■ 前言
我国自80年代引进DCS系统技术并在火电厂的单元机组控制中应用以来，经过数十年的发展，目前DCS系统已在火电厂的单元机组控制中得到广泛应用，极大地提高了火电厂的自动化水平。然而，相对于DCS系统的使用促进了电厂热工自动化水平的提高而言，火电厂的全厂电气控制水平的发展相对滞后，为了满足机炉热工与全厂电气之间的协调控制和电力市场的发展需要，运行人员必须具有对全厂电气系统参数集中监视和控制的手段，并与电气防误操作相结合，提高电气控制的安全性、可靠性、灵活性。因此，将电厂电气自动化部分纳入DCS范围，实现机、炉、电的集中管理，已是趋势所向。
本文以海口电厂的实例来初步探讨火电厂一体化DCS系统中的电气设计，海口电厂"大代小"技改工程新建2×3OMW机组，电气主接线采用双母线接线，配电装置采用GIS组合电器，机组以发电机——变压器组单元接线接入22OkV升压站。起/备电源由GIS间隔引接。本工程DCS一体化系统包括数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)、顺序控制系统(SCS)、汽机控制系统(DEH)、旁路控制系统(BPC)、厂用电气控制系统(ECS)、升压站控制系统(NCS)等各项控制功能，是一套一体化的完成全套机组各顶控制功能的完善的控制系统，整个系统建立在统一的新华XDPS软硬件平台上。下图为海口电厂DCS系统网络配置图。
ECS系统作为一个子系统纳入单元机组DCS系统中。NCS系统不同于ECS系统，它不依赖于任一单元机组DCS系统。因此，把NCS系统自身的光纤环网数据网同公用系统数据网级联，实现数据共享，同时可通过网关站同任一单台机组DCS系统交换数据。而目，NCS系统的供电电源、数据网络配置等均可独立存在。因此，整个电厂的机、炉、电等各子系统间从功能上相对独立，同时又通过以太网高速数据公路联结在一起实现子系统间数据交换和共享，消除了不同子系统之间的数据接口的瓶颈，实现系统资源共享，减少了系统设计、凋试、安装、运行、维护的工作量，降低系统造价。由于每个子系统并不是以自动化孤岛的形式存在，而是通过高速数据公路实现数据的有机联系，因而也为加入高级运行管理模块提供了良好的基础。
■ ECS子系统介绍
在单台机组DCS系统中，ECS子系统主要完成以下功能:
1.发变组部分监控:
包括对发电机、主变及其相关开关，刀闸的监视与控制，采用新华公司专用SYN同期卡实现机组同期并网。采用新华公司的专用同期卡可获得如下优越性:
● 同期表与操作员站画面完美结合。由于同期卡是DCS系统的一部分，所以卡上所采集到的数据对这个DCS系统都是可共享的，利用这些数据(这些数据包括相角差、频率差、电压差等)，可在操作员站画面上再现出同期表的画面，使得运行人员在并网的同时，能在DCS操作员站的画面上实时监视同期电压的变化情况;
下图为采用新华公司同期卡的操作器画面(可根据电厂运行习惯修改)。
● 简化了外部的二次回路接线，减少了接线工作量，且提高了可靠性，使得二次回路显得很简单，易于维护;
● 具备多项先进功能，简化了调试与操作，这些功能包括:导前时间自动测定，而且导前时间的精度是毫秒级的。内部可配置的电压转角功能，有了这一功能，就无需外部接转角变，任何接线方式都能灵活的进行同期比较，具备低压及断线自动闭锁功能，防止PT断线时过调使发动机过电压。
2.散顺序控制:
随着电气系统控制进入到DCS系统中，顺控的概念也被应用到ECS系统中来了，这出大大地提高了电气系统操作地自动化水平，也降低了误操作的可能性。针对ECS实际需求，一般有这些顺控操作能实现:
● 一键并网，由顺控来完成的并网过程简单到只要在需要并网时运行人员按一个顺控并网按钮并加以确认就可以了，这个并网过程中的升压、参数检查、同期鉴定，并网等都可自动完成;
● 智能倒换厂用电，在机组有功功率到达一定水平后，系统可在经确认的情况下，自动完成厂用电的切换，从而提高机组运行的经济性，而当机组有功功率降到一定水平后，系统也可自动的将厂用电切换到备用供电上，以提高机组运行的可靠性;
● 变压器操作集中管理，将平时对380V变压器经常可能进行的操作(这些操作可能包括停变压器不停母线、用本变压器恢复带电母线供电等数十种常规操作)用顺控来实现，使得运行人员的操作简化到最低程度，为全能值班作好技术上的准备;
● 一键解列，在需要对机组进行计划性停机解列时，可通过预设的顺控逻辑，在操作界面上单击解列按钮并经确认后，由ECS系统自动完成解列过程，这个过程可能包括与热工系统的协调要求其降低有功，及自动降低无功等，一直到最终退出励磁系统。
3.励磁系统监控:
对手、自动 (及备励)系统的原有所有可远操的开关实现DCS软操，对部分无远操的开关实现DCS监视;与AVR采用硬接线或通讯的方法，对其进行监控，励磁系统的所有操作都可纳入到顺控并网中，以提高自动化水平;另外DCS还可完成发电机无功的自动调节，即根据中调所下达的日电压水平曲线，自动调节AVR的增减磁，以达到自动实现电压与无功的调节。
4.公用系统监控:
需要长时间不间断的运行，即在任何一台机组停电检修期间，公用系统仍然要继续运行，以保证另外一台机组的正常运行，及停电机组的检修电源的供给。所以，对公用系统，及要求能融合到两台机组中去，但同时又要保持相对的独立性，针对这一特殊的要求，DCS系统在设计公用系统时，采用了独立公用系统加网关通讯的结构，公用系统不依赖与任何一台机组，但通过冗余的网关来与各台机组通讯，交换数据及传递操作消息。采用这一结构有如下特点:
● 独立设置，单独供电，公用系统在硬件结构及电源上都是独立与任何一台机组的，其正常运行，不受任何一台机组启停的影响;
● 冗余网关，信息共享-透明的公用系统，网关站得设置，将公用系统的数据传送到各台单元机组，又将单元机组对公用系统的操作信息传送回公用系统，通过这一技术，使公用系统对运行人员透明了，他可以在任何一台机组上请求对公用系统进行操作，就好似公用控制系统是单元机组DCS的一部分;
● 操作互锁，在网关软件的设置中，有关于两台单元机组谁拥有对公用系统的操作权的设置，且这个设置对两台机而言是互斥的，即当一台机拥有对公用系统的操作权时，则另外一台机组就肯定没有对公用系统的操作仅限，而只有监视的权限，但任何一台机组在任何时候，都可以通过本身画面上的专设按钮，来请求对公用系统的操作权限，这种请求是抢占式的，即谁申请，权给谁，所以即使发生当时有操作权限的一台机组的DCS全部瘫痪而不能操作的情况，另一台机组也可以马上请求而获得对公用系统的操作权限。
5.其他部分:
对高低压厂用电系统开关的监控、检修管理功能，对柴油发电机系统监控，对直流和UPS系统监控，与厂用电度表和保护测控装置的通讯等。
■ NCS子系统介绍
升压站监控系统NCS在全厂电气系统中有其特殊性。升压站需要常时间不间断运行，不会因单台机组检修而停运，因此NCS是相对独立的一个子系统。但随着全厂统一协调控制的需要，NCS同DCS的数据交换也越来越多。因此在海口电厂中，NCS系统既有自己独立的光纤环网数据网，同时又同DCS公用系统数据网级联以实现数据共享。下图为海口电厂NCS系统的配置。整个NCS系统主要包括以下功能。
1.22OkV升压站所有开关、刀闸的监控:
在海口电厂NCS中，线路同期装置采用新华公司的专用SYN同期卡。此卡同ECS系统中的机组同期卡是完全相同的，只是通过卡件组态软件设置成机组方式或线路方式。海口电厂22Okv主接线为双母接线方式，新华同期卡可通过软件组态模拟母线同期PT切换装置的作用，在软件里实现软切换，简化了二次接线。对于更复杂的主接线形式，软件同样可实现同期引入电压软切换。
2.防误操作:防误操作是指:
● 防止误分、合断路器;
● 防止带负荷分、合隔离开关;
● 防止带电挂(合)接地线(接地刀闸);
● 防止带接地线(接地刀闸)，合断路器(隔离开关);
● 防止误入带电间隔。
误操作主要由运行值班人员、检修人员以及其它人员的失误造成。海口NCS系统中专门配备了一台微机五防站和配套五防设备。它接收NCS系统采集来的开关、刀闸等位置信号，并事先将各种运行方式的操作运行规程、一次主接线图及所有开关、刀闸等正确操作方式保存在防误主机上。运行人员要远方操作时，需首先在五防站上模拟操作正确后开出操作票，然后在操作员站上远方操作。在NCS系统的DPU软件组态中同时还有软五防功能，可进一步迸行防误闭锁。其逻辑闭锁图如下图所示。
微机五防系统为了防止就地误操作，在所有开关、刀闸的操作箱上都加装了机械编码锁。运行人员需就地操作时，要首先在五防站上模拟正确操作并开出操作票存在电脑钥匙中，然后凭电脑钥匙去依次开启相应设备操作箱的编码锁并操作。如此通过远方防误闭锁和就地防误闭锁，可基本避免误操作。下图为微机五防软件开票界面。
3.检修管理:
当开关或闸刀在分闸位置，运行人员可以在操作员站进入对象操作画面中，执行挂牌的操作，执行完毕后，在该开关或闸刀的上面就会有红色禁操标志，此时闭锁所有远方操作。此时如需对开关进行空合操作，可在检修菜单里点中闭锁解除按纽，使红色禁操标志变为黄色标志，这样就可以对开关解除闭锁进行空合操作，而不用修改组态程序。优点:可以区分正常合闸还是检修合闸。
4.RTU子系统:
在海口电厂NCS中包含两面GR90数据采集屏和一面机组AGC控制屏，并配置两台相互冗余的D2O0数据处理和通信装置。RTU系统通过切换装置、相应的接口设备经电力系统计算机数据网与海南调度中心进行数据通信，向调度中心进行数据通信，向调度中心传送相应的远去信息，以及接收调度中心向该电厂下达的AGC等调度指令。通讯规约有IEC870-5-101和104规约，并且同时支持其他多种通信规约。RTU子系统通过双以太网104规约与NCS系统通讯，将部分未直接接入NCS信号采集屏的遥测、遥信信息传给NCS系统，满足当地监视功能的需要，并节省了大量二次接线。此外，现在也有部分电厂取消RTU部分，而靠NCS系统直接与中调通讯。此时只需加装电力专线Modem挂在NCS系统实时数据网上，并开启不同的规约程序即可完成数据远传功能。
5.交流采样测量功能：
NCS系统含有高精度的交流采样装置CAI卡。交流采样卡(CAI)采用DSP技术实现流量100V和5A(1A)输入采样，同时完成有功功率、无功功率、频率的计算;中性点不接地系统的两表法或三表法，都可用CAI卡测量;最高精度达到0.2级，为参与电力市场，AGC凋负荷提供准确地依据。采用交流采样方式，可节省大量变送器其二次接线，而且抗干扰能力增强。
6.GPS时钟系统:
为了全厂统一GPS时钟，NCS系统配置了一面GPS时钟柜，含一个GPS时钟主机，两个脉冲扩展箱。对时接口有RS485、220V有源脉冲、IGIG-B码等多种方式，充分满足了DCS系统、保护装置、故障录波系统、RTU系统等的对时需要。以往在有些电厂中，不同的系统及装置都有各自的GPS时钟。不同的时钟装置总难免存在误差，给检修人员进行故障分析带来了困难。采用全厂统一GPS时钟后则不存在这个问题，而目也便于检修维护。如果为了增强时钟系统的可靠性，还可以采用双GPS时钟主机冗余配置的方式。
7.与其它系统的通讯接口:
NCS具有完备的通讯规约库，基本上覆盖了常用的通讯协议，可以方便的与其它子系统及智能装置实现通讯。在海口电厂中， NCS系统通过通讯机分别与电能量计费系统及网控直流系统通讯。采用通讯方式采集数据，可以节省相应的变送器和二次接线，减少卡件配置，降低系统维护成本。
8.保护管理功能:
电气系统中的各主要设备都配置有单元式保护装置，NCS系统不可能也无必要取代这些保护装置，但必须与这些保护装置留有接口。NCS系统科采用通讯方式对各保护单元定值的管理和远方切换;再现各保护单元事故记录;保护故障的告警信号采集等。如此相当于实现电气系统故障信息管理的功能。
9.其它功能:
在NCS系统中可以根据电厂机组实际情况加入经济运行算法模块，实现各台机组间的动态负荷经济分配，提高电厂的运行效率。随着电力市场的进一步成熟，可以在NCS系统中加入实时自动报价模块，NCS系统统计各台机组的运行情况，并在此基础上完成机组运行的成本计算，进而实现自动报价功能。
■ 结论
控制系统一体化对提高运行及维护人员的专业水平和降低备品备件库存等都有十分明显的好处，所以新华公司在致力于将全厂电气控制融入DCS系统中，力求做到一体化的概念，这包括:
● 统一的软件界面，NCS/ECS系统只是这个DCS系统的组成部分，与DCS系统中其它组成部分一样，采用了统一软件平台，运行统一的界面，设置到画面的风格，都是统一的。整个DCS系统的报警系统是统一考虑的;
● 普通卡件完全一致，NCS/ECS系统所用卡件中，普通的DI/DO/AI/AO都是采用统一的硬件来完成;
● 专用卡件硬件及软件接口一致，对于一些电气系统专用的卡件，我们在设计时一体化的问题，所以这些卡件，不论从外硬件接口还是到软件驱动及组态，都是采用了统一的标准，这些专用卡件包括同期控制SYN卡、交流采样CAI卡、备自投BZT卡等;
● 丰富的通讯规约库，在电气监控系统中往往需要同各种其它系统及智能装置通讯采集数据。采用通讯方式可以降低硬件成本、减少二次接线、减小维护量。新华公司可以提供国内外流行的通讯规约接口。总之，我们提倡一体化设计的概念，致力于一体化设计的推厂，都是为了能够更好的为用户服务，为用户着想。
