摘要：本文通過對電氣綜合控制系統（XNCS）方案的概述，闡明實現全廠電氣自動化與DCS系統一體化是中國火電廠適應電力市場、提高整個電廠安全、經濟運行從平和目動億從平的一條有效途徑。通過對新華公司在火電廠頂目中的實踐介紹，刀圖為以后火電廠電氣自動化工程提供有益借鑒。
　　
　　■電氣綜合自動化系統的設計原則
　　
　　全廠電氣綜合自動化系統采用分層、分布、分散全微機綜合目動化系統技術，整個系統直接建立在XDPS系統平臺的基礎上，同時又將各臺機組的XDPS系統相互連接起來，實現全廠控制系統平臺統一和數據集中的一體化控制方案，滿足分散控制和集中管理的要求。
　　
　　根據電廠的單元機組的運行控制的要求，我們認為電廠的電氣綜合自動化系統[XNCS]可以從橫向分為機組電氣自動化系統[ECS]，升壓站控制系統。ECS系統指從6kV廠用電母線到電廠側的所有工廠房內的電氣設備的監視和控制，包括與單元機組運行直接相關的電氣設備的監控和保護;ECS系統的劃分以機組為單位，每套機組有一套ECS系統，完成單元機組電氣自動化。ECS系統的功能直接通過DCS平臺實現，用CRT/鍵盤操作方式取代盤臺上一對一的硬手操方式，不另外獨設立電氣自動化系統，實現了機、電、爐的全局數據共享，減少了自動化孤島及系統數據交換的瓶頸，減少系統維護人員的工作量。升壓巧控制系統的劃分以電廠為單位，實現對于升壓站的監控。
　　
　　全廠電氣綜合自動化系統[XNCS]完成整個電廠的電氣系統和升壓巧電氣系統的監控和保護功能，提供整個電廠的電氣運行維護平臺，電氣運行維護人員可以直接在此綜合平臺上實現對于全廠的電氣設備統一維護，由各機組運行人員實現對于機組電氣設備的運行操作，即實現對于電氣設備的分散控制和集中管理的功能;同時通過遠程通道接受上級調度的調度指令，進行廠內的（機組負荷經濟分配，實現電廠出力控制，進一步提高電廠效率;通過電氣控制算法模塊，實現設備管理和狀態檢修功能，實現設備壽命管理，降低維修費用，延長設備使用壽命;通過實時成本計算模塊，根據機組運行狀態統計機組實時運行成本，作為實時競價的決策依據，滿足將來電力市場的實時競價的要求。
　　
　　整個電氣綜合自動化系統縱向分為兩層，即間隔層與中央控制層。間隔層通過現場總線網將各智能微機保護監控單元聯結起來。各間隔控制單元均為智能式設備，負責與開關、變壓器、電動機等一次設備直接。間隔層的智能單元直接上現場總線;中央處理單元[DPU]通過智能接口連接現場總線網，實現間隔層和中央控制層的數據交換，DPU完成規約轉換和邏輯控制的功能。智能單元帶有LCD顯示屏，可直接通過面板上的觸摸鍵盤進行參數整定和操作，在系統通訊中斷或中央控制層失效的情況，仍能獨立完成間隔層的監測和控制。保護監控單元采用交流采樣技術，減少系統接線提高數據測量精度和速度。在保護配置上各保護功能獨立，互不影響;各保護測控單元具有故障錄波功能，錄波波形可通過召喚方式傳送到后臺機，供存檔、顯示、打印。中央控制層設有中央處理單元和MMI站。中央處理單元[DPU]是整個電氣綜合自動化系統的核心，向下連接現場總線網實現中央控制層和間隔層的信息交換，向上通過冗余的以太網與MMI站相連，同時DPU內置圖形組態算法可以實現順序控制和五防閉鎖等邏輯控制功能。MMI站作為整個系統的人機界面，實現數據和圖形界面的顯示，以及操作界面。
　　
　　■火電廠電氣綜合自動化的實現方案
　　
　　新華控制工程有限公司作為具有雄厚實力的DCS生產廠家，依據其長期從事電廠自動化系統設計調試的豐富經驗，通過宅電廠技術人員合作，將集DCS、ECS、NCS一體化的系統應用于實際工程中，實現在部分項目上實施了機組負荷分配功能，有效地改善了機組運行水平和電廠生產管理，對單元機組電氣自動化和升壓站的監控。
　　
　　1、一體化的系統配置
　　
　　上圖為某電廠1#機組到6#機組DCS、ECS、NCS一體化系統的構成框圖。在上述系統中，每臺機組具有各自獨立的單元控制系統，機組單元控制系統布置在集控室中。每套機組單元控制系統由DEH、DCS、ECS三個功能相對獨立的子系統構成，運行人員可以通過MMI站分別實現對機、爐、電的監控。DEH、DCS、ECS實硯一體化設計，通過雙以太網高速數據公路實現不同子系統間的數據共享和交換。同時單獨設立一套NCS系統，作為升壓站的綜合自動化系統，實現對升壓站的監控。NCS系統通過光纜與各臺機組的ECS系統連接，獲取全廠的電氣設備運行數據。NCS作為全廠電氣運行的綜合平臺，除完成升壓站監控外，還作為全廠電氣維護的平臺。
　　
　　整個系統采用新華公司生產的分散控制系統XDPS-400+作為系統平臺，采用統一的硬件平臺，汽機調節系統[DEH]、鍋爐控制系統[DCS]、單元機組電氣控制系統[ECS]、升壓站控制系統[NCS]全部采用XDPS-400+控制系統平臺。各子系統間從功能上相對獨立，同時又通過以太網高速數據公路聯結在一起實現子系統間數據交換和共享，消除了不同子系統之間的數據接口的瓶頸，實現系統資源共享，減少了系統設計、調試、安裝、運行、維護的工作量，降低系統造價。由于每個子系統并不是以自動化孤島的形式存在，而是通過高速數據公路實現數據的有機，因而也為加入運行管理模塊提供了良好的基礎。
　　
　　NCS系統通過交換機和光纜分別和六套機組單元控制系統互聯;NCS系統向下通過硬接線或通訊萬式與電氣保護系統相連。在NCS系統中配置了GPS時鐘，作為系統時鐘基準，同時通過NCS系統對機組望元控制系統對時，實現全系統時鐘統一系統對外通過電廠的遠動通道與上級調度通訊，接受上級調度的發電指令，經分配后作為各臺機組的發電指令發送到機組單元控制系統，控制機組的出力。根據電廠電氣控制系統實際應用的具體要求，電氣控制系統的具體系統結構如下圖所示。
　　
　　2、分層分布式的系統結構
　　
　　從整個系統上看，系統采用分層分布式的系統結構。
　　
　　分層:縱向上分為兩層:間隔層和中央控制層。
　　
　　分布:具有兩層言義
　　
　　●系統根據電廠電氣設備的布置特點和功能分為ECS系統[布置在集控室]和NCS系統[布置在網控室]。
　　
　　●間隔層單元按分布式布置，有條件時可將單元裝置直接安裝在開關柜上，通過現場總線網絡同中央層的設備通訊。
　　
　　在功能分配上，采用可以盡量下放的原則，凡是可以在本間隔單元就地完成的功能絕不依賴通訊網。這樣的系統具有以下明顯的優點:
　　
　　●系統的可靠性高，任一部分設備有故障時只影響局部;
　　
　　●可擴展性與靈活性提高;
　　
　　下面是對系統的各控制單元具體說明:
　　
　　2.1中央控制單元[DPU]
　　
　　DPU是電氣綜合自動化系統的通訊樞紐，協調間隔設備的數據、命令交換，收集變電站不同類型的實時數據，以不同規約、不同的通訊媒介向調度控制站轉發，同時也接收來自上級調度控制站的下行命令，轉發至各間隔設備單元。因具重要性，設計時采用雙機配置，互為監視，自動切換，確保可靠。
　　
　　中央控制單元功能:
　　
　　1.收集智能設備間隔單元數據信息并轉發至主控端;
　　
　　2.接收主控端控制命令，轉送至相應間隔單元設備;
　　
　　3.監視各間隔的運行狀態，發現異常及時告警;
　　
　　4.可支持各種現場總線網同智能設備連接;
　　
　　5.通訊速率可在線設定;
　　
　　6.支持遠方在線參數設定;
　　
　　7.通訊協議可由用戶;
　　
　　8.可提供雙機熱備份方案;
　　
　　9.完成可編程邏揖控制功能。
　　
　　2.2人機接口工作站[MMI]
　　
　　MMI站作為整個系統的人機接口工作站完成數據和畫面顯示并為運行人員提供操作界面。MMI站采用WlNDOWSNT操系統，應用系統軟件采用新華公司研制開發XDPS-400+軟件包，并具有下列功能:
　　
　　●數據采集和處理
　　
　　[1]全廠各種模擬、狀態量、電度量采集，并以圖形表格方式顯示記錄；
　　
　　[2]測量異常、開關、閘刀和保護動作等異常情況報警并記錄；
　　
　　[3]實時數據統計，累加并記錄
　　
　　[4]事件順序記錄（SOE）打印；
　　
　　[5]故障錄波波
　　
　　[6]保護參數整定及記錄；
　　
　　[7]對有功和無功積分計算統計電度量；
　　
　　●圖形功能
　　
　　[1]提供電力系統標準圖元符號，作圖時直接調用，使畫面標準、統一；
　　
　　[2]提供豐富而便利的圖形編輯功能，畫面設計方便自如；
　　
　　[3]具有畫面漫流，無級縮放功能；
　　
　　[4]提供電壓棒圖，負荷曲線，系統配置，系統接線等畫面，發生故障自動提出畫面；
　　
　　[5]面向對象的畫面直接操作，根據所選對象的權限提供相應操作菜單；
　　
　　[6]畫面拷屏；
　　
　　●報表系統
　　
　　[1]報表編輯的在線生成和修改；
　　
　　[2]靈活的制表功能，可輕松愉快地生成各種復雜報表；
　　
　　[3]數據庫的聯接制表；
　　
　　[4]定時打印、實時打印或召喚打印；
　　
　　●控制操作
　　
　　[1]斷路器的合閘、分閘操作；
　　
　　[2]馬達的合閘、分閘操作；
　　
　　[3]電容器組的手動投切或自動投切；
　　
　　[4]有載調壓變壓器分接頭的調節操作；
　　
　　[5]微機五防閉鎖及操作票生成系統；
　　
　　●保護管理功能
　　
　　[1]獲取保護設備的運行信息，故障動作信息，自檢信息等；
　　
　　[2]獲取保護運行定值；
　　
　　[3]修改和下裝保護定值；
　　
　　[4]保護信號復歸；
　　
　　●告警功能
　　
　　[1]開關變位告警；
　　
　　[2]保護動作告警；
　　
　　[3]測量越限告警；
　　
　　[4]設備異常告警；
　　
　　[5]畫面閃爍，自動彈出告警畫面，且伴有音響告警；
　　
　　2.3間隔控制單元
　　
　　間隔層采用智能監控保護單元。繼電保護功能相對獨立，采用保護監控一體化設計，但保護和監控功能相對獨立，單元裝置內由專門獨立的CPU模塊完成保護功能，本系統保護按被保護的電力設備單元[間隔]分別獨立設置，直接由相關的CT及pT輸入電氣量，動作后由接點輸出，直接操作相應斷路器的跳合閘線圈，保護動作后，通過通訊網絡將報告上傳，但保護功能*不依賴通訊網絡。測量監控功能的精度高、實時性好，由于采用專門的監控模塊完成本間隔的測量、控制，測量精度<0.5%，事件分辨率<2ms。系統中單元裝置具有保護和監控功能，保護和監控模塊都具有完善的自檢功能，可快速定位任一硬件故障并發"裝置故障"告警信息，DPU通過虛擬通道狀態顯示測量保護單元的工作情況，同時在測控保護單元上的LCD顯示故障內容，方使現場維護。各單元硬件模塊化設計，相同的硬件配以不同的軟件即可實現不同的功能，互換性強，使得調試、維護大為簡便，靈活的系統組態,可根據一次系統的變化，象"搭積木"一樣，將系統加以擴展。
　　
　　■電氣綜合自動化系統實現的主要功能
　　
　　火電廠電氣自動化應實現對高低壓電氣設備電氣參數實時監測和安全監控，有效地提高電廠運行安全性和可靠性，保證供電電能質量;減少值班人員，改善運行人員的工作條件。根據調度指令實現機組功率的經濟分配，提高電廠經濟效益，滿足電廠綜合運行管理功能。
　　
　　3.1發電機一變壓器組的監控
　　
　　發電機順控并網、順控解列:機組正常啟動時，當發電機達到額定轉速時，ECS投入AVR;當發電機達到額定轉速時，ECS啟動同期裝置，在同期合閘成功，友電機負荷達到一定值后，ECS將高壓廠用電源從啟/備變快速并聯切換至高壓廠變上。機組正常停機時，DCS控制降低機組負荷，當機組負荷降低到某一定值時，ECS將高壓廠用電快速并聯切換至啟/備變;當機組負荷繼續降到零時，跳開主開關，聯跳汽機主汽門，發電機滅磁。
　　
　　當發電機突然部分或全部失去勵磁后，根據失磁的嚴重程度，采取減負荷或跳閘將發電機解列等不同的決策。
　　
　　3.2發電機勵磁系統的監控
　　
　　監視勵磁系統裝置運行狀態和勵磁開關的狀態，根據發電機的無功功率，實現對勵磁系統的主勵、備勵的自動增減控制，以及勵磁系統的故障及異常報警。
　　
　　3.3廠用電系統的監控
　　
　　實現高、低壓廠用電系統的實時數據采集，對高、低壓廠用電系統進線開關和饋電開關的控制。采用交流采樣技術[或通過電量變送器采用直流采樣]對高、低壓廠用電系統的母線電壓，進線、饋線電流、電壓、有功、無功功率及電量的采集。
　　
　　廠用電系統開關的分/合、試驗、檢修狀態的監視。
　　
　　實現廠用電開關的分/合操作、邏輯閉鎖，檢修掛牌等操作。
　　
　　3.4廠用電源切換的監控
　　
　　通過新華公司生產的備用電源自動切換卡件[BZT]實現對廠用電源切換的監控。正常運行時，低壓廠用母線分段運行、互為暗備用，并且聯絡斷路器與低壓廠用母線進線斷路器互為邏輯閉鎖;只有在母線分段時，低壓廠用母線進線斷路器才能合閘;母線不分段時，一段進線斷路器斷開，另一段進線斷路器才能合上。
　　
　　3.5啟/備變電源自動投切的監控
　　
　　正常運行時進行電源切換采用經同期并聯切換，并目慢速斷電切換操作為后備方式。
　　
　　當正常運行時，工作電源事故跳閘時，啟動備用電源自投回路。當工作電源與備用電源的電動勢夾角<20度時，啟動備用電源斷路器合閘回路;當工作電源與備用電源的電動勢夾角>20度時，閉鎖備用電源斷路器合閘回路，只有當工作電源母線殘壓衰減到20%Un時，才能接通備用電源斷路器合閘回路，即慢速斷電切換。
　　
　　3.6柴油發電機和保安電源的監控
　　
　　實現柴油發電機母線電壓，柴油發電機出口電流、功率，柴油發電機主開關狀態和故障報警的監視;完成柴油發電機的啟停控制。
　　
　　3.7直流系統和UPS系統的監控
　　
　　實現直流系統母線電壓，充電器工作狀態，UPS電壓、電流、頻率，UPS運行狀態，直流系統主刀閘的分、合狀態的監視。
　　
　　3.8發電機同期系統的監控
　　
　　發電機與電網的同期是由同期裝置自動實現，同期過程中，同期裝置通過DCS系統控制AVR,DEH。當同期條件滿足時，向發電機斷路器發合閘指令。
　　
　　■對干電廠電氣自動化的展望
　　
　　隨著電力市場改革，廠網分開成為電力改革的必然趨勢。電廠為適應競價上網的要求，提高電廠安全經濟運行水平和自動化水平是必然趨勢。近年來，DCS系統已廣泛裝備了國內電廠的機組，將DCS\ECS\NCS打通，構成全廠的電氣數據共享平臺（xncs）,實現系統一體化設計，滿足電廠電氣設備點多面廣的特點，實現電氣系統的分散運行操作，和設備的統一集中管理功能，為電氣維護人員提供了強有力的工具，有效提高安全經濟運行水平和自動化水平，減少運行維護費用。