一、概述
　　
　　納雍發電總廠系新建電廠，一廠建設規模為4×300MW燃煤發電機組，規劃容量為4×300MW。#1、#2主機由哈爾濱三大動力廠提供，DCS為上海FOXBORO公司提供的I/A,s6.0，#3、#4主機由上海三大動力廠提供，DCS為上海新華公司提供的XDPS-400。本工程鍋爐為四角切圓無煙煤爐，汽輪機為凝汽式汽輪機。
　　
　　二、電氣進入DCS的設計功能及控制要求
　　
　　納雍發電總廠DCS分散控制系統電氣控制（ECS）主要設計了以下各種電氣設備控制方式，以及并網和解列順序控制。
　　
　　2.1DCS控制的主要電氣系統（設備）
　　
　　根據單元機組的運行和電氣控制的特點，在工程的應用中采用將發電機—變壓器組和廠用電源等電氣系統的控制都納入DCS監控。從升壓站（不包括升壓站）至電廠側的所有主廠房內電氣系統均納入DCS監控，主要系統歸納為：
　　
　　發變組系統（包括變壓器本身的通風系統如風扇電機的控制）；
　　
　　發電機勵磁系統；
　　
　　高壓廠用電源系統（包括廠用電源正常切換）；
　　
　　低壓廠用電源系統和400VPC；
　　
　　高壓啟／備變電源系統（2臺機共用）；
　　
　　柴油發電機組和保安電源
　　
　　直流系統和UPS系統；
　　
　　自動同期系統；
　　
　　DCS系統中電氣主接線如下圖：　　電氣主要保護安全自動裝置因要求DCS實現其功能目前尚有一定的難度，并且要增加相當大的費用。原則上不要求通過DCS實現其功能，仍保留其裝置，但它們與DCS之間要有接口，我廠采用的方案仍是控制采用硬接線，利用通訊方式傳輸自動裝置信息。保留的保護自動裝置主要有如下：
　　
　　發變組保護裝置；
　　
　　自動準同期裝置（ASS）；
　　
　　自動電壓調整裝置（AVR）；
　　
　　廠用電快切裝置；
　　
　　故障錄波裝置。
　　
　　另外，主廠房外輔助系統的電氣系統如輸煤、化水、制氫等也均不納入DCS系統中。
　　
　　2.2利用DCS進行的發電機并網和解列順序控制：
　　
　　機組整套啟動時從鍋爐點火至發電機并網帶初始負荷夠實現全過程的自動程序控制。目前設有幾個斷點人工分析判斷決定后介入操作，今后將根據情況實現一鍵并網及一鍵解列，“一鍵并網”即運行人員在做好并網前的一系列檢查準備工作后，只需要點擊程序并網開始即可實現自動并網。ECS按照既定程序執行，滿足并網條件后即可同期并網。運行人員基本無須進行任何干預。大大減輕了運行人員的操作量，提高了自動化水平。
　　
　　機組自啟停控制的要求是：機組正常起動時，當發電機達到額定轉速時，DCS將投入AVR。當發電機電壓達到額定值時，DCS將投入同期裝置。發電機與電網的同期是由同期裝置自動實現，在同期過程中通過DCS控制AVR、DEH，當同期條件滿足時，向發電機斷路器發合閘指令。在同期合閘成功，發電機電負荷達到一定值之后，DCS將高壓廠用電系統快速從啟備變切換到高壓廠變上。
　　
　　關于并網程序及其控制畫面在后面再做詳細說明。
　　
　　機組正常停機時，DCS控制降低機組負荷，當機組負荷降到某一定值時，DCS將高壓廠用電系統快速切換到啟／備變系統供電；當機組負荷繼續降到零，跳開主開關，聯跳汽輪機（主汽門關閉），發電機滅磁。
　　
　　其順序控制畫面如圖：　　對于廠用電源系統控制的方案是：正常由ECS操作員站進行控制，設有廠用電監控系統作為后備操作站。
　　
　　在機組啟動時通過啟／備變向廠用負荷供電；在機組正常用電時，由廠變供電并經低壓廠變向400VMCC低壓負荷供電以啟動機組所必需的輔機；在廠用電消失時，為了保護設備和系統的安全，廠用電快切裝置應快速將廠用工作負荷自動切換至啟／備變；當確認保安段母線失壓后，應啟動事故備用柴油機供電以保證設備安全。
　　
　　廠用系統的控制畫面如下圖：　　三、一鍵并網方案的比較
　　
　　通過納雍發電總廠兩套DCS系統中電氣程序控制情況來看，目前DCS系統中實現一鍵并網可通過兩種方式實現：
　　
　　3.1DCS系統通過與成熟的電氣自動裝置如自動勵磁調節器、同期裝置等進行硬接線或通訊聯接，取得“勵磁電壓”“允許投入同期”等指令及反饋信號后。在DCS中進行順序控制組態，通過并網條件的逐一判斷完成并網。如下圖：　　3.2DCS系統中即可利用卡件如新華公司的同期卡等進行條件判斷，通過引入機端電壓及網絡端電壓到DCS系統中，利用卡件進行判斷并輸出同期指令到并網開關，通過順序控制組態完成并網。如下圖：　　以上兩種方式均可實現“一鍵并網”功能，大大降低了運行人員的操作強度。*種方案利用了目前較為成熟的電氣裝置，可靠性較高，但存在系統之間的連接和通訊配合問題。第二種是擴大了DCS系統的范圍，將部分電氣裝置的功能納入到DCS系統中。筆者認為是DCS發展的一個方向。可充分發揮DCS的功能，減少電氣裝置的購置和建設工作，節約電廠工程投資。
　　
　　四、電氣進入DCS的三種方案的比較：
　　
　　方案一：全部采用硬接線，其優點是DCS中所接收的電氣數據及控制輸出可靠性高，且不存在通訊速率及通訊接口問題。其缺點一是DCS系統的投資隨著接入量的數量而增加。每增加一個量，不管是DI、DO還是模擬量，在DCS系統中即增加一個“點”，DCS系統按“點”收費；二是浪費大量電纜。每增加一個量，都要額外增加一路電纜，將該量與DCS系統直接相連。三是無法完成較為復雜的電氣運行管理工作，實現電氣的“綜合自動化”。
　　
　　方案二：全部采用通訊方式，其優點是所有電氣數據點均在現場組網，通過數據高速公路傳輸到DCS系統，減少了大量電纜的采購和敷設工作，但存在缺點一是在目前條件下將通訊數據用于重要開關的控制是否可靠仍值得探討，二是實際工程中容易造成數據瓶頸。
　　
　　方案三：重要控制采用硬接線、測量數據采用通訊進入DCS的方式：也即我廠電氣系統納入DCS監控的方案，該方案為涉及到開關控制、柴油發電機控制等的I/O點通過硬接線接入，這部分I/O點一臺機組為199點，加上電氣公用系統I/O合計為387點。而其余如電流、電壓值等通過現場采集后以通訊方式進入DCS。這樣既保證了控制的可靠性，又節約了大量電纜保證了經濟性。同時保留了電氣保護、安全自動裝置等的獨立性并延伸和擴展了它們的作用。即我廠提出的稱為EDAS的方案：將進入保護、自動裝置的電氣測量數據在現場匯總后傳輸到DCS畫面進行監視，為操作人員提供了CRT集中監視和操作的手段。
　　
　　我廠電氣與DCS系統之間的連接情況如下圖：　　在圖中電氣系統重點在現場測控保護層，由電氣保護裝置提供電氣設備的測量、保護動作等信息，也即實現了筆者認為應當稱為電氣數據采集系統（EDAS）的功能，EDAS系統通過連續采集和處理所有與電氣系統有關的重要測點信號及設備狀態信號，及時向電氣運行人員提供他們所關心的電氣設備的測量、保護動作、整定、事故追憶等信息，實現機組安全運行。
　　
　　在采集到相關數據后，通過通信管理層即現場總線進行組網，并通過通信管理單元和主控單元進行數據的分類、打包。然后通過數據高速公路傳輸到后臺管理系統。
　　
　　在這里筆者認為不應再重復設置電氣后臺管理系統，一是重復投資和建設浪費人力財力物力。二是由于電氣設備現場組網廠家與DCS系統建設廠家往往不是一個公司，因此在通訊和接口上容易出現問題導致控制系統的不穩定，尤其是在電氣自身建設有一套管理控制系統的情況下，往往將較好地數據高速公路留給自己，而提供給DCS系統的則較差，形成通訊薄弱環節，嚴重影響DCS系統的電氣控制管理功能。
　　
　　五、存在問題及解決方法：
　　
　　通過一年以來的運行，我廠DCS系統在電氣控制的應用中暴露出一些問題，其中較為突出的是目前DCS和電氣控制系統通訊協議上有一定問題，我廠#1機組廠用電監控系統原設計全部通訊量有四千點左右（不含通過硬接線參與控制的IO點）。經現場討論刪除部分量后目前有1753個開關量和456個模擬量以通訊方式進入DCS系統。由于監控系統與DCS系統采用MODBUS協議串口連接。傳輸速率為19200bps（19K速率），處理全部數據的周期在3秒以上。數據流向為廠用電監控系統SWITH即通訊主控單元。（有TCP/IP以太網口2個，串口4個）處用4根串口同軸電纜連接至DCS電氣通訊接口機，再通過通訊接口機將連接至AW5101工程師站（826點）、WP5101（820點）、WP5102（563點）進行數據處理后傳至DCS系統的數據總線供所有CP及站使用。這種方式存在的主要問題一是通訊接口機未達到冗余配置，一旦任何一臺故障都將造成通訊中斷，二是通訊速率慢，通訊機負荷大，通訊軟件還不夠完善。三是通訊方式不合理，在廠用電監控系統中將TCP/IP協議的數據轉換為MODBUS，在DCS系統中又將MODBUS協議轉回TCP/IP協議。
　　
　　以上通訊問題的解決方案有三個方面：一是設計中應對所有通訊量應明確各點的作用。對于與生產無關的數據不予進入。以確保通訊速率和可靠性。同時應體現重要回路硬接線的思路，確認硬接線包括哪些范圍。二是DCS廠家方面增加通訊接口機或者用于通訊的卡件等，形成冗余配置并完善通訊軟件提高通訊效率。目前在我廠2號機組的DCS中廠家與我廠配合做了一些對通訊有益的工作，主要是增加了一臺內含CP的工程師站于通訊控制，即虛擬CP于通訊。目前試驗效果是較為滿意的，除了滿足電氣系統進入DCS通訊外，還滿足了向SIS系統傳輸數據的需求。三是電氣監控系統廠家應增加或更換SWITH，采用以態網接口直接用TCP/IP協議用以太網線接入DCS系統的網卡中，實現兩者之間100M/10M的傳輸速率，或者直接取消電氣后臺監控，將其以太網高速接口接入DCS系統。
　　
　　通過電氣進入DCS系統在我廠的實施，建議電氣除保護外其余功能均納入DCS。取消廠用電監控系統的后臺系統，由DCS統一進行控制，現場數據通過測控保護裝置采集后現場組網并利用光纖接入DCS。
　　
　　在目前看來，網絡監控系統（500kV系統）由于保護邏輯復雜且繼電保護技術已十分成熟因此不宜進入DCS控制。廠用電監控（6kV）系統因其開關柜的保護元件（含監測元件）也較為成熟且體現了分散控制的思想，因此可以考慮保留，其采集的電流電壓等數據和保護動作的數據通過連接匯集到現場總線后上傳至DCS的數據總線。而對開關的控制指令和開關位置的反饋等重要回路來說，由于通訊方式目前來看在廠用電監控系統的應用中顯得可靠性不足，廠用電監控系統自投運以來前后已因各種原因死機十余次，而DCS采用硬接線方式控制上未受通訊影響，在幾次廠用電監控系統死機時都保證了對廠用電系統的可靠操作，因此建議所有電動機、發電機并網開關（我廠為5011、5012）、6kV母線進線開關、出線開關、聯絡開關、400V母線進線開關、出線開關、聯絡開關等的控制回路及開關位置反饋回路均采用硬接線模式。
　　
　　總之，我廠電氣系統進入DCS的模式（現場總線、數據通訊、重要回路硬接線控制）是*可行的，也是今后電氣進DCS值得借鑒的一種模式。