火电厂电气控制系统（ECS）的功能和组成

徐卫平

在ECS系统中，间隔层设备按照需要就地安装。凡是有在ECS系统进行遥控、遥测、遥信、遥调要求的厂用电气系统间隔层设备，应实现数字化。采用分散式就地安装的集保护、测量、控制、通信于一体的综合智能终端设备，如微机式发变组保护装置、电动机综合保护测控装置、微机厂用电快切装置等。这设备分散于各个电气部件，做到了分层布置，可靠性高，使ECS与DCS的控制水平一致。

1 ECS系统实现的功能

根据单元机组的运行和电气系统的特点，应将发电机-变压器组和厂用电源系统的控制都纳入ECS中，主要包括以下功能：

500kV/220kV断路器、隔离开关的监视（控制由NCS实现）。

发变组系统（包括发变组保护、厂高变保护、励磁变保护、变压器风冷控制）。

发电机励磁系统

高压厂用电源系统（包括厂用快切功能）

低压厂用电源系统（含400VPC和MCC的测控）

高压启动/备用变压器控制

柴油发电机组和保安电源

直流系统和UPS装置

自动准同期并网

电气DAS数据采集。电压、电流、有功、无功、温度等参数以及开关刀闸的运行状态监视，各种工况下数据的记录，实现SOE功能等。

自动抄表功能

目前，厂用电的抄表基本由手工完成，有些电厂配置了专业的抄表系统。利用测控装置本身的计量功能或电度表的脉冲信号，可以在上位机进行电量的在线统计。有了各点的实时潮流，对分析电厂能耗，改进运行方式有重要意义。

自动发电控制（AGC）

自动发电控制可以使电厂实时接收中调的负荷指令，快速跟踪系统负荷的变化，增强机组调频调峰能力。

2 电气控制系统ECS的实现模式

ECS系统在发展过程中，随着器件技术的不断进步，并在IT技术、现场总线技术的不断推动下，形成了若干发展阶段，产生了不同的实现模式。

2.1 ECS的传统实现方式

火电厂ECS传统的实现方式是由DCS设置单独的电气控制器（DPU），经过I/O卡件（AI、DI、SOE、DO）实现对电气部分的采集和控制。电气部分的特殊控制功能，如继电保护、励磁、同期并网、厂用电源切换、故障录波等都由独立的电气装置完成，与DCS无关。电气部分的继电保护功能由独立的电气保护装置完成，DCS的I/O卡件与电气的继电保护独立工作，没有联系。DCS所需的所有测点都由DCS中的I/O卡件完成，这些卡件也只完成最基本的采集功能。I/O部分与电气回路采用电缆连接，模拟量的采集需要安装变送器。

这种方式在传统DCS热工自动化的基础上纳入了对电气部分的监控，从功能上实现了热工、电气专业的合作，具有重大意义。该模式实现了初步的一体化控制，进而支持了DCS纳入其他自动化系统，是一种技术进步。在DCS上实现了对电气关键部分的测量和控制，从而使得整个自动化系统的性能得到提升。另一方面，在DCS和电气保护完全分离时，保护可以采用集成电路型等非职能保护，保护的非智能化决定了DCS只能采用完全独立的的测控手段实现电气部分的控制。随着微机保护的发展，电气综合保护测控装置能够实现基于交流采样和数字算法技术的保护、测量、录波、控制和通信，该领域的技术条件和ECS的实现方法发生了变化。

2.2 DAS方式的ECS实现模式

随着厂用电系统综合保护测控装置的出现，间隔层的I/O可以由电气保护测控装置实现。功能完善的保护测控装置能够依靠交流采样和数字算法实现下列测控（I/O）功能：电气量测量功能（I，U，P，Q，电量等）；开关量采集功能（DI，SOE和保护事件）；电能质量采集功能（电压波动、谐波、三相不平衡、频率偏差、电压跌落、闪变）；故障录波功能；控制功能（DO、PLC）；自诊断功能；对时功能等。

DCS独立实现了电气控制，ECS仅作为DCS的一个数据采集子系统，为DCS的MNI工作站层/实时数据库提供一些电气部分的I/O信息。DCS通过I/O和硬接线采集电气回路的电压电流、功率、开关位置、保护动作信号和相关的SOE，并实现对电动机启停/开关合跳的控制。ECS以现场总线或工业以太网的方式连接间隔层的保护测控装置，将这些装置视为电气DAS的I/O卡件。ECS实现对电气部分的监控和管理，通信管理机可以兼有部分工程师站的功能。ECS通过通信管理机向DCS转发所需的电气I/O信息，从而丰富了DCS对电气部分的信息采集，因此称为DAS模式。

2.3 保留關键硬接线的FECS方式的ECS实现模式

在DAS模式的ECS中，DCS可以得到电气部分的信息，但未能实现对该类信息的有效利用。更有效的应用方式是要求ECS的I/O信息直接从DCS的DPU层进入DCS，从而直接代替DCS的I/O采集的电气信息参与DCS计算、控制和连锁。

ECS可以经通信网关将电气/O信息提供给其它系统，如SIS系统等，使得ECS成为电厂数字化监控和管理的基础系统之一。该模式的ECS以通信和I/O方式集成其他电气子系统，包括励磁、同期装置、厂用快切、直流和UPS、发变组保护、故障录波等，通信接口可以获得以上智能设备较为丰富的运行信息。如果某一子系统的通信接口有困难，可以通过ECS的测控装置采集硬接线信息。上述子系统的I/O信息将与ECS间隔层装置的I/O信息同等对待，共同构成ECS的实时数据库。

该模式的ECS具有完整的FECS监控主站。FECS主站系统由SCADA系统和高级系统构成。SCADS系统包括通信前置子系统、实时数据库系统、网络子系统、历史库、报警、图形、报表、计算程序、作业程序等软件模块；高级应有包括智能操作票、五放闭锁、设备管理、工程逻辑组态、可靠性分析、拓扑分析、经济性分析、电量计量、小电流选线、Web发布等。