电气与DCS系统接口设计中的几个问题分析与改进

【摘 要】本文通过现场实际调试，对电气ECS在DCS实现过程中出现的几个问题做了介绍，并对它们的设计原则做了强调。对其出现的问题，提供了一些解决办法。

【关键词】快切；自动同期；功率因子；极变

1. 前言

随着自动化技术的发展，现场总线的速率和容量越来越高。火力发电厂原来电气集控室的大部分功能开始做在DCS中，而过去电气集控台盘有别于机炉的特点在大多数设计中未能体现出来，导致在应用中给运行人员带来诸多不便。为使该部分功能得到加强和完善。需要热工和电气专业紧密配合。围绕以电气的常规应用和电气运行人员的习惯为主，热工设计组态解决这些问题。

2. 存在的问题

（1）电气在DCS系统中的实现，实现了DCS发展的趋势：操作集中、危险分散，这是高度自动化机组的特征。电气在DCS组态中，单独划分为一项功能ECS。目前各类机组由于在设计ECS功能时，涉及面的大小不等。所以ECS在DCS中的重要性也有所不同。

（2）本文就全面的ECS设计做阐述。对应用中发现的问题逐一提出，并在后面做分析阐述。

（3）ECS的主要内容。NCS系统、6KV系统、380系统、柴油发电机系统、直流系统、励磁系统、UPS系统、发变组、高厂变和启备变、电气公用系统、电气保护报警系统。

（4）电气6KV以上开关设备在DCS中远操具有一个特点。它与就地是一个并联的接口，或者以电气柜的逻辑运算为主，而集控台盘的操作只是辅助功能，所以就地设备的状态变化与集控的操作关系不大，大部分时候要求设备无条件反映就地状态。而通常DCS设计中有一个重要的逻辑——掉闸。它其中有一项功能是以设备没有DCS指令而状态发生改变而生成的。这与该类电气设备的特点差异很大，需要DCS在逻辑组态和操作员站流程图色变功能组态上加以区别。

（5）快切系统与DCS接口替代了过去电气集控台盘上的操作开关。但DCS的强大功能并没有被有效利用。电气运行人员仍需检查快切系统的各个状态信号。快切操作从启动到结束，以及非正常状态的处理，均没有逻辑运算，对操作进行闭锁处理。

（6）同期系统是较早与热控有联系的一部分功能，早期的DEH设计常常做DEH远方同期功能，现在ECS把这部分功能做在DCS中，这样，整个同期从操作到实现有三个地方，电气侧同期装置和DEH的转速控制以及DCS中的操作块。在DCS中实现ECS功能为真正意义上的自动同期打下了完整的基础。目前的问题是，虽然在DCS和DEH采用同一系统，但在同期请求到DEH后，DEH投转速自动仍然为手动干预。失去了自动同期的意义，从目前技术发展的角度来看，同期装置和选线器自检是自动的，没有任何问题，而DEH的转速自动在参数整定结束后也可正常自动使用，在逻辑判断上，也可加入一些关键的判据。这样自动同期系统可在DCS中一键完成，实现真正意义上的自动同期。

（7）励磁系统进入DCS主要是对励磁面板的功能进行远操，从该意义上来讲，DCS中的励磁画面主要效仿AVR面板，同时显示励磁系统的工作状态、报警等信息。另外，利用DCS的强大功能还可将AVR故障远方手动操作功能在DCS中实现。目前存在的问题是，在励磁系统采用励磁变的形式，启励过程的状态监视在DCS中不完善，应该将起励过程的状态信号完全接入DCS中，这样在DCS中即可完成自动励磁的功能，另外励磁系统作为电气侧较为复杂的系统，应该大量接入励磁系统的中间变量值，目的是对AVR的品质进行监视，而DCS可作为AVR的长期记录仪，为AVR的参数整定提供方便。

（8）380V系统的工作段与备用段之间的自动连锁切换功能。也可以利用DCS丰富的功能块来实现。

（9）UPS柜的馈线开关也可以通过远方操控，主机柜和旁路柜进线开关操做也可做到DCS中。该系统的远控危险性较低，适合远方控制。UPS柜的状态监视要全部接入。

（10）柴油发电机组工作方式不同，因此需要专门的画面来处理。

（11）信号的传递从实现手法上看，主要信号通过硬接线连接，辅助信号通过串行通讯接入DCS，一些重要的信号如：发电机出口瞬时功率信号、累积功率脉冲信号、功率因子等需要特殊处理。均可通过DCS强大的软件功能，完成并达到要求精度。在替代传统台盘DDZ系列表计后，DCS软件实现功率累积相对简单容易，但容易忽略的环节是DCS在软件下装和DPU初始化时，容易将先期计数清零。而功率因子更是目前信号传递中较难的一个。通过对电气功率因子变送器测量原理的研究，以及传统台盘动圈表的刻度盘的解读。我们在DCS中成功的解决了该问题，为机组进相运行时信号监视提供了方便。现将其原理陈述如下：电气功率因子变送器一次测量信号为发电机出口相角差，二次值为经过余弦运算的功率因子，变送器送出值为二次值，该变送器是早期设计配接台盘动圈表的，4～20mA信号对应因子范围为0.5～1～0.5，虽然二次值与4～20mA呈非线性，但在上下两个半段，他们是线性的，且上下半段的区分由一次值来确定。这一切过程均在变送器内完成。信号送入DCS后，要完成显示功能以及工程单位化，因此，同样是上下半段的0.85例值，因为相角的超前滞后特性，它有正负区分，在过去的台盘上动圈表的刻度是人为设置的，我们可以设置-60度到+60度对应-0.5～1～0.5，刻度盘上1和-1是合二为一，而变送器的发送信号并没有正负之分，在角度为零度附近，因子以“1”为中心发生极变，而在信号的连续变化中-0.5～1的真正变化过程是-0.5～-0.999···～1，这样无论怎么设置信号范围，都无法避免极变这个问题。以至很长时间以来，该信号一直以该方式接收：4～11.999···mA对应-0.5～-1，12～20mA对应1～0.5，有的甚至连中间值12mA都不区分。但该方式下变送器的校表精度容易导致信号的极变。处理该问题的根本方法是为ECS进入DCS的电厂专门生产相角变送器，将测量一次值直接送给DCS，由DCS完成余弦运算，同时由DCS判断相角超前滞后，最后将正负号加给最终显示值。

3. 解决方案的提出

（1）对于电气操作员画面流程图组态，应该制定专门的规则，将上