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第 3 3卷第 1 0期 2 0 1 1年 1 0月 华 电技 术 Hua d i a n Te c hn o l o g y V0 1 ． 3 3 No ．1 0 0c t ． 2 011 利用分散控制系统实现火电厂监控平台一体化 彭晓艳 ， 赵志刚 1 ． 国核电力规划设计研究院， 北京1 0 0 0 9 4 ； 2 ． 北京广利核系统工程有限公司， 北京1 0 0 0 9 4 摘要 采用分散控制系统 D C S 实现火电厂监控平台一体化可减少控制系统间接口、 增加控制可靠性， 同时减少电厂 备品／ 备件管理、 降低培训与维护工作量。对 D C S 在火电厂单元机组控制及辅助车间控制中的应用进行 了论述， 对应用 中的问题进行了分析。 关键词 火电厂； 分散控制系统； 数字电液控制； 辅助车间控制； 监控一体化 中图分类号 T P 2 9 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 1 1 0 0 0 2 2 0 3 0 引言 经过几十年的发展， 我国火电厂控制技术 日 臻 成熟， 自 动化水平不断提高， 电厂热工 自动化的发 展， 除更高速化和智能化外， 一体化也是其发展趋势 之一。本文就采用分散控制系统 D C S 实现火电厂 监控平台一体化的问题进行分析。 1 火电厂控制系统总体规划 对于新建 电厂而言 ， 控制系统网络 的设计规划 既要满足电厂实际生产 的要求 ， 又要考虑运行 、 维护 和管理的实际需求。现代大型火电厂热工控制系统 多由分层分级的网络构成 第 1 级为全厂监视管理 级， 包括厂级监控信息系统 S I S 、 厂级管理信息系 统 MI S ； 第 2级为生产过程控制级 ， 包括单元机组 控制系统和全厂辅助车问控制系统； 第 3级为现场 控制级 ， 包括现场仪表及控制设备等。 生产过程控制级采用 D C S一体化监控平台， 需 要 D C S尽可能全面地应用在单元机组控制与辅 助 车间控制之中。 2 单元机组 D C S控 制 火电厂单元机组控制以 D C S为主 ， 辅 以部分其 他成套控制装置 ， 如汽轮机数字 电液控制 D E H 系 统 、 汽轮机紧急跳 闸系统 E T S 、 给水泵汽轮机电液 控制 ME H系统 、 给水 泵 汽 轮机 紧急 跳 闸系 统 M E T S 等。实现单元机组控制一体化， 要求 D C S 尽可能完整地包含机组各系统需要的控制功能 ， 除 传统 的数 据 采 集 系统 D A S 、 模 拟 量 控 制 系统 M C S 、 顺 序控 制 系统 S C S 、 旁 路 控制 系统 B P S 、 锅炉炉膛 安全监控系统 F S S S 、 电气控制 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 0 5 系统 E C S 外 ， 还要尽可能 涵盖 D E H， E T S ， ME H， M E T S及锅炉吹灰程控系统等。 2 ． 1 单元机组 D C S一体化控制应用情况 近年来， 单元机组 D C S 一体化控制在很多 6 0 0 MW 及以下容量机组 电厂的应用取得 了成功 ， 各 主 要 D C S 厂家大都具备实现 D E H， E T S ， M E H， M E T S 与机组 D C S一体化的能力。如 H O L L I A S系统， 有 符合汽轮机控制要求的 H O L L I A S D E H和 E T S与 D C S 构成一体， 可满足大型电厂控制和安全保护的 要求。单元机组 D C S一体化控制在辽宁调兵山煤 矸石电厂 3 0 0 M W 循环流化床机组 、 华能营 口电厂 2 3 0 0 M W燃煤供热机组等工程中的应用均取得成 功。国电大连庄河 2 6 0 0MW 超临界机组、 国电蚌 埠发 电厂 一期 26 0 0 MW 超 临界 机组 采用 D C S E D P FN T系统 ， 该系统包括 D A S ， F S S S ， S C S ， E C S ， MC S ， D E H， E T S ， ME H， ME T S和 B P S等功能 ， 实现了 锅炉、 汽轮机、 给水泵汽轮机、 汽轮机旁路的控制和 保护及电气开关的控制 ， 是 目前功能最齐全的控制 系统之一 ， 实现了主机的一体化控制 。 D E H与 D C S 一体化后可作为 D C S的一个站直 接挂在 D C S 主干网上， 实现无缝连接， 可取消单独设 置的D E H操作员站， D E H与单元机组 D C S 共享操作 员站 ， 既减少了控制系统接口， 又简化了控制室布置。 同样 ， E T S采用 与 D C S一体 化硬件后 ， 也 可作 为 D C S的一个站直接挂在 D C S主干网上 ， E T S采用 独立的控制器， 与 D C S无缝连接 ， 可在 D C S操作员 站上实现 E T S 的监视、 在线试验等操作。在应用中 必须注意 E T S 控制处理时间、 通信方式应能够达到 汽轮机安全保护的快速性和可靠性要求 ， 控制器扫 描周期应不大于 5 0 m s 。 2 ． 2 应用中应注意的问题 2 ． 2 ． 1 D E H与 D C S一体化 对于6 0 0 M W及以下容量机组， 单元机组实现 第 1 0期 彭晓艳， 等 利用分散控制 系统实现火电厂监控平 台一体化 2 3 D C S 一体化控制已有多例， 从各主机厂家到各 D C S 厂家对这类应用 已很熟稔。而对于 l 0 0 0 MW 超超 临界机组， D C S 一体化控制的应用还比较少， 问题主 要存在于 1 0 0 0 M W 超 超临界 汽轮机 D E H与机组 D C S的一体化方面。 D E H系统作为汽轮机设计 制造密不可分 的一 部分 ， 一直 由汽轮机 制造厂 开发配套 。对 于 1 0 0 0 MW 超超临界汽轮机 ， 三大 主机厂分别 与不 同的国 外技术支持方合作生产， 同时一并配套 了相应的 D E H系统 ， 分别采用 了分散 控制系统硬件 。例如 东方汽轮机厂引进 日立技术生产 ， D E H系统采用 日 立 H I A C S一5 0 0 0 M 系统 ； 上海汽轮机厂引进西 门子 技术 ， D E H采用西 门子 T 3 0 0 0系统 ； 哈尔滨汽轮机 厂采用 日本 东 芝 技术 ， D E H采 用东 芝 T O S MA P D S ／ W5 0 0。 由于对 1 0 0 0 MW 级机组的控制仍处在进一步 深化研究当中， 国内已投运或正在建设 的 1 0 0 0 MW 级火电机组， 较多电厂对于 D E H是否与 D C S一体 化持较谨慎的态度， 为保证汽轮机控制的可靠性， 大 多数电厂更倾向于采用汽轮机厂原配 的 D E H系统 。 除部分电厂采用了以上几家的 D C S ， 从而与汽轮机 厂配套的 D E H实现 了无缝连接 如上 海外高桥 三 电厂 D C S ， D E H均采用西 门子 T一3 0 0 0系统 ； 广东 潮州三 百 门电厂 D C S ， D E H均采 用 日立 H I A C S一 5 0 0 0 M系统等 外 ， 很多电厂对 D E H与 D C S一体化 并未做强制要求。 例如 早期建设的华能玉环电厂， 汽轮机由上海 汽轮机厂提供 ， 机组 D C S采用西屋 O v a t i o n系统， D E H采用西门子 T一 3 0 0 0系统； 华电国际邹县电发 厂汽轮机由东方汽轮机厂提供 ， 机组 D C S采用西屋 O v a t i o n系统 ， D E H采用 E t 立 H I A C S一5 0 0 0 M系统。 近年 建 设 的 国 电 泰 州 发 电有 限 公 司 一 期 2 X 1 0 0 0 M W 超超临界机组 汽轮机 由哈尔滨 汽轮机厂 提供 ， 机组 D C S采用了西屋 O v a t i o n系统 ， D E H采用 东芝 T O S MA PD S ／ W5 0 0系统 ； 国华广东台山电厂 二期 21 0 0 0 M W 超超临界机组汽轮机由上海汽轮 机厂提供 ， D E H采用西 门子 的 T一3 0 0 0系统 ， D C S 采用 国产和利时 MA C S V 6系统。 当然 ， 随着各主机厂 、 D C S厂家对 1 0 0 0 M W 级 汽轮机控制技术的逐渐掌握 ， 越来越多的 1 0 0 0 MW 级火电厂明确要求 D E H与机组 D C S 实现一体化， 如华电国际莱州发电厂一期汽轮机 由东方汽轮机厂 提供 ， D E H采用 O v a t i o n系统 ， 与机组 D C S实现 了一 体化 。 现阶段， 国内1 0 0 0 M W级火电机组 D C S 仍以进 口品牌为主， 国产品牌在 1 0 0 0 M W级火电机组中的 应用也在逐渐发展中， 但国产品牌要想占有更大的 市场份额， 仍需要从硬件和软件等方面加强研究。 2 ． 2 ． 2 其他问题 随着 D E H， E T S ， M E H， M E T S均采用 D C S一体 化硬件， 这些系统机柜的供电、 接地等均将遵循 D C S 统一标准， 工程实施 中可由 D C S厂家统一设计。 3 辅助车间采用 D C S实现控制一体化 3 ． 1 应用情况 多数火电厂外围辅助车间／ 系统控制采用可编 程控制器 P L C ， 并联网成辅助车间集中监控网络。 由传统 P L C控制方式改为采用与机组 D C S一致的 B O PD C S ， 使得全厂监控均在统一的软、 硬件平 台 下实现。这种控制方式近年来也有诸多应用 ， 如 国 电大连庄河 电厂 2 X 6 0 0 MW 超临界机组 、 国电怀安 热电厂 23 0 0 MW 空冷机组采用 E D P FN T分散 控制系统实现主、 辅控系统的控制； 内蒙古科右中旗 热电厂 3 3 0 M W 供热机组采用和利 时的 D C S实现 主、 辅网监控平台一体化； 华电国际莱州发电厂一期 21 0 0 0MW 机组辅助车间采用与单元机组相 同的 西屋 O v a t i o n系统 。 辅助车间操作方式仍采用集中为主、 就地为辅 的方式 ， 设 1个 集 中值班监控点 单元 机组集控室 内 和水、 煤、 灰等几个就地后备监控点。 3 ． 2 应注意的问题 1 辅助车间采用国产 D C S 实现全厂一体化监 控有更好的经济性。随着国产 D C S近年的不断发 展 ， 技术水平 、 服务质量均 已得到市场 的认可 ， 与进 口 D C S相 比， 其价格优势明显且低于常规 P L C的进 口价格。因此 ， 当电厂 D C S拟采用 国产 品牌时 ， 辅 助车间也采用 B O P D C S ， 除了因监控一体化可带 来操作 、 管理 上 的便 利外 ， 投 资上也 具 有很 大 的 优势 。 2 尽管各 辅助车 间采用与单 元机组 一致 的 D C S 软、 硬件实现控制， 但辅助车间控制网络与主厂 房单元机组 D C S网络应是相互独立 、 互不干扰 的。 同时， 辅助车间 D C S控制网络 中每一个辅助车间控 制系统也应是一个相对独立 的 D C S子系统 ， 各辅助 工艺系统应设置独立的冗余控制器， 可以独立于其 他辅助车 间 D C S及上层辅助车间集 中监 控网络 而 独立运行 ， 各辅助车间之间不应相互干扰 。 3 制氢站、 电除尘设备控制 系统 因其工艺 系 统的特点， 一般均采用 P L C控制并随主设备供货， 如改为 D C S 控制， 有一定难度。 4 采用 B O PD C S时 ， 工程设计 与设备招标 可采用 的方式主要有 2种 一种方式是各辅助车间 2 4 华 电技 术 第 3 3卷 中要求辅助车间控制系统厂家按照 电厂 已确定 的 数字化电厂的方向发展 ， 在此方 向下 ， 现场总线技术 D C S产nIz 口I 1 --J 控 制系统软 、 硬件的配置 ； 另一种方式 等先进控制技术逐步在火电厂控制 中得到应用 ，建 是将所有辅助车间控制 系统和组 网均交 由 D C S厂 立 一 个全厂统一的生产过程监控平 台， 有利于构建 童 蒙 享 ， 宴 苎 煮 妻 篓 一 个 完 善 、 可 靠 的 数 字 化 网 络 ， 从 而 不 断 提 高 电 厂 的 车 间 控 制 系 统 的 规 自 录 。 ’ 硬 划 、测点清单和仪表设计等工作。 。一 ” ” ⋯ 第 1 种方式的优点在于辅助车间程控厂家工程 实现， 不但可以带来操作的便利， 而且具有良好的经 经验比较丰富， 但其涉及的供货厂家多， 有的厂家不 济效益 。 一 定具备消化、 使用 D C S的能力， 各供货商之间接 口多 ， 影响工程进度。在第 2种方式下， 所有辅助车 参考文献 篓 掣 工 苎 煮 掌 [ 1 ] D L ／ T 108 3 00 8 ，火 力 发 电 厂 分 散 控 制 系 统 技 术 条 件 与 效 果 上 更 具 优 势 。这种方式减少了招标次数 ， 同 ⋯ ⋯ ～ ⋯ ～ 。 时各单位责任明确 ， 避免了程控厂家多 、 接口配合困 I s ] 难 的缺点 ， 更可 发挥规 模优势 ， 降低 采购 成本 。 [ 2 ] 田松 辅助车间D c s 集中监控网络的设计与实施[ J ] 火 采用第 2种方式 的缺点在于有的 D C S厂家在化学 电厂热工自动化, 2 0 0 9 3 4 - 3 7 ． 水处理 、 除灰等辅助系统控制逻辑设计方面经验不 编辑 白银雷 员需要密切配合 D C S 厂家进行系统组态、 逻辑功能 作者简介 设计工作 ， 或者在招标时明确要求将辅助车间组态 彭晓艳 1 9 8 0 -- ， 女， 重庆人， 工程师， 工学硕士， 从事 4 结论 m 志刚 1 9 8 。 一 ， 男 蒙古族 ， 内蒙古赤峰人 ， 工程师， 随着火电厂热工自动化要求的不断提高， 提出 工学硕士， 从事核电厂、 火电 厂控制 系统设计方面的 工作。 上接第 2 1页 管理 的科学性 ， 具有实用性强 、 灵活 、 可靠等优点。 6 生成报表。点击打印按钮， 可将储存在管 该系统适用于网络结构和设备变化引起短路电流变 理模块数据库中的 1 主变压器部分数据调出并打 化的情况， 提高了发电厂继电保护人员的工作效率， 印出来。 1主变压器数据生成报表如 图7所示。 具有广阔的应用前景。 l ⋯ B C i j 中 国 大唐集团下 属的 c 电 厂1 主变 继电 保护 报表 l 2 保护装詈刮号R S C 一 9 8 5 南瑞公司 2 0 1 1 年5 月2 1 号 l 3 1 变基本参数 i 4 高压侧 低压侧 I 5 额定电压 K v 2 4 2 1 8 6 额定电流 A 9 4 4 ． 7 8 1 2 7 0 2 ． 0 8 7 c T 接线方式 Y Y 8 c T 变 比 i 5 0 0 0 ／ 5 3 0 0 0 ／ 5 9 c T 二次侧 电流 3 ． 9 4 4 ． 2 3 1 0 基准侧 电流 A I b 3 ． 9 4 1 1 平衡系数 1 1 2 整定计算数据 l 3 最大 不平衡 电流 A 0 ． 9 5 鍪 最大励磁 涌流 2 9 ． 5 5 电流互感器二次回路断线弓l 5 ．1 2 2 1 5 起 的差 电流 A 1 6 差动保护整定电流 f A 5 ． 1 2 2 图 7 1主变压器数据生成报表 4 结论 目前 ， 电力系统继电保护整定软件不能完 整地 给出具体继电保护装置的整定计算结果， 本文针对 发电厂继电保护整定计算的实际情况， 设计了一种 通用型继电保护定值计算和管理的软件系统。该系 统实现了发电厂继电保护整定计算的快速性和定值 参考文献 [ 1 ] 蔡泽祥， 刘桂喜， 孔华东， 等． 发电厂继电保护可视化整 定计算与定值管理系统[ J ] ． 继电器， 2 0 0 0 ， 2 8 6 1 3 ． [ 2 ] 王慧芳， 李阳春， 赵舫． 发电厂短路电流及继电保护整定 计算系统[ J ] ． 继电器， 2 0 0 0 ， 2 8 1 1 3 03 2 ． [ 3 ] 张全， 张天舒 ， 邱东洲． 东北 电网继电保护定值管理系统 的开发和应用[ J ] ． 东北电力技术， 2 0 0 3 6 3 6 3 8 ． [ 4 ] 蔡泽祥， 刘桂喜 ， 孔华东 ， 等． 发电厂继电保护可视化整 定计算与定值管理系统[ J ] ． 继电器， 2 0 0 0 ， 2 8 6 1 3 ． [ 5 ] 黄德斌， 唐毅， 程慈源， 等． 基于平台概念的继电保护计 算及管理系统[ J ] ． 电网技术， 2 0 0 2 ， 2 6 7 5 3 5 5 ． 编 辑 白银 雷 作者简介 郑守文 1 9 7 9 一 ， 男， 四川名山人， 助理工程师， 从事继 电保护及安全 自动装 置、 仪 表远动方 面的工作 E m a i l 1 5 2 3 0 3 0 0 1 1 8 1 6 3 ． c o n 。 周来 1 9 8 3 一 ， 男， 黑龙江齐齐哈尔人， 助理工程师， 从 事发电厂继电保护方面的工作。