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(dòng)化水平，同時(shí)對(duì)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(hào)引入DCS作為畫(huà)面顯示，代替部分盤裝儀表，而北京石景山電廠在1號(hào)機(jī)組DCS改造項(xiàng)目中，不僅將勵(lì)磁、同期開(kāi)關(guān)控制引入DCS，還設(shè)計(jì)了整套自動(dòng)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(hào)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(duì)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(hào)控制站中設(shè)計(jì)了電氣自動(dòng)并網(wǎng)順序控制功能。經(jīng)過(guò)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(duì)象簡(jiǎn)介

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

設(shè)計(jì)方案的形成

設(shè)計(jì)開(kāi)始階段，電廠電氣專業(yè)提供了有關(guān)資料，對(duì)所需控制功能做了簡(jiǎn)要說(shuō)明。經(jīng)與電氣人員多次商討，確定了主要控制功能，包括：勵(lì)磁回路開(kāi)關(guān)、同期開(kāi)關(guān)及2201主油開(kāi)關(guān)的控制功能，發(fā)電機(jī)手動(dòng)升壓及無(wú)功功率調(diào)整，自動(dòng)并網(wǎng)順序控制功能。

由于沒(méi)有類似設(shè)計(jì)方案做為參考，在方案初步設(shè)計(jì)完成后，曾經(jīng)邀請(qǐng)華北電力集團(tuán)公司、華北電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院、華北電力科學(xué)研究院的多位專家進(jìn)行初步設(shè)計(jì)評(píng)審。評(píng)審中，專家們提出了許多中肯的意見(jiàn)和建議，使我們能夠進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)。

開(kāi)關(guān)控制功能設(shè)計(jì)

由于電氣勵(lì)磁回路開(kāi)關(guān)需要脈沖控制指令，設(shè)計(jì)采用類似6kV開(kāi)關(guān)設(shè)備的控制方案。同期各類開(kāi)關(guān)則需要控制指令記憶功能，設(shè)計(jì)類同于單電控的電磁閥控制。滅磁開(kāi)關(guān)MK需要兩個(gè)輸出指令，一個(gè)為脈沖控制指令，另一個(gè)需輸出指令記憶，為此進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。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(huà)面中顯示其中開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

發(fā)電機(jī)手動(dòng)及自動(dòng)升壓

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

在機(jī)組并網(wǎng)前，需要手動(dòng)將發(fā)電機(jī)電壓升至額定電壓，為此設(shè)計(jì)了手動(dòng)增勵(lì)、減勵(lì)的控制功能。DCS輸出的增減勵(lì)磁指令送入自動(dòng)勵(lì)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(lì)磁。在機(jī)組并網(wǎng)后，此功能可用于發(fā)電機(jī)無(wú)功功率手動(dòng)調(diào)節(jié)。

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

自動(dòng)并網(wǎng)順序控制設(shè)計(jì)

自動(dòng)并網(wǎng)順序控制功能就是在汽輪機(jī)組定速后，將副勵(lì)磁機(jī)開(kāi)關(guān)合閘，為主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁，再將主勵(lì)磁機(jī)開(kāi)關(guān)合閘，為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，自動(dòng)升發(fā)電機(jī)電壓至額定電壓，合入同期開(kāi)關(guān)，利用同期裝置，將主油開(kāi)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(duì)程序做如下處理：

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

②在順序控制第(6)步和第(7)步，若檢測(cè)不能通過(guò)，程序自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至減勵(lì)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(bào)警。

③在順序控制第(7)步與第(8)步之間設(shè)置了一個(gè)斷點(diǎn)，即程序在執(zhí)行完成第(7)步后自動(dòng)暫停，等待電氣人員檢查同期裝置及開(kāi)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(jì)方案的完善

由于設(shè)計(jì)初始階段尚未對(duì)系統(tǒng)細(xì)節(jié)做詳細(xì)分析，在程序編寫(xiě)、出廠前測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段遇到許多問(wèn)題，經(jīng)反復(fù)修改和試驗(yàn)，對(duì)原始設(shè)計(jì)做了很多改進(jìn)。

DAS系統(tǒng)。由于SCS-3號(hào)控制站的電氣控制需要此類信號(hào)，曾計(jì)劃通過(guò)控制站之間的通訊來(lái)傳遞信號(hào)，考慮到站間通訊方式將影響模擬量信號(hào)的實(shí)時(shí)性和可靠性，因此在SCS-3號(hào)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(hào)。

為了保證勵(lì)磁調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性，原設(shè)計(jì)將發(fā)電機(jī)電壓作為反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)勵(lì)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(wú)功調(diào)節(jié)，無(wú)功調(diào)節(jié)與發(fā)電機(jī)電壓無(wú)關(guān)，故將勵(lì)磁調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)為開(kāi)環(huán)控制。電氣勵(lì)磁系統(tǒng)配備有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，DCS的指令輸出只有升降勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)定值的作用，因此，設(shè)計(jì)修改不影響勵(lì)磁調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。

在順序控制第(12)步“等待主油開(kāi)關(guān)2201合閘”中，應(yīng)電廠電氣人員要求，將等待時(shí)間定為30s。如30s后主油開(kāi)關(guān)仍不合閘，程序自動(dòng)將同期開(kāi)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(bào)警。設(shè)計(jì)修改的目的在于避免因同期裝置長(zhǎng)時(shí)間不能發(fā)出并網(wǎng)指令使程序長(zhǎng)期等待。實(shí)際運(yùn)行中，在執(zhí)行第(12)步時(shí)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(guò)程，需不斷檢測(cè)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(jì)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(dòng)將TK、1STK、DTK順序切除，然后結(jié)束程序。

電氣自動(dòng)并網(wǎng)順序控制中涉及電氣設(shè)備較多，邏輯設(shè)計(jì)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(jì)了一幅自動(dòng)并網(wǎng)專用畫(huà)面。畫(huà)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(dòng)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(bào)警顯示，便于及時(shí)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(dòng)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(huà)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(dòng)指令輸出與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器指令接收存在匹配問(wèn)題，造成手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)無(wú)功功率波動(dòng)較大，有時(shí)偏差達(dá)到20～30MVA，此項(xiàng)功能暫時(shí)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(kāi)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(huì)給熱工和電氣兩個(gè)專業(yè)帶來(lái)不少新的問(wèn)題，需要綜合兩專業(yè)的知識(shí)才能解決。

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