综述热工分散控制系统在电厂的应用

　　摘要：由于机组自动化水平的要求不断提高，使电厂机组的自动控制系统也在不断地进行技术改造，热控分散控制系统(distributedcontrolsystem，DCS)在与继电保护接口时往往存在一些新问题，因此，针对发电机功率信号如何实现真正意义的“三取二”、断水保护如何避免单点保护、如何解决现场测控系统(networkedcontrolsystem，Ncs)监控系统和功率变送器在采样上的一致性等问题提出解决方案。
　　关键词：机组自动化；热控专业；发电机；汽轮机
　　随着自动化水平的日益提高，火电厂越来越多的电气系统参与到热控分散控制系统(distributecontrolsystem，DCS)控制、调节过程中。继电保护专业与热控专业虽然都是二次专业，但在各自的领域都有其独特的安全理念。如，热控专业严格执行“三取二”的防止误动、误调措施；继电保护专业则强调防止单一硬件损坏造成保护误动、拒动并且提倡采用不同原理、不同厂家设备的冗余配置来防止特殊工况下的保护拒动。因此，在实际工作中要认真对待继电保护设备和热控专业设备接口中存在的问题，取长补短，提高设备运行可靠性。
　　1实现发电机有功功率信号“三取二”
　　发电机有功功率模拟量信号直接参与到机组自动发电控制协调系统、汽轮机数字电液控制系统(digitalelectric．hydraulicsystem，DEH)等重要控制系统中。热控专业要求提供3个功率信号以便“三取二”，因此设计一般都会在电气系统设置7个有功功率变送器，但这些变送器电压回路却取自同一组电压互感器的二次绕组，辅助电源也取自同一个电源开关，这就带来许多安全隐患。一旦在机组运行中发生电压互感器二次绕组断线或变送器辅助电源失电，会造成变送器输出归零或功率信号减半，严重影响机组调节，甚至造成停机。
　　为了解决以上问题，生产现场可考虑如下方案：
　　a)发电机出口电压互感器均配置3个测量级二次绕组，参与机组协调的功率变送器分别从3个绕组取得机组电压信号输入，变送器电源可从2套机组不间断电源输出、保安电源取得3路互相独立的交流辅助电源。这样，功率变送器从电压信号输入、辅助电源接引上均实现“三取二”。
　　b)根据继电保护反措，把电流互感器(currenttransformer，CT)断线作为一种设备事故，允许继电保护装置动作停机。因此，功率变送器电流回路可取自同一组电流互感器二次绕组，不考虑在CT断线情况下维持机组稳定运行。
　　c)热控专业需要7路机组有功功率信号作为机组调节、保护逻辑判据，其中DEH和机组协调控制系统各需3路。在不降低设备运行可靠性的前提下，尽量减少电流互感器、电压互感器二次负载，可采用双输出功率变送器。如此，每台机组配置4个功率变送器就能满足需求，但要注意每一个变送器的二路输出分别作为协调控制系统和DEH的功率信号输入，以防单个变送器损坏致使热控“三取二”逻辑误判。
　　2断水保护避免单点保护
　　发电机断水保护的典型方式为：热控DCS通过定冷水母管3个压力测点测量定冷水母管压力，经“三取二”逻辑判断后开出一个空接点作为发电机——变压器组保护中发电机断水保护非电量保护的开关量开入，此保护延时20s作用于发电机全停。
　　采用这种配置方式，当保护回路中DCS与电气保护接口的电缆故障、DCS的数据输出(dataout，DO)模块故障、发电机——变压器组非电量开入板故障等单一硬件损坏时，都将引起保护误动停机或保护拒动。为解决这些问题，可以采用以下两种改进方案：
　　a)方案一，热控DCS按定冷水母管压力“三取二”判断发电机断水后，延时15s关主蒸汽门，取消发电机——变压器组的发电机断水保护。
　　b)方案二，发电机断水保护由热控DCS提供3副独立的接点给发电机——变压器组保护，通过“三取二”逻辑判断，实现断水保护。
　　在这两种方案中，方案一的主要优点是：首先，实现简便，不涉及发电机一变压器组保护硬件变动，只需修改热控DCS中断水保护逻辑即可；其次，保护动作后启动发电机——变压器组保护程序跳闸出口，需“主蒸汽门关信号”和“发电机逆功率的功率值超过整定值”两个条件同时满足才能停机，解决单点保护问题；再次，提高保护动作可靠性，发电机——变压器组保护中程跳逆功率双重化配置，任一套动作即可切除故障，防止拒动；最后，保护改动满足发电机断水运行时的安全要求。依据发电机断水曲线，在发电机满载时，允许的断水运行时间为20s，当发电机断水时，DCS延时15s关主蒸汽门，此时发电机电流必然满足“在2min内以1min变化50％的速率下降到额定值的15％”的要求，而程跳逆功率保护动作时间很短，满足保证发电机安全的要求。
　　与方案一相比较，方案二没有明显优点，涉及发电机——变压器组保护硬件和软件修改，实施复杂，但也能避免由于电缆、非电量开入板等设备单一元件损坏造成的保护拒动和误动。
　　3交流采样测控装置与变送器功率采样一致性问题
　　作为典型设计，发电机有功功率变送器使用三相二元件变送器。即变送器接入U、V相线电压Uuv和V、W相线电压Uvw，接入U相电流Iu和w相电流Iw，发电机有功功率为：
　　
　　式中：φu为和的夹角；φw为和的夹角。
　　三相二元件功率变送器测量功率是建立在“三相电压电流对称平衡的被测对象”假设基础之上的，只有完全对称的三相电气系统，才满足以下几个条件：
　　,
　　,
　　.
　　式中：为U相电流与U相电压实际夹角。
　　现场发电机实际电流、电压很难完全满足以上数学关系。因此，当电流、电压不完全平衡时往往会带来测量误差。随着交流采样设备的广泛应用，现场测控系统对发电机有功功率采样均为三相三元件，计算公式如下：
　　.
　　三相三元件交流测控装置由于分别计算相功率，因此能够在不平衡的条件下准确测量被测对象功率。表1是现场对FPW一201型三相二元件功率变送器、FPW一3O1型三相三元件功率变送器和NSD一500型交流采样测控装置在V相电流不平衡时的测量准确度对比。
　　当三相二元件变送器使用在热控协调系统时，由于机组实发功率测量值低于或高于发电机实发功率值，造成机组无法满出力运行，导致机组发电量减少。因此，功率变送器应设计成三相三元件功率变送器．确保机组协调品质良好。
　　4结论
　　总之，热工自动化系统的发展趋势是高速化、智能化、一体化和透明化，通过优化发电机功率变送器的电压回路，提高了机组协调控制系统、DEH的运行可靠性，在电压互感器一次断线、二次断线故障时，能够保证机组DCS的可靠运行。功率变送器由二元件改为三元件，提高功率测量准确性，保证机组协调的调节精度。改进断水保护的配置方案，有效解决由于继电保护设备或DCS单一元件损坏造成的机组非计划停运。
　　参考文献：
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