故記錄及追憶功能。

2.2 控制部分。發(fā)電機(jī)--變壓器組單元電氣一次設(shè)備的控制、聯(lián)鎖，發(fā)電機(jī)程序起停，ASS的投切;廠用工作電源，高、低壓廠變與高、低壓備變之間的正常切換操作；電氣接地系統(tǒng)管理;220kV斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的控制。

應(yīng)該說(shuō)在傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)中對(duì)電氣量的監(jiān)視、控制非常有限，尤其是對(duì)電氣專(zhuān)用智能設(shè)備信息的采集更是少之又少，致使這些設(shè)備各自為政，對(duì)運(yùn)行人員來(lái)說(shuō)，無(wú)法在操作員站的監(jiān)視器上了解相關(guān)信息。有時(shí)不得不采用大量的電流、電壓變速器將部分模擬量采集進(jìn)DCS系統(tǒng);或者采用硬接線的方式接入DCS系統(tǒng)，使系統(tǒng)復(fù)雜、投資增加和資源浪費(fèi)。

近幾年，電氣專(zhuān)用設(shè)備朝智能化、小型化、多功能、信息量大的方向發(fā)展。電氣專(zhuān)用設(shè)備制造廠家，如國(guó)電南瑞、國(guó)電南自、北京四方、許繼電氣、東大金智等廠家，紛紛推出了雙CPU(或三CPU)、智能型、帶現(xiàn)場(chǎng)總線接口的高可靠性能的產(chǎn)品。加之這些廠家也推出了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，使ECS功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)電氣綜合自動(dòng)化，同時(shí)保證電氣系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性的條件已經(jīng)成熟。只保留極少量的硬接線，全部采用通訊方式連接的模式已成為一種趨勢(shì)。

3 電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能

根據(jù)單元機(jī)組的運(yùn)行和電氣控制的特點(diǎn)，應(yīng)將發(fā)電機(jī)一變壓器組和廠用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入ECS監(jiān)控。其基本功能 為：

3.1 發(fā)變組出口220kV/500kV斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的控制及操作。

3.2 發(fā)變組保護(hù)、廠高變保護(hù)、勵(lì)磁變壓器保護(hù)控制。

3.3 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。包括啟勵(lì)、滅磁操作，控制方式切換，增磁、減磁操作，PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)的投退。

3.4 220kV/500kV開(kāi)關(guān)自動(dòng)同期并網(wǎng)及手動(dòng)同期并網(wǎng)。

3.5 6kV高壓廠用電源監(jiān)視、操作、廠用電壓快切裝置的狀態(tài)監(jiān)視、投退、手動(dòng)啟動(dòng)等。

3.6 380V低壓廠用電源監(jiān)視、操作、低壓備自投裝置控制。

3.7 高壓?jiǎn)?備變壓器控制和操作 (2臺(tái)機(jī)共用)。

3.8 柴油發(fā)電機(jī)組和保安電源控制和操作。

3.9 直流系統(tǒng)和LPS系統(tǒng)的監(jiān)視。

對(duì)于發(fā)變組保護(hù)等主保護(hù)和安全自動(dòng)裝置，因其設(shè)備已經(jīng)很成熟而且要求全部在DCS中實(shí)現(xiàn)其功能尚有一定難度，可能增加相當(dāng)大的費(fèi)用，故可以保留。但是它們與DCS間要口求接，控制采用硬接線，利用通訊方式傳輸自動(dòng)裝置信息，并可以通過(guò)DCS進(jìn)行事故追憶。

4 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 集中監(jiān)控方式

這種監(jiān)控方式優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行維護(hù)方便，控制站的防護(hù)要求不高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)容易。但由于集中式的主要特點(diǎn)是將系統(tǒng)的各個(gè)功能集中到一個(gè)處理器進(jìn)行處理，處理器的任務(wù)相當(dāng)繁重，處理速度受到影響。由于電氣設(shè)備全部進(jìn)入監(jiān)控，伴隨著監(jiān)控對(duì)象的大量增加隨之而來(lái)的是主機(jī)冗余的下降、電纜數(shù)量增加，投資加大，長(zhǎng)距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點(diǎn)經(jīng)常不到位，造成設(shè)備無(wú)法操作。這種接線的二次接線復(fù)雜，查線不方便，大大增加了維護(hù)量，還存在由于查線或傳動(dòng)過(guò)程中由于接線復(fù)雜而造成誤操作的可能性。

4.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控方式

遠(yuǎn)程監(jiān)控方式具有節(jié)約大量電纜、節(jié)省安裝費(fèi)用、，節(jié)約材料、可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)。由于各種現(xiàn)場(chǎng)總線(如Lonworks總線，CAN總線等)的通訊速度不是很高，而電廠電氣部分通訊量相對(duì)又比較大，所有這種方式適合于小系統(tǒng)監(jiān)控，而不適應(yīng)于全廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式

目前，對(duì)于以太網(wǎng)(Ethernet)、現(xiàn)場(chǎng)總線等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，且已經(jīng)積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，智能化電氣設(shè)備也有了較快的發(fā)展，這些都為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)。現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加有針對(duì)性，對(duì)于不同的間隔可以有不同的功能，這樣可以根據(jù)間隔的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用這種監(jiān)控方式除了具有遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，還可以減少大量的隔離設(shè)備、端子柜、I/0卡件、模擬量變送器等，而且智能設(shè)備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)通信線連接，可以節(jié)省大量控制電纜，節(jié)約很多投資和安裝維護(hù)工作量，從而降低成本。另外，各裝置的功能相對(duì)獨(dú)立，裝置之間僅通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大提高，任一裝置故障僅影響相應(yīng)的元件，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。因此現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

5 探討電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

OPC(OIJEforProcess Control)技術(shù)的出現(xiàn)，IEC61131的頒布，以及Microsoft的Windows平臺(tái)的廣泛應(yīng)用，使得未來(lái)的電氣技術(shù)的結(jié)合，計(jì)算機(jī)日益發(fā)揮著不可替代的作用。IEC61131已成為了一個(gè)國(guó)際化的標(biāo)準(zhǔn)，正被各大控制系統(tǒng)廠商廣泛采納。

Pc客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)、以太網(wǎng)和Internet技術(shù)引發(fā)了電氣自動(dòng)化的一次又一次革命。正是市場(chǎng)的需求驅(qū)動(dòng)著自動(dòng)化和IT平臺(tái)的融和，電子商務(wù)的普及將加速著這一過(guò)程。Internet／Intranet技術(shù)和多媒體技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。企業(yè)的管理層利用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器可以存取企業(yè)的財(cái)務(wù)、人事等管理數(shù)據(jù)，也可以對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)畫(huà)面進(jìn)行監(jiān)控，在第一時(shí)間了解最全面和準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和視頻處理技術(shù)的應(yīng)用，將對(duì)未來(lái)的自動(dòng)化產(chǎn)品，如人機(jī)界面和設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生直接的影響。相對(duì)應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu)、通訊能力及易于使用和統(tǒng)一的組態(tài)環(huán)境變得重要了。軟件的重要性在不斷提高。這種趨勢(shì)正從單一的設(shè)備轉(zhuǎn)向集成的系統(tǒng)。

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