300 MW及以上容量機組的熱工控制已全面采用DCS控制系統(tǒng)，逐步形成了數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）、燃燒器管理（BMS）四大系統(tǒng)。從實際運行情況來看，DCS較好地實現(xiàn)了其控制功能，并發(fā)揮了安全經(jīng)濟、使用可靠的優(yōu)點，取得了良好的效果，而電氣控制仍然采用較常規(guī)的控制手段，使用盤臺上一對一硬手操方式。隨著計算機的快速發(fā)展和控制技術(shù)的不斷提高，使得機爐控制與電氣控制日益顯得不協(xié)調(diào)，控制水平也逐漸拉大。為了解決這一矛盾，有效的辦法就是將電氣納入DCS控制之中，這樣既利用DCS已成熟的分散控制技術(shù)，又能提高電氣控制水平。電氣控制納入DCS以后，可充分利用DCS的手段，使電氣防誤操作等功能實現(xiàn)更方便、更完備，并且將相關(guān)量的顯示報警與電氣設(shè)備的控制調(diào)節(jié)有機地結(jié)合起來，有效提高整個電氣控制的安全性和可靠性。電氣設(shè)計與DCS的有機配合，可實現(xiàn)爐、機、電集中管理，使電廠主控室爐、機、電控制水平協(xié)調(diào)發(fā)展是必要的而且在現(xiàn)有技術(shù)和裝備條件下是可行的，可以起到省人、省主控制室面積，便于集控值班運行的作用，而且不提高造價。
1 電氣系統(tǒng)控制的特點
電氣系統(tǒng)與熱工自動化相比在控制要求及運行過程中有著很多不同點，電氣的主要特點表現(xiàn)為：
1）電氣設(shè)備相對熱工設(shè)備而言控制對象少，操作頻率低，有的系統(tǒng)或設(shè)備運行正常時，時常幾個月或更長時間才操作一次。
2）電氣設(shè)備保護自動裝置要求可靠性高，動作速度快。發(fā)變組保護動作速度要求在40 ms以內(nèi)；自動準同期采用同步電壓方式，轉(zhuǎn)速、電壓調(diào)整和滑壓控制要求在5 ms以內(nèi)；電壓自動調(diào)整裝置快速勵磁要求時間極短；廠用電快切裝置快速切換時間一般小于60～80 ms，同步鑒定相位差5°～20°。
3）300 MW及以上機組一般每2臺機組共用1臺起／備變，任一機組檢修都不能影響另1臺機組的正常運行，因此DCS控制應(yīng)考慮其控制方式，確保只能有1臺機組的DCS實現(xiàn)對共用部分的控制，同時另一機組DCS能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)視，并且這種操作控制權(quán)能實現(xiàn)切換。
4）電氣設(shè)備電氣系統(tǒng)的聯(lián)鎖邏輯較簡單，但電氣設(shè)備本身操作機構(gòu)復(fù)雜。
因此，機組的電氣系統(tǒng)納入DCS控制，要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性。除了能實現(xiàn)正常起停和運行操作外，尤其要求能夠?qū)崿F(xiàn)實時顯示異常運行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并提供相應(yīng)的操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施，保證電氣系統(tǒng)自動控制在最安全合理的工況下工作。
2 電氣系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的范圍
根據(jù)單元機組的運行和電氣控制的特點，在工程的應(yīng)用中采用將發(fā)電機—變壓器組和廠用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入DCS監(jiān)控。
從升壓站（不包括升壓站）至電廠側(cè)的所有主廠房內(nèi)電氣系統(tǒng)均納入DCS監(jiān)控，主要系統(tǒng)歸納為發(fā)變組系統(tǒng)（不包括變壓器本身的通風(fēng)系統(tǒng)）；高壓廠用 電源系統(tǒng)（包括廠用電源正常切換）；低壓廠用電源系統(tǒng)和400 VPC；高壓啟／備變電源系統(tǒng)（2臺機共用）；柴油發(fā)電機組和保安電源（僅監(jiān)視）；直流系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)（僅監(jiān)視）。
電氣主要保護安全自動裝置因要求DCS實現(xiàn)其功能目前尚有一定的難度，并且要增加相當大的費用。原則上不要求通過DCS實現(xiàn)其功能，仍保留其裝置，但它們與DCS之間要有接口，常規(guī)方式采用硬接口。保留的保護自動專用裝置主要有發(fā)變組保護裝置；自動準同期裝置（ASS）；自動電壓調(diào)整裝置（AVR）；廠用電快切裝置；故障錄波裝置。
主廠房外輔助系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)如輸煤、化水、制氫、電除塵等暫不納入DCS系統(tǒng)中。
3 納入DCS控制水平及技術(shù)要求
機組整套啟動時從鍋爐點火至發(fā)電機并網(wǎng)帶初始負荷能夠?qū)崿F(xiàn)全過程的自動程序控制，以及機組停機時DCS能安全停機。
3．1 機組自啟?？刂频囊?
機組正常起動時，當發(fā)電機達到額定轉(zhuǎn)速時，DCS將投入AVR。當發(fā)電機電壓達到額定值時，DCS將投入同期裝置。發(fā)電機與電網(wǎng)的同期是由同期裝置自動實現(xiàn)，在同期過程中通過ASS控制AVR、DEH，當同期條件滿足時，ASS向發(fā)電機斷路器發(fā)合閘指令。在同期合閘成功，發(fā)電機電負荷達到一定值之后，DCS將高壓廠用電系統(tǒng)快速從啟備變切換到高壓廠變上。
機組正常停機時，DCS控制降低機組負荷，當機組負荷降到某一定值時，DCS將高壓廠用電系統(tǒng)快速切換到啟／備變系統(tǒng)供電；當機組負荷繼續(xù)降到零，跳開主開關(guān)，聯(lián)跳汽輪機（主汽門關(guān)閉），發(fā)電機滅磁。
3．2 對于廠用電源系統(tǒng)控制的要求
在機組啟動時通過啟／備變向廠用負荷供電；在機組正常用電時，由廠變供電并經(jīng)低壓廠變向400VMCC低壓負荷供電以啟動機組所必需的輔機；在廠用電消失時，為了保護設(shè)備和系統(tǒng)的安全，廠用電快切裝置應(yīng)快速將廠用工作負荷自動切換至啟／備變；當確認保安段母線失壓后，應(yīng)啟動事故備用柴油機供電以保證設(shè)備安全。
依據(jù)以上控制水平的要求，電氣監(jiān)控納入DCS 技術(shù)的要求是：
1）發(fā)電機系統(tǒng)能實現(xiàn)程序控制和軟手操控制使發(fā)電機由零起升速、升壓直到并網(wǎng)帶初始負荷。
2）廠用電系統(tǒng)能按啟動／停止階段和正常運行階段的要求程序控制和軟手操來實現(xiàn)。
3）能實時顯示和記錄上述發(fā)變組系統(tǒng)和廠用電系統(tǒng)的正常運行、異常運行和事故狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并提供操作指導(dǎo)和應(yīng)急處理措施。
4）單元機組（爐機電）實現(xiàn)全CRT監(jiān)控。
4 對DCS軟件、硬件要求
為了較好地說明電氣納入DCS對軟件、硬件的要求，特別是為了對軟件作進一步的詳細說明，擬定工程規(guī)模為2臺單元機組，電氣主接線采用發(fā)電機－變壓器組單元接線，接至220 kV／500 kV配電系統(tǒng)，主廠房6 kV高壓廠用母線采用設(shè)兩工作段及專用公用段的接線方式。
4．1 對硬件配置的要求
按傳統(tǒng)功能劃分，電氣納入DCS監(jiān)控之后，其功能可分為數(shù)據(jù)采集（DAS）和順序控制（SCS）兩部分，由于電氣量同熱工量相比并沒有特別的要求，而相對動作速度快、可靠性高的控制功能通過保留的電氣專用裝置來實現(xiàn)，因此原則上對DCS的硬件無特殊要求。對硬件的配置要求同熱工一致，其功能分別融入DCS的功能之中。但基于歷史的原因DCS由熱工人員負責，而熱工人員對電氣的控制原理知之不多，在設(shè)計、調(diào)試、生產(chǎn)維護等各個環(huán)節(jié)中，這部分工作仍需電氣人員來完成。加上在工程建設(shè)過程中電氣有關(guān)廠用電受電部分需提前調(diào)試投入運行，在電氣的控制功能部分即順序控制（SCS）仍建議設(shè)置電氣單獨的控制器，便于實際工作的順利進行。其數(shù)據(jù)采集部分要求同熱工融為一體。
4．2 對軟件功能描述
4．2．1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS功能
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）應(yīng)連續(xù)采集和處理所有與電氣系統(tǒng)有關(guān)的重要測點信號及設(shè)備狀態(tài)信號，以便及時向操作人員提供有關(guān)的運行信息，實現(xiàn)機組安全運行。一旦機組發(fā)生任何異常工況，及時報警，提高機組的可利用率。一般有下列功能：
1）顯示：包括操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、趨勢顯示、報警顯示等。
2）制表記錄：包括定期記錄、事故追憶記錄、事件順序（SOE）記錄、跳閘一覽等。
3）歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索。
4）二次計算與機組性能。
4．2．2 順序控制系統(tǒng)SCS（G／A）功能
電氣部分順序控制主要由3個功能組組成：
1）發(fā)電機－變壓器功能組。發(fā)－變組高壓側(cè)斷路器及刀閘子組項：該子組項包括發(fā)－變組高壓側(cè)斷路器及高壓側(cè)Ⅰ母及Ⅱ母隔離開關(guān)等。
同期子組項：該子組項包括發(fā)電機同期系統(tǒng)，發(fā)電機的自動同期控制由電氣專用裝置（ASS）完成，DCS應(yīng)留有操作窗；勵磁子組項：該子組項包括發(fā)電機勵磁系統(tǒng)及AVR等。
2）廠用電源功能組。高壓廠用電源子組項：該子項包括高壓廠用工作及備用分支等；低壓廠用電源子組項：該子組項包括6 kV所聯(lián)接的廠用變壓器的6kV側(cè)斷路器、380 V側(cè)斷路器及380 V側(cè)分段斷路器等；保安電源子組項：該子組項包括保安段的工作及備用進線的斷路器、儀控變進線斷路器及儀控分段斷路器等。
3）廠用公用及備用電源功能組。高壓啟動／備用電源子組項：該子組項包括啟／備變高壓側(cè)斷路器、隔離開關(guān)及6kV側(cè)斷路器、啟／備變有載調(diào)壓開關(guān)等；低壓廠用公用段子組項：該子組項包括6 kV所聯(lián)接的變壓器6 kV側(cè)斷路器、380 V側(cè)斷路器及380 V側(cè)分斷路器等。
5 后備監(jiān)控設(shè)備的配置
根據(jù)已建成300 MW機組的運行經(jīng)驗，電廠機爐控制中采用DCS以CRT和鍵盤監(jiān)控為中心后，盡可能地減少控制盤臺上的顯示儀表、操作器／開關(guān)、報警窗等，僅保留的后備監(jiān)控設(shè)備如下：
1）模擬量信號全部進DCS顯示，盤上僅保留少量顯示儀表。
2）只保留少量的重要電氣開關(guān)并取消電氣控制屏／盤，控制功能在DCS實現(xiàn)。關(guān)于手動同期開關(guān)的保留與否，由于自動準同期裝置產(chǎn)品的可靠性已越來越高，建議取消手動同期開關(guān)。保留的后備手操開關(guān)為：發(fā)變組斷路器緊急跳閘按鈕；發(fā)電機滅磁開關(guān)跳閘按鈕；柴油發(fā)電機緊急按鈕。
3）報警光字牌數(shù)量保留20個左右，與熱工報警合并在一起，既減少了設(shè)備的種類，又便于布置。
6 公用系統(tǒng)控制方式
對于2臺機組的公用系統(tǒng)，如廠用公用及備用電源系統(tǒng)等與熱工控制系統(tǒng)一樣，DCS的配置能夠?qū)崿F(xiàn)機組停止時，另一臺機組的運行人員能對公用系統(tǒng)進行監(jiān)控，并且要求采用可靠的措施，確保其控制命令的唯一性，即在同一時間只允許一套DCS系統(tǒng)對公用設(shè)備起控制作用。不能因為公用系統(tǒng)的存在，而使2臺機組的DCS耦合在一起。
在工程設(shè)計實際應(yīng)用過程中，依照DCS的特點采用了以下2種典型的方法來實現(xiàn)對公用系統(tǒng)的控制。一種是，在DCS的配置中，在2臺機組中配置相同的硬件和軟件，通過切換開關(guān)來實現(xiàn)操作權(quán)的轉(zhuǎn)換。外部設(shè)備的信號通過冗余配置（模擬量）或通過擴展轉(zhuǎn)換（開關(guān)量）分別送入2套DCS系統(tǒng)。同時因保證不出現(xiàn)誤操作事故，還增加了相當部分的判據(jù)條件和I／0測點，這種方式的優(yōu)點是當一臺機組停運或檢修，可以較方便地對DCS進行檢查，同時也增大了控制的可靠性，缺點是增加
