17-1第九章电控ECS简介

第九章电气控制系统（ECS）简介一、ECS概述二、发电厂电气系统的主要内容三、ECS的特点四、ECS在DCS中的实现方式五、发电厂ECS监控项目范围六、ECS构成及功能实现七、ECS对DCS实现的要求八、用DCS实现ECS与常规ECS的比较一、ECS概述•电气控制系统ECS（ElectricalControlSystem）•电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。•其任务是保证一次设备运行的可靠与安全，因此需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。一般ECS设备主要功能及回路组成•主要功能•测量功能;监视功能;自动控制功能;保护功能。•常用的控制线路的基本回路组成：•电源供电回路、保护回路、信号回路、自动与手动回路、制动停车回路、自锁及闭锁回路。•在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中传统元部件仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础。二、发电厂电气系统的主要内容•发电厂电气系统：•包括发电机、励磁系统、厂用电系统和升压变电站等。•主要作用是将汽轮机传递过来的机械能在发电机中转换为电能，并变压厂用及升压上网（后续为：输电、变电、配电、用电）。发电厂电气系统(将汽轮机传递过来的机械能在发电机中转换为电能,并变压厂用及升压上网)发电机基础知识•同步发电机：定子是发出电力的电枢，转子是磁极；转子绕组通入直流电流。•导线切割磁力线；二子磁场作用产生制动力矩，汽机机械力矩克服制动力矩而作功。所以调汽机进汽量调节有功功率。•转子磁场影响定子绕组电压，所以调转子电流可调发电机端电压或发电机的无功功率。发电基础知识•发电机的励磁系统功能是供给发电机转子直流建立转子励磁。它分为它励励磁系统和自并激励磁系统。•发电机的机端电压和电流随其容量不同而变化，其电压一般在10~20KV之间，电流可达数千安或20KA或更高。•主变升压后送网；厂变降压后厂用。发电厂电气系统组成•发电厂电气系统基本包含发电机-变压器组、升压站、厂用电三大部分。•升压站：110kV、35kV出线的断路器、隔离开关、各电压等级母线、各电压等级进出线断路器和隔离开关、出线电能表等。发变组：电厂#9、10、11、12发变组、#3发变组及#1、2主变发变组、发电机励磁系统AVR、自动同期等自动化设备。厂用电：高压厂用工作及备用变压器、6kV工作及备用电源管理、6kV高压电动机、低压厂用变压器、6kVTV、低压380V电源线及其它公共设备。发电厂电气控制系统•发电厂电气控制系统一般称为发电厂电气设备二次控制回路，其任务主要是保证一次设备运行的可靠与安全。•控制回路或二次回路，实现某项控制功能的若干个电器组件的组合。•ECS控制操作对象是：继电器、断路器、断路器的合、跳闸电磁线圈等设备。三、ECS的特点•ECS与热工控制比较有以下特点：•控制对象少，操作频率低；但强调快速、准确；•电气控制逻辑简单，而设备本身操作机构复杂；•信号简单，为电流、电压或由其导出，开关量为无源节点；•信号传递变换相对简单，（CT、PT及电量变送器输出动作对象为电磁线圈）；•信号变化速度快，(一般为ms级，而热工对象为s级或更大)；四、ECS在DCS中的实现方式•1.部分DCS方式：仅由DCS软件实现电气逻辑，通过DCS的I/O通道或网络通信将控制指令发送到电气控制装置上。DCS可实现联锁的投退，开关的分合闸，电动机的启停，操作指令合法性的逻辑检查和揭示逻辑实现条件等。对于发电机励磁调节器AVR(自动电压调节器）、发电机准同期装置ASS、发电机-变压器组继电保护装置、故障录波装置等，其功能靠自身装置实现，仅通过DCS实现装置的投、退。•优点：电气装置独立，完全由其自身实现安全性连锁逻辑，脱离DCS系统，依靠自身仍然能够维持安全运行；缺点：可靠性取决与装置。完全DCS方式•2.完全由DCS硬件和软件实现电气逻辑。包括发电机同期逻辑、厂用电自动切换逻辑、发电机励磁调节器甚至简单的继电器保护逻辑等。有些DCS已有相应的专用硬件模件，与其软件组态完成相应电气装置的功能。•优点：软硬均在DCS，灵活方便功能强；缺点：对DCS要求高，负担重，可能影响其它控制系统，并且某些功能上难实现（发电机-变压器组继电保护装置、故障录波装置等）。五、发电厂ECS监控项目范围•机组监控和升压站监控:主要有发电机-变压器组的监控；发电机励磁系统的监控；发电机同期系统的监控；高压厂用电系统的监控；低压厂用电系统的监控；备用变电源自动投切的监控；直流系统和UPS电源的监控；发电机出口、升压站断路器的监控及隔离刀闸状态的监视；线路及母线断路器同期系统的监控等。发电厂ECS具备的基本功能•实现对相关的电气设备监控、联锁及各电气参数的测量，并可在操作员站CRT画面上显示各系统设备状态、工况，并全部实现软操作等功能。•实现对发变组及各配电设备事故、预告、保护动作后的报警，光字牌显示、历史站记录、追忆打印等功能。•自动功能：实现发电机顺控自动升压自动准同期并网；实现高备厂变及各低备厂变的自动切换操作等功能。六、ECS构成及功能实现•1.电气保护监控系统•机组电气保护部分的监控系统按照主接线图、保护管理、遥测一览、遥信一览、曲线趋势、系统配置、报警查询和故障录波8部分分类，对整个设备进行监视和控制。其中系统配置图描述了整个系统的拓扑结构。2.机组自启停控制系统•机组自启停控制逻辑功能在ECS中完成，实现机组顺序控制或软手操控制。•机组正常起动时，当发电机达到额定转速3000r／min时，ECS将投入AVR。当发电机电压达到额定值时，DCS将投入同期装置ASS。•发电机与电网的同期是由同期装置自动实现，在同期过程中通过DCS控制AVR、DEH，以调节发电机电压和频率，当同期条件满足时，ASS向发电机断路器发合闸指令，发电机断路器自动合闸。•在同期合闸成功、发电机电负荷达到一定值之后，ECS将高压厂用电系统快速从启备变切换到高压厂变上。•机组正常停机时，ECS控制降低机组负荷，当机组负荷降到某一定值时，ECS将高压厂用电系统快速切换到由0号启/备变供电；当机组负荷继续降到零，跳开主开关。联跳汽轮机(主汽门关闭)，发电机灭磁，完成停机的全过程。3.发电机励磁系统•主要包括：发电机的励磁、同期、断路器的控制。•微机励磁调节装置AVR，通过就地控制柜面板操作键盘可完成装置的调试、投退、切换、操作等。该装置通过硬接线方式进入ECS进行显示、记录、报警和其他综合使用。通过操作员站CRT对AVR进行各种功能的远方设定、投退、切换、操作等全部手动控制。AVR接受ECS中机组状态信息。执行自启停系统的命令。完成相应的作业。4.同期系统•同期装置按检测情况。给DEH和AVR分别发出调整汽轮机转速和发电机端电压。同期条件满足后，与电网自动并列。上述工作也可通过CRT依序手动完成。•单元机组投入同期装置，就意味着要对某个断路器进行同期并列操作。•将单元机组经3/2接线投入电力系统运行，要通过对母线侧、线路侧两台断路器进行同期并列操作才能实现。•因此，进行同期并列操作时，首先要选定在哪台断路器上进行同期。5.高压厂用电切换系统•高压厂用电切换系统应当可正常切换、也可事故切换，可在就地控制柜面板安装的操作键盘可完成装置的调试、投退、切换、操作等。使用硬接线方式进入DCS进行显示、记录、报警和其他综合使用。上述工作也可通过CRT依序手动完成。高压厂用电源切换设自动和手动两种方式：•自动切换由外部快切装置（或DCS顺控）来完成，•手动切换通过运行人员软手动操作来完成；手、自动切换方式的选择，由运行人员在DCS画面上选择。•外部快切装置实现高压厂用电自动切换时，也由运行人员在DCS画面上手动设置。ATS为“自动转换开关电器”•ATS是Automatictransferswitchingequipment的缩写。•ATS主要用在紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动换接至另一个（备用）电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行。因此，ATS常常应用在重要用电场所，其产品可靠性尤为重要。转换一旦失败将会造成以下二种危害之一，其电源间的短路或重要负荷断电（甚至短暂停电），其后果都是严重的，这不仅仅会带来经济损失（使生产停顿、金融瘫痪），也可能造成社会问题（使生命及安全处于危险之中）。厂用系统负荷，其受控设备类型•6KV厂用电动机、380V厂用电动机、380V电动门双向电动机、220V直流电动机、220VAC伺服电机等•这些设备输入、输出、手动／顺控操作、报警信息和其它联锁信号的接口以及设备的监控保护逻辑，均在顺序控制SCS中实现厂用电源系统控制的要求•机组启动时，通过启／备变向厂用负荷供电；•机组并网发电后，切换为厂高变供电，并经厂低变向400VMCC低压负荷供电。•厂用电消失时，快切装置ATS应快速将厂用工作负荷自动切换至启／备变供电；•当确认保安段母线失压后，应启动事故备用柴油发电机组供电，以保证设备安全。6.低压厂用电系统•汽机附属设备电动机的操作控制和状态参数显示、记录、报警等都进入ECS中。3号～5号低压厂变，0号低备变在ECS中只保留了运行状态。参数监视，各自独立的保护装置和投、退控制等设在就地控制柜中，这样处理可节省开关量控制板和部分电缆。低压厂用电源控制•按容量将负荷分类:•低压动中力心（PC）:供电给低压厂用电压采用400V，容量在75kW至200kW的电动机以及150kW至650kW的静止负荷•电动机控制中心（MCC）:供电给75kW以下的电动机及150kW以下的静止负荷。低压动中力心（PC）•低压厂用电源控制包括汽机变，锅炉变，照明变，柴油发电机组，各低压厂用变压器低压侧断路器及各MCC段等的操作•低压厂用工作段电源切换也设自动和手动两种方式•操作界面提供“手动一自动”切换操作窗口公用系统及其控制逻辑•公用系统是指和两台单元机组均有联系的起动/备用变的高、低压系统，具体包括:•两台起/备变的高压侧断路器（2台）和隔离开关以及两台起备变低压侧（6KV侧）的4个分支8台断路器。•公用变低压侧断路器，检修隔离变低压侧断路器，循泵变低压侧断路器，照明变低压侧断路器，公用系统MCC，两组直流系统，及公用的厂用电动机断路器的操作与监视也都属于公用系统。公用系统监控的内容•1对公用系统两台起/备变有载调压分接头的调整、•2330KV断路器的控制、•3两台起备变低压侧（6KV）开关的控制•4正常、事故情况下厂用电源的切换•5公用低压系统断路器的控制都属于ECS公用系统监控的内容。七、ECS对DCS实现的要求•由于ECS的特点要求•DCS的实时性高；要求动作快速，抗干扰要求高，可靠性高；•能即时显示、实时控制、应急处理、操作指导；•项目多为数据采集、顺控为主，连锁保护切换；•公用部分的监视控制要求灵活、独立、可切换DCS实现ECS的基本要求•1）实现发-变组的顺序控制和键盘软手操：•含发电机一变压器组启动、升压、并网及正常停机的顺序控制和软手操；•2）厂用电系统按启动、停机和正常运行阶段的要求，实现程序控制和软手操切换。•3）实时显示和记录发变组系统和厂用电系统正常运行、异常运行和事故状态下的各种数据和状态，并提供操作指导和应急处理措施。•4）单元机组（炉机电）实现全CRT监控。DCS实现ECS基本功能举例•（1）数据采集系统DAS功能：显示、报警、制表记录、历史数据存储和检索、二次计算与机组性能。•（2）顺序控制系统的功能•发变组控制功能组：发－变组高压侧断路器及刀闸子组、同期子组、励磁子组•厂用电控制功能组：高压厂用电源子组、低压厂用电源子组、保安电源子组•公用系统功能组：高压启动／备用电源子组、低压厂用公用段子组DCS中常规监控设备的配置•1）模拟量信号全部进DCS显示，盘上仅保留少量显示仪表。•2）取消电气控制屏／盘，只保