试论发电厂电气分散控制系统的设计

【摘要】目前，发电厂电气专业越来越多地采用了分散控制系统（DCS）方式。由于还没有一个统一的设计标准，故目前的设计多种多样。鉴此，介绍了发电厂电气DCS的分类、设计的基本原则、逻辑设计以及需要注意的问题，以供工程设计时参考。

【关键词】电气 DCS 设计 发电厂

随着计算机技术的发展和应用，新建的发电厂一般都采用分散控制系统（DCS），许多采用常规控制方式的老机组也在进行DCS改造。为了与热控专业在控制水平上协调一致，共享资源，充分利用计算机技术的先进性，电气专业也越来越多地采用了DCS的方式，在控制室的布置、操作的方便性、运行的安全性、数据的完整性方面都有很大的提高。笔者参与过几项工程电气DCS方面的设计工作，下面谈谈几点体会。

一、电气DCS的分类

（一）电气与热控合用一套DCS。这种方式达到了机、炉、电控制界面的统一，便于实现全能值班，电气作为一个子系统进入DCS，资源共享，没有通信上的障碍，因此得到了广泛的应用。目前广东省内新建和改造的机组大部分采用这种方式。其缺点在于许多电气的专用装置，如微机保护、就地智能控制单元等难以与DCS进行通信联系，仍将耗费大量的电缆及I/O点，若采用进口DCS，则费用较高，且需专业间密切配合才能完成。

（二）电气专用DCS。电气采用单独的DCS，与热控DCS不进行联系或仅有弱的联系。电气的控制、保护、测量等设备尽量选用同一厂家的微机型产品，采用分散分布的原则，二次设备尽量靠近相应的一次设备，控制、保护、测量等功能均在就地完成并通过通信电缆连接至主机。采用这种方式设计，电气设备简洁清晰，控制电缆极少，安装维护简单，投资较少。这种方式的缺点在于单元性不强，与外部的通信困难。由于电气和热控DCS难以选用同一厂家的产品，若要通信联系，需要做许多工作。另外，电气二次设备也要选用同一厂家的微机型产品，才能最大限度地发挥其优点。

目前，第一种方式是主流，由于电气部分所占点数较少，作为一个子系统进入热控DCS是完全可行的。但第二种方式也有不可替代的优越性。随着技术的发展，通信瓶颈的打破，将会使用户有更大的选择空间。

二、电气DCS设计中的基本原则

不论采取何种方式，在电气DCS的设计中都要遵循以下两条基本原则：一是继电保护、励磁调节、自动准同期、故障录波及备用电源自动投入采用专门的装置实现，仅同DCS保持信号联系；二是机炉电动机的控制、联锁、测量等由热控专业在DCS内实现，保护由电气完成。

三、逻辑的设计

逻辑是DCS的灵魂，是正常运行的基础。在设计过程中，逻辑图与控制原理图有非常紧密的联系，两者相互配合，才能完成对一个对象的控制。哪些回路可在DCS中完成，哪些回路通过硬接线完成，是设计者要仔细考虑的问题。因此，据笔者的经验，逻辑图和控制原理图应由同一单位完成，若将逻辑图交由厂家做，将控制原理图交给设计院，则在施工时会产生相当多的修改。

与热控专业相比，电气专业的逻辑较简单。其中有几个难点，如发电机同期等，经过精心设计，也都能达到很好的效果。

四、需要注意的问题

（一）公用部分的处理。对于两台机组的公用部分，如启备变压器、公用变压器、输煤变压器等如何进入DCS，有以下几种方式：一是公用部分分别进两台机组的DCS，通过软开关使其中一套DCS能对其进行控制，闭锁另一套DCS的控制功能。其缺点在于公用部分的信号需分别送至两套DCS，有时较难实现。二是公用部分只进一台机组的DCS，保留就地常规的操作方式。三是为公用部分另建一套小型DCS，此DCS与两台机组的DCS进行通信联系，在就地保留一些简单的监控手段。这种方法需增加一些投资。

笔者认为，在条件允许的情况下，采用第三种方式能最大地发挥计算机系统的性能。此公用部分的DCS可包括所有辅助车间的监控和测量并可与热控合用，对电厂的减员增效也有很好的效果。若采用电气专用DCS，则此问题较易处理。

（二）后备盘需保留的设备。这方面的方案千差万别，基本上按业主的要求进行设计，有的电厂保留了大部分的后备硬手操、表计及光字牌，有的电厂控制室内仅有几台电脑。笔者认为，现在计算机的可靠性已越来越高，大可不必在控制室保留太多的硬手操设备，况且在就地开关柜等处一般都有手动按钮，即使DCS故障，正常的操作也能进行。控制室后备盘需保留的，应该是在事故时，需要快速启动或切除的设备的硬手操和必要的仪表及光字牌。

（三）断路器事故跳闸信号。采用DCS控制后，因为取消了手动控制开关，不能以位置不对应来启动事故音响，断路器的事故跳闸信号由DCS逻辑判断产生。简单地说，就是当DCS发出合闸命令后，若未发出跳闸命令，则DCS认为断路器事故跳闸，发出报警信号。若断路器还可在就地或其他地方操作，则需将操作信号送至DCS，以免误发事故报警。因此，断路器的控制地点不宜太多，以免使逻辑和接线复杂化，一般在DCS和就地两处即可。

（四）电能脉冲量的采集。通常采用脉冲量采集卡来接收电能脉冲量，但是经过计算，电能脉冲量的频率并不高，如125 MW发电机满负荷时大约4 s发1个脉冲（采用1 Wh/脉冲的电能变送器）。因此有厂家认为采用一般的DI卡件来接收也许效果更好（脉冲量采集卡较适用于高频率的脉冲信号），只要做一个累加器即可。在技术协议谈判时注意这方面的问题可以节约一些费用。

（五）模拟量的测量。对于电流、电压等模拟量的测量，目前一般采用直流采样和交流采样两种方式。当电气与热控合用DCS时，多采用直流采样的方式，通过各种变送器将电气信号转变为标准的直流弱电信号送至DCS；若电气DCS独立，则由于电气装置独特的性能，可以采用交流采样进行测量，这样可节省变送器，也可提高实时性和准确性。

（六）发电机自动并网。在电气进DCS后，发电机的同期并网基本上沿用原来的思路，只是将同期用的控制开关如同期开关、手动准同期开关、解除手动准同期开关、自动准同期开关等做进DCS，再按照传统的接线图设计逻辑而已。若要充分发挥DCS的优越性能，还大有潜力可挖。通过DCS的逻辑，可完成“一键并网”的功能，即运行人员只要选择自动并网，则由DCS及自动准同期装置等设备自动完成并网，不需要同期时的各种复杂的操作。

（七）硬接线的联锁与DCS逻辑联锁。哪些联锁由硬接线实现，哪些由逻辑实现，这个分寸有时难以把握。笔者认为，闭锁逻辑应尽可能全部做进DCS，对于重要的闭锁，如隔离开关与断路器的闭锁，则再增加硬接线。

总之，电气DCS是个新生事物，其发展、推广的速度非常快。目前的设计多种多样，还未有一个统一的标准。随着研究的深入，其设计也会越来越完善。