AP1000常规岛电气设备纳入DCS系统配置方案分析
来源:用户上传
作者: 宋凡城
摘要:本文对国内目前常规火电厂普遍采用的电气系统纳入DCS 监控系统的几种方式进行了阐述，并进行了技术、经济分析比较，推荐常规岛电气设备纳入DCS监控采用半通信方案。
关键词:AP1000；电气系统纳入DCS 监控； 配置方案；技术、经济分析
引言
在核电厂中，热工控制及电气系统的自动化水平，反映了整个电厂的运行管理水平，而核电厂电气系统的可靠经济运行对机组的安全稳定运行起着至关重要的作用。目前，发电厂电气系统主要设备纳入机组的分散控制系统（DCS）进行监控，是当前发电厂广泛采用的控制模式和手段，大大地提高了运行的可靠性和经济性，而方案选用是否合理对节省初投资和运行维护费用有着重要影响。因此，通过技术经济比较，选择最优的电气设备纳入DCS系统配置方案是核电站总体设计过程的重要课题。
一、常规岛电气系统监控范围
常规岛的主要电气设备均采用DCS控制和监视。常规岛的电气系统与仪控共用一套DCS，并采用和核岛统一的硬件和软件设计。
监控设备有：发电机；主变压器；励磁系统；发电机出口断路器；离相封闭冷却母线（IPB）及其冷却装置；高压厂用变压器；高压辅助变压器；低压厂用变压器；主要辅助电动机；直流及不停电电源系统（UPS）等。
二、发电厂电气系统纳入DCS 现状
近年来，由于微机型综合保护测控装置的逐渐成熟，集成了保护、测量、计量、控制各种功能。所以，各大中型发电厂的高低压厂用电系统均已采用微机型综合保护测控装置，而不再采用原先功能单一的继电器保护装置。鉴于此前提，根据控制系统设备选型和数据采集方式的不同，目前国内大中型发电厂的电气系统纳入DCS 接线主要可以分为硬接线、半通信和全通信三种方案。
2.1 硬接线方案介绍与分析
将电气设备的电气量信号由就地（开关柜，盘）采用硬接线一对一地送到DCS 系统的I/O 柜上。
发变组保护装置、AVR、同期装置、故障录波、厂用电快速切换装置、直流系统以及UPS 等综合自动化装置、厂用电及辅机系统的保护及自动装置的动作信号以及电气设备的位置、状态等开关量作为输入量（即DI）全部硬接线接入DCS系统；模拟量通过电量变送器或综合保护测控装置输出4～20mA 标准信号（即AI）硬接线接至DCS 系统；脉冲量以脉冲方式（即PI）送入DCS 脉冲量输入模件；DCS 的控制命令作为输出量（即DO）硬接线引至电气设备；即所有电气设备的控制均采用DCS 数字量输出模件通过硬接线进行一对一控制。
硬接线方案，是一种被动的方式，没有充分利用电气系统采用独立的保护、控制装置等所具有的测量、监控、通信功能，对于只完成基本的保护功能，有其经济性的一面，但随着发电厂单机容量和自动化水平的不断提高，对大部分电动机的可靠、连续运行提出了更高的要求。对于电气设备需要完善的保护、动作值整定、异常情况判断、事故追忆等复杂的功能，如果还是使用硬接线，那么通过硬接线与DCS 交换信息量庞大，控制电缆较多，DCS 卡件多。使得电厂投资成本较高，平时检修维护量较大，安全可靠性较差。
2.2 半通信方案介绍与分析
数据采集采用硬接线与通信相结合的方式。每台机组设置厂用电监控系统（以下称EFCS），系统为分层分布式结构，共分三层：站控层、通信管理层、间隔层。所有通过DCS 监控的电气设备，其控制信号及参与顺序控制系统（SCS） 和事件顺序记录装置（SOE） 的信号（控制、状态反馈等）均采用硬接线方式接入DCS，其他信号（测量、报警、指示等）通过通信口上传，经EFCS 通信管理单元通信方式送入DCS 系统。
EFCS是集厂用电系统的保护、测量、控制、信号为一体的综合自动化系统，即厂用电系统采用集保护、测量、控制、通信为一体的智能化终端设备，分散式就地安装在开关柜上。该系统通过通信网络（现场总线或以太网）将厂用电电气部分的保护测控终端装置组织成一个分层分布式的综合自动化系统，实现发电厂电气设备运行、维护、设备状态检修管理、故障、告警记录等电气综合自动化功能。
EFCS 作为DCS 的一个子系统，可与DCS 系统共享电气信息，是建立在现场控制网络总线及现场智能设备基础上的控制系统，在DCS 或EFCS 操作员站实现对电气系统的监控。EFCS 可以完成对厂用电及机组部分电气设备的监测、控制及远动信息传送等功能。
2.3 全通信方案介绍与分析
系统数据采集全部由EFCS实现，EFCS与DCS 采用全通信方式，取消所有硬接线。EFCS与DCS通信采用以下两种方式：
一种方式为EFCS 以太网通过通信服务器与DCS 以太网接口：传输仅供运行监视用的如电流、功率、电度、装置故障等监视和报警信号。这些信号的特点是数据传输量大，但通信实时性要求不高。另一种方式为EFCS 通信管理机通过现场总线或串行通信口与DCS 的分散处理单元（DPU）接口，传输对实时性及可靠性要求较高的参与顺控用的少量较为重要的控制用信号。
其优点是采用点对点通信方式，通信实时性好，缺点是传输的数据量少。
三、三种方案比较
3.1 技术比较
方案A 硬接线方式中，各回路需配置电量变送器、电度表、电流表、继电器等,独立元件较多，通过硬接线与DCS 交换信息量多，控制电缆较多，DCS 卡件多。没有一个整体的厂用电气监控系统，自动化程度低，检修维护量较大，安全可靠性较差。
方案B 半通信方案，电气系统的发变组保护、起备变保护、自动同期装置、厂用电切换装置、励磁调节器等保护或自动装置均为微机型，10kV 保护为微机综合保护，380V 采用智能开关、智能仪表和微机型马达控制器，所有的电气设备均实现了智能化，能方便地与各种计算机监控系统采用通信方式进行双向通信,各回路独立元件少，通过硬接线与DCS 交换信息量少，控制电缆较少，DCS 卡件较少。有一个整体的厂用电气监控系统，自动化程度高，检修维护量小，安全可靠性高。
方案C 全通信方式中，各回路独立元件少，没有通过硬接线与DCS 交换信息，无控制电缆，不需DCS 卡件。有一个整体的厂用电气监控系统，自动化程度高。但是由于电厂的电磁环境、通信技术、设备质量等诸多原因，国内采用全通信方案运行的电厂很少，运行经验较少。
3.2 经济比较
由于上述三种接线方式在元器件选用、DCS 卡件的数量及电缆用量上都存在较大差异，其投资额也必然有所不同。列举海阳核电厂一期工程三种方案投资估算，见表1：
表1：海阳核电厂一期工程三种方案投资估算
名称 单价万元 硬接线
方式 半通信
方式 全通信
方式
数量 价格 万元 数量 价格万元 数量 价格 万元
点 数 统 计 AI 0.2 730 146 118 23.6 0 0
PI 0.3 132 39.6 10 3 0 0
DO 0.12 301 36.12 301 36.12 0 0
DI 0.1 4000 400 830 83 0 0
控制电缆 1.5 450公里 675 160公里 240 0 0
通信口 0.06 0 0 160 9.6 200 12
现场总线 5 0 0 3 15 20 100
合计 1296.72万元 410.32万元 112万元
考虑到采用通信接线方式，所有的电气设备均应为智能化， 并且DCS 系统还需配置通信卡件、通信切换器及相应的通信电缆等。综合考虑，就整个电气系统而言，采用半通信或全通信接线方式比硬接线方式所需投资要节省许多。
4. 结论
综上所述，无论从技术特点，还是经济投资各方面考虑，通信方式均优于硬接线方式。
在通信方式中，方案B半通信方式在国内应用较为广泛。目前国内的1000MW 燃煤机组中国电泰州电厂一期工程、华电国际邹县发电厂四期工程均采用半通信方式。采用这种方式，与原先硬接线方式差别小，更符合传统运行习惯。在电气控制纳入DCS系统的同时，创建了电气相对独立的监控系统，可以独立完成监视、报警、统计计算、电能管理等功能。
方案C 全通信方式，为了增加通信可靠性，还需要增加与工艺流程一一对应的电气通信主控单元。C方案对设备要求高，选型困难，同时还缺乏大型机组运行经验。
综合各方面考虑，本工程常规岛推荐采用投资省、安全可靠、符合传统运行习惯的硬接线和现场总线或以太网总线相结合的方式，即半通信方案。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-422843.htm
