淺談大型火力發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)

沈賀偉 王淳忠 趙耀

摘 要 文章介紹了大型火力發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的典型配置，并闡述了該系統(tǒng)對大型火力發(fā)電廠的意義和作用。

關(guān)鍵詞 大型火力發(fā)電廠 電氣 監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TM762 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Discussion on the Electric Monitoring & Control

System of the Large Thermal Power Plant

SHEN Hewei[1], WANG Chunzhong[2], ZHAO Yao[1]

([1] Datang Huainan Luohe Power Plant, Huainan, Anhui, 232008;

[2] China Datang Group AnHui Branch, Hefei, Anhui, 230071)

Abstract By introducing the typical configuration of large-scale thermal power plant electrical monitoring system to explain the significance and role of the large-scale thermal power plant.

Key words large thermal power plant; electric; the Monitoring & Control System

0 引言

隨著機(jī)組容量的增大，大型火力發(fā)電廠電氣一、二次設(shè)備的系統(tǒng)及其接線型式日趨復(fù)雜，由此導(dǎo)致的相關(guān)監(jiān)視與控制系統(tǒng)也日益繁復(fù)，所起到的作用也更加重要，逐漸成為發(fā)電廠控制系統(tǒng)一個(gè)重要的分支，對大型火力發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了至關(guān)重要的意義。一般來說，大型火力發(fā)電廠的電氣監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下環(huán)節(jié)：（1）主機(jī)DCS系統(tǒng)所包含的ECS模塊；（2）監(jiān)控升壓變電站的NCS系統(tǒng)；（3）用于全廠電氣設(shè)備的輔助監(jiān)控系統(tǒng)（UACS）；（4）傳統(tǒng)的電氣儀表、繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置。

1 DCS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)控

機(jī)組DCS系統(tǒng)中的ECS模塊包括單元機(jī)組監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和公用系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

1.1 ECS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控范圍

其范圍包括：發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、勵(lì)磁系統(tǒng)，廠用高壓電源（包括廠變）、低壓廠變高壓側(cè)進(jìn)線開關(guān)，和PC進(jìn)線、分段開關(guān)，PC至MCC的饋線開關(guān)（包括主、輔廠房），各類閘刀以及單元機(jī)組的UPS、直流和柴油發(fā)電機(jī)組的重要信號部分。

1.2 ECS數(shù)據(jù)量的處理和采集

模擬量的處理具體包括：數(shù)字濾波、預(yù)防回路斷線檢測功能、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、信號抗干擾、標(biāo)度換算、誤差補(bǔ)償、梯度計(jì)算、越限報(bào)警和越復(fù)限判斷，最后經(jīng)格式化處理后所形成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

開關(guān)量的采集是指對繼電保護(hù)的動(dòng)作信號、開關(guān)及刀閘的位置信號、事故/故障信號和手動(dòng)/自動(dòng)方式選擇的位置信號的采集。采集的方法為快速掃描。

脈沖量的采集主要是指：有功及無功電度量等的累加。脈沖量的輸入為有源電脈沖或無源接點(diǎn)，即時(shí)采集。

1.3 ECS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)控功能

1.3.1 調(diào)節(jié)功能

調(diào)節(jié)變壓器有載調(diào)壓分接開關(guān)的位置。調(diào)節(jié)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）、各類輔機(jī)變頻器的可控硅導(dǎo)通角，從而達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)電壓和電流的目的。

1.3.2 控制功能

（1）發(fā)變組控制。ECS對發(fā)變組的控制有兩種方式：軟手操控制和順序控制。采用哪種控制方式，由設(shè)在操作員站上的選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)。軟手操控制是指，運(yùn)行人員通過鼠標(biāo)和鍵盤來完成開關(guān)的操作，并且每一項(xiàng)操作計(jì)算機(jī)都會(huì)進(jìn)行控制閉鎖條件檢查和合法性檢查。順序控制是指，ECS按邏輯順序條件來完成發(fā)電機(jī)由零起升壓到并網(wǎng)并帶初始負(fù)荷的全過程。

（2）廠用電源開關(guān)的控制。正常的合閘、分閘操作，由ECS軟手操發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)。事故情況下，備用電源之間的互相切換，包括柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)帶載直至充當(dāng)事故電源，雖然不經(jīng)過操作員站發(fā)出指令，但要經(jīng)過ECS邏輯判斷。

（3）輔助車間的控制方式。輔助車間的電源系統(tǒng)控制，正常情況下為就地操作，且必需向ECS送出必要的信號量和運(yùn)行數(shù)據(jù)。但輔助車間低壓變壓器高壓側(cè)開關(guān)的投、切需由ECS來控制。

1.3.3 事故處理

監(jiān)控系統(tǒng)遇到發(fā)生事故、故障和越限等事件時(shí)能自動(dòng)進(jìn)行一系列處理，如發(fā)出音、畫報(bào)警、數(shù)據(jù)變色、啟動(dòng)事故追憶等。

2 NCS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)控

發(fā)電廠220kV、500kV升壓站的監(jiān)控由網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS）實(shí)現(xiàn)。

2.1 NCS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控范圍

控制范圍包括：變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)、（下轉(zhuǎn)第181頁）（上接第170頁）500kV開關(guān)、電動(dòng)接地開關(guān)、電動(dòng)刀閘等。

監(jiān)測范圍包括：頻率、功率因數(shù)、電流、電壓、有功電能、無功電能、有功功率、無功功率和溫度量等。

監(jiān)視信號包括：繼電保護(hù)裝置、變壓器調(diào)壓開關(guān)、安全自動(dòng)裝置動(dòng)作及報(bào)警信號、運(yùn)行監(jiān)視信號、閘刀以及接地開關(guān)的位置信號等。

2.2 NCS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)控功能

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。NCS由每個(gè)電氣間隔的測控裝置完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集。該測控裝置作為保護(hù)裝置的通信管理單元，其功能是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)本間隔的遙信、遙脈、遙測、遙控、遙調(diào)等功能，提供現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)等方式接入NCS。采集信號的類型基本與ECS相同，分為模擬量、開關(guān)量和脈沖量。

（2）控制操作電氣設(shè)備。控制操作方式分為二級控制：就地控制和站控層控制。NCS操作命令的優(yōu)先級為：就地控制→站控層控制。在任一時(shí)間只允許一種控制方式有效。并且對所有操作方式，必須首先保證上一次操作步驟完成，然后才能進(jìn)行下一步操作。

①就地控制。NCS在間隔層控制柜上設(shè)有“就地/遠(yuǎn)方”轉(zhuǎn)換開關(guān)?！熬偷亍蔽恢茫和ㄟ^人工按鍵實(shí)現(xiàn)對開關(guān)的一對一操作。“遠(yuǎn)方”位置：操作在操作員站上操作。間隔層根據(jù)操作需要實(shí)現(xiàn)防誤操作閉鎖和檢同步功能。

②站控層控制。站控層控制具有防誤閉鎖及同步檢測功能，其控制順序?yàn)椤斑x擇—返校—執(zhí)行”。當(dāng)某一個(gè)任務(wù)要對多個(gè)電氣設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，在保證操作的可靠性和安全性的前提下，可按規(guī)定程序進(jìn)行順控操作。

3 UACS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)控

廠用電氣設(shè)備輔助監(jiān)控系統(tǒng)（UACS）采用分布式控制系統(tǒng)，對電氣設(shè)備的監(jiān)控范圍與ECS大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與NCS相似，其對電氣設(shè)備的監(jiān)控功能是ECS的補(bǔ)充和完善，也是未來實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠總線控制的嘗試。目前UACS的典型設(shè)計(jì)如下。

（1）數(shù)據(jù)采集的范圍。納入U(xiǎn)ACS數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)有：6kV廠用電系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、發(fā)變組保護(hù)、柴油發(fā)電機(jī)組、故障錄波器、AVR、UPS、400V配電系統(tǒng)等。

（2）6kV系統(tǒng)的控制方式。①電動(dòng)機(jī)的監(jiān)控在ECS側(cè)進(jìn)行，采用硬接線方式實(shí)現(xiàn)。②純電氣元件在正常運(yùn)行時(shí)由ECS控制，在調(diào)試或ECS故障時(shí)可以在UACS側(cè)進(jìn)行操作控制，操作地點(diǎn)采用硬切換或者軟切換的方式確定。③正常運(yùn)行時(shí)，在UACS側(cè)，僅監(jiān)視上述電動(dòng)機(jī)及純電氣元件的遙測、遙信量。④在ECS側(cè)，可以有選擇的監(jiān)視需要的遙測、遙信量，通過硬接線直接控制電動(dòng)機(jī)，通過UACS通訊口遙控純電氣元件的開關(guān)。

（3）400V系統(tǒng)的控制方式。參與ECS順控的電動(dòng)機(jī)采用硬接線方式（不納入U(xiǎn)ACS控制范圍），主廠房400V PC進(jìn)線及分段開關(guān)控制、位置信號、各母線PT二次電壓采用硬接線接入ECS，同時(shí)納入U(xiǎn)ACS監(jiān)測。其他各饋線及電動(dòng)機(jī)回路均采用就地控制和遠(yuǎn)方通訊控制相結(jié)合的方式，在遠(yuǎn)方通訊控制方式下，由ECS通過UACS的通訊口發(fā)出控制指令。

（4）輔助廠房低壓廠用電系統(tǒng)。除塵、除灰、化水、凈化、污水、輸煤、脫硫等輔助廠房低壓廠用電系統(tǒng)，通過UACS納入相應(yīng)的輔助廠房控制系統(tǒng)，如PLC和脫硫DCS等。

4 結(jié)束語

大型火力發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)設(shè)備眾多、接線復(fù)雜，其對控制系統(tǒng)的要求也相對較為嚴(yán)格。因此只有在設(shè)計(jì)初期，建立合理的電氣監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，才能確保今后電氣設(shè)備的可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 印江,馮江濤.電廠分散控制系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社,2008

[2] 崔志強(qiáng),楊忠彪,DCS系統(tǒng)在火電廠電氣控制方面的應(yīng)用[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007.1.

[3] 姜冬敏,張運(yùn)生.發(fā)電廠電氣系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用分析[J].赤子,2009.6.