摘要：介绍在石景山电厂1号机组改造中如何利用DCS改造原有电气控制系统，提高自动化水平，取得了较好的效果，同时对今后类似改造项目提出一些建议。
关键词：DCS应用；电气设备；改造；顺序控制
目前，许多电厂都在进行热控设备改造，采用DCS集散控制系统代替原有常规控制设备,这将大大提高机组热控的自动化水平，同时对促进电气专业的发展也是一次机遇。某些电厂在热控设备改造中，只将部分电气信号引入DCS作为画面显示，代替部分盘装仪表，而北京石景山电厂在1号机组DCS改造项目中，不仅将励磁、同期开关控制引入DCS，还设计了整套自动并网顺序控制，在利用DCS实现电气设备控制方面做了一次有益的尝试。
1 改造项目概况
石景山发电厂1号机组于2000年初着手进行DCS改造项目，2000年7月完成。采用日立HIACS-5000C集散控制系统对CCS系统、SCS系统、FSSS系统、DEH系统和DAS系统进行了改造。在SCS-3号控制站中设计了电气自动并网顺序控制功能。经过实际运行的考验，该功能已正式投入使用，运行情况良好，电厂方面比较满意。
2 电气受控对象简介
石景山发电厂1号机组励磁部分为“三级励磁”，即同轴永磁机经可控整流给交流励磁机励磁，交流励磁机又经静止硅二极管供给发电机励磁电流，最后由发电机输出电能。配备有自动励磁调节器，用于实现发电机电压的自动调节。
受控设备包括：
主励磁机开关1ZK、2ZK
灭磁开关MK
副励磁机开关KA、KB
主油开关2201
同期小开关TK
同期粗细调选择开关1STK
同期装置开关DTK
同期闭锁选择开关STK
可控整流装置入口开关DKA、DKB
3 设计方案的形成
设计开始阶段，电厂电气专业提供了有关资料，对所需控制功能做了简要说明。经与电气人员多次商讨，确定了主要控制功能，包括：励磁回路开关、同期开关及2201主油开关的控制功能，发电机手动升压及无功功率调整，自动并网顺序控制功能。
由于没有类似设计方案做为参考，在方案初步设计完成后，曾经邀请华北电力集团公司 、华北电力勘测设计院、华北电力科学研究院的多位专家进行初步设计评审。评审中，专家们提出了许多中肯的意见和建议，使我们能够进一步完善设计。
3.1 开关控制功能设计
由于电气励磁回路开关需要脉冲控制指令，设计采用类似6 kV开关设备的控制方案。同期各类开关则需要控制指令记忆功能，设计类同于单电控的电磁阀控制。灭磁开关MK需要两个输出指令，一个为脉冲控制指令，另一个需输出指令记忆，为此进行了特殊设计。经与电气专业人员讨论，确定DKA、DKB不在DCS中控制，只在控制画面中显示其中开关状态。
3.2 发电机手动及自动升压
电气励磁系统配有两路互为冗余的自动励磁调节器(AVR)，AVR接受CT和PT测出的发电机出口电流、电压信号，并进行励磁调节。
在机组并网前，需要手动将发电机电压升至额定电压，为此设计了手动增励、减励的控制功能。DCS输出的增减励磁指令送入自动励磁调节器(AVR)，改变其设定值，进而调节发电机励磁。在机组并网后，此功能可用于发电机无功功率手动调节。
在自动并网顺序控制中，设计有自动增减励磁功能，即在相应步骤中自动发出增加励磁指令，将发电机电压升至额定，如在规定时间内未完成升压操作，则自动将发电机电压降为零，防止事故发生。
3.3 自动并网顺序控制设计
自动并网顺序控制功能就是在汽轮机组定速后，将副励磁机开关合闸，为主励磁机励磁 ，再将主励磁机开关合闸，为发电机励磁，自动升发电机电压至额定电压，合入同期开关，利用同期装置，将主油开关2201合闸，使机组并网。
该顺序控制由14个步骤组成：
(1) 合主励磁机开关1ZK、2ZK；
(2) 合灭磁开关MK；
(3) 合副励磁机开关KA、KB；
(4) 检测励磁系统是否正常；
(5) 自动升发电机电压至额定；
(6) 检测发电机三相电压是否平衡；
(7) 检测发电机空载关系是否正确；
(8) 合同期小开关TK；
(9) 合同期转换开关1STK至“细调”；
(10) 合DTK同期预投开关；
(11) 合DTK同期开关；
(12) 等待主油开关2201合闸；
(13) 主油开关合闸后，切TK、1STK、DTK各同期开关；
(14) 程序完成。
为满足电气专业特殊要求，对程序做如下处理：
① 在顺序控制第(5)步，在规定时间内发电机电压未升至额定电压，程序将自动跳转至减励操作，将发电机电压减至零，程序结束。如减励操作在规定时间内不能完成，程序中断并发出报警。
② 在顺序控制第(6)步和第(7)步，若检测不能通过，程序自动跳转至减励操作，将发电机电压减为零，程序结束并发出相应报警。
③ 在顺序控制第(7)步与第(8)步之间设置了一个断点，即程序在执行完成第(7)步后自动暂停，等待电气人员检查同期装置及开关是否正常，检查完成后运行人员可令程序继续执行。
4 设计方案的完善
由于设计初始阶段尚未对系统细节做详细分析，在程序编写、出厂前测试和现场调试阶段遇到许多问题，经反复修改和试验，对原始设计做了很多改进。
按照热控改造总体设计，发电机A、B、C三相电压及发电机定子电流被划入DAS系统。由于SCS-3号控制站的电气控制需要此类信号，曾计划通过控制站之间的通讯来传递信号，考虑到站间通讯方式将影响模拟量信号的实时性和可靠性，因此在SCS-3号控制站特别增加了模拟量输入模件，引入了电气模拟量信号。
为了保证励磁调节的准确性，原设计将发电机电压作为反馈信号，实现励磁的闭环调节 。由于机组并网后，该系统又必须进行无功调节，无功调节与发电机电压无关，故将励磁调节设计为开环控制。电气励磁系统配备有励磁调节器，DCS的指令输出只有升降励磁调节器设定值的作用，因此，设计修改不影响励磁调节的准确性。
在顺序控制第(12)步“等待主油开关2201合闸”中，应电厂电气人员要求，将等待时间定为30 s。如30 s后主油开关仍不合闸，程序自动将同期开关TK、1STK、DTK顺序切除，返回第(7)步与第(8)步之间的断点前，等待下一次同期操作，并发出相应报警。设计修改的目的在于避免因同期装置长时间不能发出并网指令使程序长期等待。实际运行中，在执行第(12)步时数秒内同期装置即可令机组并网。
在顺序控制中，由间断点至程序结束之间这段过程，需不断检测发电机三相电压是否平衡，防止发生事故。为此将原设计修改为在此期间如发生发电机三相电压不平衡，程序自动将TK、1STK、DTK顺序切除，然后结束程序。
电气自动并网顺序控制中涉及电气设备较多，逻辑设计复杂，需要为运行人员提供完备的信息显示，因此专门设计了一幅自动并网专用画面。画面分左右两区，左区以流程图形式显示程序执行各步，以动态文字及颜色变化显示正在执行的步骤及执行结果，便于运行人员掌握程序的执行情况；右区按两列纵向排列形式显示各类故障信息，运行人员可以在此查找各类报警显示，便于及时定位、排除故障。
5 投入正式运行
改造之后，总体功能在实际使用中效果良好，主要控制功能都正常投入。机组改造后，自动并网操作都由顺序控制程序完成，运行人员已逐渐习惯此种操作方式。由于控制画面提供信息比较完善，查找和排除各类故障都很方便。
因DCS手动指令输出与励磁调节器指令接收存在匹配问题，造成手动调节时无功功率波动较大，有时偏差达到20～30 MVA，此项功能暂时不能投入，需进一步分析并解决。
6 结语
随着DCS系统在电厂中的广泛应用，DCS系统所承担的控制任务也日趋多样，从开始阶段完成MCS、SCS、FSSS控制功能，进而实现DEH控制功能，现在部分电气设备的控制功能也被纳入了DCS的控制范围。由于电气设备类型复杂、数量繁多，将电气设备归于DCS控制，会给热工和电气两个专业带来不少新的问题，需要综合两专业的知识才能解决。
首先，应慎重考虑将哪些电气设备归入DCS控制。对于石热1号机的电气设备控制改造,存在几种不同意见，一种
