目前，許多電廠都在進(jìn)行熱控設(shè)備改造，采用DCS集散控制系統(tǒng)代替原有常規(guī)控制設(shè)備,這將大大提高機(jī)組熱控的自動化水平，同時對促進(jìn)電氣專業(yè)的發(fā)展也是一次機(jī)遇。某些電廠在熱控設(shè)備改造中，只將部分電氣信號引入DCS作為畫面顯示，代替部分盤裝儀表，而北京石景山電廠在1號機(jī)組DCS改造項(xiàng)目中，不僅將勵磁、同期開關(guān)控制引入DCS，還設(shè)計了整套自動并網(wǎng)順序控制，在利用DCS實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備控制方面做了一次有益的嘗試。

改造項(xiàng)目概況

石景山發(fā)電廠1號機(jī)組于2000年初著手進(jìn)行DCS改造項(xiàng)目，2000年7月完成。采用日立HIACS-5000C集散控制系統(tǒng)對CCS系統(tǒng)、SCS系統(tǒng)、FSSS系統(tǒng)、DEH系統(tǒng)和DAS系統(tǒng)進(jìn)行了改造。在SCS-3號控制站中設(shè)計了電氣自動并網(wǎng)順序控制功能。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行的考驗(yàn)，該功能已正式投入使用，運(yùn)行情況良好，電廠方面比較滿意。

電氣受控對象簡介

石景山發(fā)電廠1號機(jī)組勵磁部分為“三級勵磁”，即同軸永磁機(jī)經(jīng)可控整流給交流勵磁機(jī)勵磁，交流勵磁機(jī)又經(jīng)靜止硅二極管供給發(fā)電機(jī)勵磁電流，最后由發(fā)電機(jī)輸出電能。配備有自動勵磁調(diào)節(jié)器，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電壓的自動調(diào)節(jié)。

設(shè)計方案的形成

設(shè)計開始階段，電廠電氣專業(yè)提供了有關(guān)資料，對所需控制功能做了簡要說明。經(jīng)與電氣人員多次商討，確定了主要控制功能，包括：勵磁回路開關(guān)、同期開關(guān)及2201主油開關(guān)的控制功能，發(fā)電機(jī)手動升壓及無功功率調(diào)整，自動并網(wǎng)順序控制功能。

由于沒有類似設(shè)計方案做為參考，在方案初步設(shè)計完成后，曾經(jīng)邀請華北電力集團(tuán)公司、華北電力勘測設(shè)計院、華北電力科學(xué)研究院的多位專家進(jìn)行初步設(shè)計評審。評審中，專家們提出了許多中肯的意見和建議，使我們能夠進(jìn)一步完善設(shè)計。

開關(guān)控制功能設(shè)計

由于電氣勵磁回路開關(guān)需要脈沖控制指令，設(shè)計采用類似6kV開關(guān)設(shè)備的控制方案。同期各類開關(guān)則需要控制指令記憶功能，設(shè)計類同于單電控的電磁閥控制。滅磁開關(guān)MK需要兩個輸出指令，一個為脈沖控制指令，另一個需輸出指令記憶，為此進(jìn)行了特殊設(shè)計。經(jīng)與電氣專業(yè)人員討論，確定DKA、DKB不在DCS中控制，只在控制畫面中顯示其中開關(guān)狀態(tài)。

發(fā)電機(jī)手動及自動升壓

電氣勵磁系統(tǒng)配有兩路互為冗余的自動勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)，AVR接受CT和PT測出的發(fā)電機(jī)出口電流、電壓信號，并進(jìn)行勵磁調(diào)節(jié)。

在機(jī)組并網(wǎng)前，需要手動將發(fā)電機(jī)電壓升至額定電壓，為此設(shè)計了手動增勵、減勵的控制功能。DCS輸出的增減勵磁指令送入自動勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)，改變其設(shè)定值，進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁。在機(jī)組并網(wǎng)后，此功能可用于發(fā)電機(jī)無功功率手動調(diào)節(jié)。

在自動并網(wǎng)順序控制中，設(shè)計有自動增減勵磁功能，即在相應(yīng)步驟中自動發(fā)出增加勵磁指令，將發(fā)電機(jī)電壓升至額定，如在規(guī)定時間內(nèi)未完成升壓操作，則自動將發(fā)電機(jī)電壓降為零，防止事故發(fā)生。

自動并網(wǎng)順序控制設(shè)計

自動并網(wǎng)順序控制功能就是在汽輪機(jī)組定速后，將副勵磁機(jī)開關(guān)合閘，為主勵磁機(jī)勵磁，再將主勵磁機(jī)開關(guān)合閘，為發(fā)電機(jī)勵磁，自動升發(fā)電機(jī)電壓至額定電壓，合入同期開關(guān)，利用同期裝置，將主油開關(guān)2201合閘，使機(jī)組并網(wǎng)。

為滿足電氣專業(yè)特殊要求，對程序做如下處理：

①在順序控制第(5)步，在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)電機(jī)電壓未升至額定電壓，程序?qū)⒆詣犹D(zhuǎn)至減勵操作，將發(fā)電機(jī)電壓減至零，程序結(jié)束。如減勵操作在規(guī)定時間內(nèi)不能完成，程序中斷并發(fā)出報警。

②在順序控制第(6)步和第(7)步，若檢測不能通過，程序自動跳轉(zhuǎn)至減勵操作，將發(fā)電機(jī)電壓減為零，程序結(jié)束并發(fā)出相應(yīng)報警。

③在順序控制第(7)步與第(8)步之間設(shè)置了一個斷點(diǎn)，即程序在執(zhí)行完成第(7)步后自動暫停，等待電氣人員檢查同期裝置及開關(guān)是否正常，檢查完成后運(yùn)行人員可令程序繼續(xù)執(zhí)行。

設(shè)計方案的完善

由于設(shè)計初始階段尚未對系統(tǒng)細(xì)節(jié)做詳細(xì)分析，在程序編寫、出廠前測試和現(xiàn)場調(diào)試階段遇到許多問題，經(jīng)反復(fù)修改和試驗(yàn)，對原始設(shè)計做了很多改進(jìn)。

DAS系統(tǒng)。由于SCS-3號控制站的電氣控制需要此類信號，曾計劃通過控制站之間的通訊來傳遞信號，考慮到站間通訊方式將影響模擬量信號的實(shí)時性和可靠性，因此在SCS-3號控制站特別增加了模擬量輸入模件，引入了電氣模擬量信號。

為了保證勵磁調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性，原設(shè)計將發(fā)電機(jī)電壓作為反饋信號，實(shí)現(xiàn)勵磁的閉環(huán)調(diào)節(jié)。由于機(jī)組并網(wǎng)后，該系統(tǒng)又必須進(jìn)行無功調(diào)節(jié)，無功調(diào)節(jié)與發(fā)電機(jī)電壓無關(guān)，故將勵磁調(diào)節(jié)設(shè)計為開環(huán)控制。電氣勵磁系統(tǒng)配備有勵磁調(diào)節(jié)器，DCS的指令輸出只有升降勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)定值的作用，因此，設(shè)計修改不影響勵磁調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。

在順序控制第(12)步“等待主油開關(guān)2201合閘”中，應(yīng)電廠電氣人員要求，將等待時間定為30s。如30s后主油開關(guān)仍不合閘，程序自動將同期開關(guān)TK、1STK、DTK順序切除，返回第(7)步與第(8)步之間的斷點(diǎn)前，等待下一次同期操作，并發(fā)出相應(yīng)報警。設(shè)計修改的目的在于避免因同期裝置長時間不能發(fā)出并網(wǎng)指令使程序長期等待。實(shí)際運(yùn)行中，在執(zhí)行第(12)步時數(shù)秒內(nèi)同期裝置即可令機(jī)組并網(wǎng)。

在順序控制中，由間斷點(diǎn)至程序結(jié)束之間這段過程，需不斷檢測發(fā)電機(jī)三相電壓是否平衡，防止發(fā)生事故。為此將原設(shè)計修改為在此期間如發(fā)生發(fā)電機(jī)三相電壓不平衡，程序自動將TK、1STK、DTK順序切除，然后結(jié)束程序。

電氣自動并網(wǎng)順序控制中涉及電氣設(shè)備較多，邏輯設(shè)計復(fù)雜，需要為運(yùn)行人員提供完備的信息顯示，因此專門設(shè)計了一幅自動并網(wǎng)專用畫面。畫面分左右兩區(qū)，左區(qū)以流程圖形式顯示程序執(zhí)行各步，以動態(tài)文字及顏色變化顯示正在執(zhí)行的步驟及執(zhí)行結(jié)果，便于運(yùn)行人員掌握程序的執(zhí)行情況；右區(qū)按兩列縱向排列形式顯示各類故障信息，運(yùn)行人員可以在此查找各類報警顯示，便于及時定位、排除故障。

投入正式運(yùn)行

改造之后，總體功能在實(shí)際使用中效果良好，主要控制功能都正常投入。機(jī)組改造后，自動并網(wǎng)操作都由順序控制程序完成，運(yùn)行人員已逐漸習(xí)慣此種操作方式。由于控制畫面提供信息比較完善，查找和排除各類故障都很方便。

因DCS手動指令輸出與勵磁調(diào)節(jié)器指令接收存在匹配問題，造成手動調(diào)節(jié)時無功功率波動較大，有時偏差達(dá)到20～30MVA，此項(xiàng)功能暫時不能投入，需進(jìn)一步分析并解決。

隨著DCS系統(tǒng)在電廠中的廣泛應(yīng)用，DCS系統(tǒng)所承擔(dān)的控制任務(wù)也日趨多樣，從開始階段完成MCS、SCS、FSSS控制功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)DEH控制功能，現(xiàn)在部分電氣設(shè)備的控制功能也被納入了DCS的控制范圍。由于電氣設(shè)備類型復(fù)雜、數(shù)量繁多，將電氣設(shè)備歸于DCS控制，會給熱工和電氣兩個專業(yè)帶來不少新的問題，需要綜合兩專業(yè)的知識才能解決。

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