關于電氣自動化控制系統(tǒng)的設計及發(fā)展趨勢淺析

一、電氣綜合自動化系統(tǒng)的功能

根據(jù)單元機組的運行和電氣控制的特點，應將發(fā)電機—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：發(fā)變組出口220kV/500kV斷路器、隔離開關的控制及操作；發(fā)變組保護、廠高變保護、勵磁變壓器保護控制；發(fā)電機勵磁系統(tǒng)；包括啟勵、滅磁操作，控制方式切換，增磁、減磁操作，PSS的投退；220kV/500kV開關自動同期并網(wǎng)及手動同期并網(wǎng)；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、手動啟動等；380V低壓廠用電源監(jiān)視、操作、低壓備自投裝置控制；高壓啟/備變壓器控制和操作；柴油發(fā)電機組和保安電源控制和操作；直流系統(tǒng)和LPS系統(tǒng)的監(jiān)視。對于發(fā)變組保護等主保護和安全自動裝置，因其設備已經很成熟而且要求全部在DCS中實現(xiàn)其功能尚有一定難度，可能增加相當大的費用，故可以保留。但是它們與DCS間要求接口，控制采用硬接線，利用通訊方式傳輸自動裝置信息，并可以通過DCS進行事故追憶。

二、電氣自動化控制系統(tǒng)的設計思想

2.1集中監(jiān)控方式

這種監(jiān)控方式優(yōu)點是運行維護方便，控制站的防護要求不高，系統(tǒng)設計容易。但由于集中式的主要特點是將系統(tǒng)的各個功能集中到一個處理器進行處理，處理器的任務相當繁重，處理速度受到影響。由于電氣設備全部進入監(jiān)控，伴隨著監(jiān)控對象的大量增加隨之而來的是主機冗余的下降、電纜數(shù)量增加，投資加大，長距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時，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經常不到位，造成設備無法操作。這種接線的二次接線復雜，查線不方便，大大增加了維護量，還存在由于查線或傳動過程中由于接線復雜而造成誤操作的可能性。

2.2遠程監(jiān)控方式

遠程監(jiān)控方式具有節(jié)約大量電纜、節(jié)省安裝費用、節(jié)約材料、可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點。由于各種現(xiàn)場總線（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又比較大，所有這種方式適合于小系統(tǒng)監(jiān)控，而不適應于全廠的電氣自動化系統(tǒng)的構建。

2.3現(xiàn)場總線監(jiān)控方式

目前，對于以太網(wǎng)（Ethernet）、現(xiàn)場總線等計算機網(wǎng)絡技術已經普遍應用于變電站綜合自動化系統(tǒng)中，且已經積累了豐富的運行經驗，智能化電氣設備也有了較快的發(fā)展，這些都為網(wǎng)絡控制系統(tǒng)應用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)奠定了良好的基礎?，F(xiàn)場總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設計更加有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣可以根據(jù)間隔的情況進行設計。采用這種監(jiān)控方式除了具有遠程監(jiān)控方式的全部優(yōu)點外，還可以減少大量的隔離設備、端子柜、I/O卡件、模擬量變送器等，而且智能設備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過通信線連接，可以節(jié)省大量控制電纜，節(jié)約很多投資和安裝維護工作量，從而降低成本。另外，各裝置的功能相對獨立，裝置之間僅通過網(wǎng)絡連接，網(wǎng)絡組態(tài)靈活，使整個系統(tǒng)的可靠性大大提高，任一裝置故障僅影響相應的元件，不會導致系統(tǒng)癱瘓。因此現(xiàn)場總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

三、電氣自動化在火電站中的應用

近年來，高參數(shù)、大容量火電機組已成為國內電力工業(yè)的主力機組，火電站的熱控技術也隨著火電機組單機容量的增加和控制儀表的進步而達到嶄新的水平。自動控制系統(tǒng)作為實現(xiàn)機組安全經濟運行目標的有效手段，擔負著機組主、輔機的參數(shù)控制、回路調節(jié)、聯(lián)鎖保護、順序控制等諸多功能，已從輔助運行人員監(jiān)控機組運行發(fā)展到實現(xiàn)不同程度的設備啟停功能、過程控制和聯(lián)鎖保護的綜合體系，成為大型火電機組運行必不可少的組成部分。

3.1機、爐協(xié)調控制系統(tǒng)（CCS）

機、爐協(xié)調控制系統(tǒng)是火電站的主控系統(tǒng)。協(xié)調控制系統(tǒng)的任務是控制機組各項輸人與輸出間的能量平衡和質量平衡。不斷消除運行中的各種內、外干擾，滿足電網(wǎng)對機組的負荷需求，穩(wěn)定機組運行。主要功能為：接受電網(wǎng)的負荷調度，參與調峰和調頻；實現(xiàn)鍋爐、汽機的能量輸入和輸出平衡控制；鍋爐內部各子系統(tǒng)控制動作的協(xié)調；機組出力與輔機設備實際能力的協(xié)調等等。

3.2爐膛安全保護系統(tǒng)（FSSS）

爐膛安全保護系統(tǒng)主要包括火焰監(jiān)測和燃燒器切投及啟停管理，通過邏輯連鎖實現(xiàn)壓力保護、熄火保護和吹掃保護等功能。系統(tǒng)根據(jù)鍋爐爐型、煤種和燃燒系統(tǒng)確定合理的報警保護邏輯條件，避免信號誤檢或出現(xiàn)鍋爐爆炸的事故。邏輯聯(lián)鎖和控制部分采用的控制儀表現(xiàn)已從早期的繼電器或固態(tài)元件發(fā)展為可編程邏輯控制器（PLC）。由于PLC可按雙機冗余配置系統(tǒng)，系統(tǒng)具有較高的控制可靠性。軟件采用梯形圖編制，易于組態(tài)編程和修改控制流程。

3.3汽機電液調節(jié)系統(tǒng)（EH）

國內早期的汽機控制采用液壓控制系統(tǒng)，20世紀80年代由于電氣元件、控制設備和電液轉換器的可靠性提高，并采用高壓抗燃油伺服機構，電調系統(tǒng)越來越多地為汽機配套，實現(xiàn)了轉速、調節(jié)級后壓力、電功率的三個回路控制，以及閥門管理、接應力啟動的功能。控制汽輪發(fā)電機組從盤車開始，沖轉、暖機、升速、閥切換、并網(wǎng)、帶初負荷、加負荷，直至正常運行，參加電網(wǎng)一次調頻和接受電網(wǎng)調度改變負荷。在保證機組安全的基礎上，達到在運行狀態(tài)變動中盡可能延長機組壽命和在穩(wěn)態(tài)運行中盡可能提高機組經濟性的目標。

3.4汽機旁路控制系統(tǒng)（BPS）

汽機旁路控制系統(tǒng)由高、低壓旁路壓力調節(jié)系統(tǒng)和高、低壓旁路溫度調節(jié)系統(tǒng)組成，旁路閥門的執(zhí)行器則可根據(jù)系統(tǒng)對動作時力矩和速度的要求選擇電動或電液執(zhí)行器?？刂葡到y(tǒng)在傳統(tǒng)上由旁路系統(tǒng)供貨商成套，現(xiàn)在也有電廠采用單回路控制器或DCS來實現(xiàn)汽機旁路控制系統(tǒng)的功能。

四、電氣自動化控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢

OPC（OIJE for Process Control）技術的出現(xiàn)，IEC61131的頒布，以及Microsoft的Windows平臺的廣泛應用，使得未來的電氣技術的結合，計算機日益發(fā)揮著不可替代的作用。IEC61131已成為了一個國際化的標準，正被各大控制系統(tǒng)廠商廣泛采納。Pc客戶機/服務器體系結構、以太網(wǎng)和Internet技術引發(fā)了電氣自動化的一次又一次革命。正是市場的需求驅動著自動化和IT平臺的融和，電子商務的普及將加速著這一過程。Internet/Intranet技術和多媒體技術在自動化領域有著廣泛的應用前景。企業(yè)的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業(yè)的財務、人事等管理數(shù)據(jù)，也可以對當前生產過程的動態(tài)畫面進行監(jiān)控，在第一時間了解最全面和準確的生產信息。

虛擬現(xiàn)實技術和視頻處理技術的應用，將對未來的自動化產品，如人機界面和設備維護系統(tǒng)的設計產生直接的影響。相對應的軟件結構、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。這種趨勢正從單一的設備轉向集成的系統(tǒng)。