熱工控制與電氣控制的有效配合方案略述

李瓊

摘 要：熱工控制與電氣控制是火電廠生產過程中不可或缺的控制系統，它們有著非常重要的作用。其中熱工控制系統主要是對火電機組的運行進行控制，而電氣控制系統除對單元機組進行控制外，還肩負著控制廠用電的任務。如果能夠使這兩大系統有機地融為一體，將會使彼此之間的配合更加密切。基于此點，文章首先簡要闡述了熱工控制DCS系統與電氣控制ECS系統的應用現狀，并在此基礎上對DCS系統與ECS系統有效配合的實現方案進行論述。期望通過該文的研究能夠對火電廠自動化控制水平的提升有所幫助。

關鍵詞：熱工控制 電氣控制 配合 系統

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0014-02

在我國，火電廠肩負著生產電能的重要任務，其產能的高低，不僅關系到電能的供給，而且還與經濟效益有著密切的關聯。熱工控制與電氣控制是火電廠控制系統的主要組成部分，二者分別負責對火電機組、單元機組和廠用電進行控制。一直以來，這兩個控制系統都是獨立運行，雖然彼此之間也存在配合，但并不緊密，為了能夠使熱工控制與電氣控制在火電生產中的作用得以充分發揮，應當使兩個控制系統之間形成緊密配合，這樣既可以提高火電廠的自動化控制水平，又能提高生產能效，可以給企業帶來巨大的經濟效益。借此，該文就熱工控制與電氣控制的有效配合方案進行淺談。

1 熱工控制DCS系統與電氣控制ECS系統的應用現狀

1.1 熱工控制DCS系統的應用情況

國內火電機組應用DCS初期，DCS的監控范圍主要在DAS、MCS、FSSS、SCS方面。在《火力發電廠分散控制系統（DCS）技術規范書》中，DCS的監控功能覆蓋范圍仍是上述四項。但是，近幾年來，DCS的應用范圍已經拓展到大容量機組的各個控制子系統中，同時也能成功應用于脫硝系統、脫硫系統、大型循環硫化床鍋爐等領域，實現了DCS的全面控制。一些火電廠在DCS的SCS控制功能中納入了電氣發變組和廠用電系統的控制（FECS）功能，由DCS替代ETS控制功能，促使DCS與DEH的軟硬件有機結合，甚至可在單元機組的DCS控制中納入煙氣脫硫控制系統，構建起一體化的熱工控制系統，從而推動了DCS技術的進一步發展。此外，火電廠還將輔控系統與主廠房的控制系統DCS實現對接，使得輔控室內不再設置水、煤、灰三個監控點，而是將其設置在集控室，進而有利于降低庫存成本和運維費用，強化熱工系統一體化控制。

1.2 電氣控制ECS系統的應用情況

電氣控制系統簡稱ECS，可將該系統細分為單元機組和公用電氣兩部分，前者主要控制的對象包括：發變組斷路器、隔離開關；發電機滅磁開關；自動準同期ASS；勵磁系統VAR控制；高壓廠變工作與備用分支斷路器；6kV廠用電快速投切裝置；低壓變分段開關。后者的控制對象具體包括：公用變分段開關；廠區變分段開關；化學變壓器分段開關；進線電源分支開關等等。

2 DCS系統與ECS系統有效配合的實現方案

想要實現熱工控制系統與電氣控制系統之間的有效配合，最為簡單的方法就是將ECS系統接入到DCS系統當中。常用的接入方式有以下幾種：單純硬接線、硬接線+通信、保留硬接線+通信。下面該文重點對這三種接入方式的特點進行分析，并通過對比分析找出最為經濟、可行的接入方式。

2.1 硬接線

這種接入方式具體是指通過硬接線將ECS系統接入到DCS系統當中，接入的信息包括DI/DO（開關量輸入/輸出）、AI（模擬量輸入）。接入方式為空節點和直流信號。采用該方式將ECS系統接入到DCS系統后，可借助DCS系統的CRT實現電氣設備相關信息的顯示報警和調節控制，由此不但能夠進一步提高電氣控制的安全性和可靠性，而且還能是DCS的控制范圍有所擴大，有助于機爐電系統一體化運行監控目標的實現。

2.1.1 優點

該接入方式具有如下優點：I/O模件柜可采取集中的方式進行布置，更加便于管理，給設備的運行提供了良好的環境；減少了信號傳輸的中間環節，對現場信號的反應快速、可靠；只要確保連接電纜敷設正確，基本不會發生故障，有助于減輕維護工作量。

2.1.2 缺點

前期一次性投入的成本較大，施工復雜；能夠接入到DCS系統中的信息量比較有限，系統可擴展性能不高；需要在廠用電回路上加裝單獨的表計，且無法實現自動化抄表；在廠用電倒送的過程中，無法實現廠用電源的遠程操作；電氣系統的整體自動化水平不高；重復配置、浪費資源。

2.2 硬接線+通信

在這種接入方式下，ECS系統多數采用的都是分層分布式結構，具體包括站控層、通信層和間隔層。其中站控層除了能夠單獨對電氣系統進行監控外，還能為DCS提供后備控制手段；通信層的核心為通信管理機，利用通信接口及通信協議格式的轉換可實現電氣系統聯網；間隔層能夠實現對電氣系統現場信息的采集、保護、控制及數據通信等功能。

2.2.1 優點

DCS系統不需要配置過多的設備，并且能夠獲取更加全面、豐富的信息，且系統自身具備較強的擴展性；綜保裝置無需單獨配置電能表，可將信息直接傳輸至ECS后臺，既具備自動抄表功能，又可實現電能的高精度計量；電氣系統的自動化水平高，具有事故追憶、錄波分析、防誤閉鎖、保護定值管理、操作票等管理功能，并對電氣系統進行維護；ECS在需要倒送廠用電的情況下，可遠程操作高壓啟/備變、高/低壓廠用電源。

2.2.2 不足

通過對國內一些大型火電廠進行調查后發現，用于DCS系統的建設資金有70%左右都投入了進口設備的采購上，進口的DCS在通信方面有一定的限制，由此影響了系統通信的實時性；與單純的硬接線方式相比，信息在整個傳輸網絡內中轉環節較多，可靠性與實時性上可存在一定的差距；節點多、分散性強，多臺機組必須采取分期建設的方法，這對系統容量的可擴展性提出了較高的要求，受廠家解決方案的影響，常常會出現網絡通信中斷等問題，由此增大了系統的維護工作量；因ECS系統的站控層和通信層設備配置過于復雜，致使整體投資偏高，總成本的降低并不十分明顯。

2.3 保留硬接線+通信

這是一種將軟硬信息相互混合采用的方案，它要求ECS系統的I/O信息以通信的方式直接接入到DCS系統當中，而部分設備保留硬接線的控制方式（僅包含啟停控制）。通過這部分硬接線的保留，可以在故障停機時，確保重要設備能夠得到啟停控制，有助于機組設備安全性的提升。該接入方式的特點如下：在間隔層保護測控裝置中采用高速現場總線進行組網，根據電廠自動化的工業環節特點，使DI、DO、AI等參與控制的關鍵點與DCS的控制器層進行通訊，從而保證ECS系統的I/O能夠參與到DCS控制的工藝過程中，利用分散控制方式進而確保系統可靠運行；ECS系統可減少硬接線，使DCS系統配置少量的I/O卡件，這樣一來可節省電纜和橋架等配件的使用量，并且使得安裝和維護工作更加簡便；ECS系統采用兩級控制方式實現與DCS的通訊，分別為控制器層和主站層，可獲取豐富的數據信息，實現ECS系統與DCS系統協同控制。

2.4 經濟性比較

由于單純硬接線方式的成本過高，經濟性較差，所以僅對后兩種接入方式進行經濟性比較。以某2×600MW的工程為例，兩臺機組分別采用硬接線+通信和保留硬接線+通信的方式接入DCS系統，前者共計需要投入1325.6萬元，后者共計需要投入864.87萬元。相比之下，保留硬接線+通信的接入方式在投資上可以節省460.73萬元，由此不難看出，保留硬接線+通信更加經濟，可將之作為熱工控制與電氣控制有效配合的首選接入方案。

3 結語

綜上所述，在火電廠的生產中，熱工與電氣控制是不可或缺的重要組成部分之一，其與生產安全和產能有著非常密切的關系。為了實現熱工與電氣控制的有效配合，可將ECS系統接入到DCS系統當中。該文重點對系統的接入方式進行了分析，通過對比分析，得出如下結果：在硬接線、硬接線+通信和保留硬接線+通信這三種接入方式中，保留硬接線+通信的經濟性最佳。因此，建議采用這種接入方式實現熱工控制與電氣控制的配合。在未來一段時期，應當重點加大熱工控制與電氣控制相關方面的研究力度，在現有的基礎上進行改進和完善，并通過不斷的技術創新，為熱工控制系統與電氣控制系統的有效配合提供強有力的技術支撐。

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