火電廠電氣自動(dòng)化技術(shù)探析

隋新　王偉婷　張國強(qiáng)

摘 要：該文將結(jié)合火電廠電氣自動(dòng)化的發(fā)展趨勢和前景展望，分析現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用。根據(jù)發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、廠用電運(yùn)行規(guī)則、的主要特性及各方面參數(shù)并結(jié)合運(yùn)行方式ups系統(tǒng)設(shè)備的各個(gè)規(guī)章規(guī)范、等基本知識(shí)，以及發(fā)電機(jī)運(yùn)行中容易出現(xiàn)的各種問題。近些年來，熱控自動(dòng)化迅猛發(fā)展，與此相比，電氣自動(dòng)化的發(fā)展顯得極為不協(xié)調(diào)。該文將介紹常用的現(xiàn)場總線及其在火電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了ECS和DCS的一體化解決方案。

關(guān)鍵詞：火電廠 自動(dòng)化 運(yùn)行方式 自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-0-01

1 關(guān)于火電廠電器自動(dòng)化ECS系統(tǒng)

發(fā)電廠用電系統(tǒng)建成ECS是近年來自動(dòng)化領(lǐng)域一個(gè)非常引人注意的熱點(diǎn)，不同于DCS側(cè)重于熱工系統(tǒng)的監(jiān)控相對應(yīng)，ECS側(cè)重于電氣系統(tǒng)監(jiān)控、發(fā)電廠內(nèi)部，從而保證廠里用電時(shí)低電壓系統(tǒng)的保護(hù)、測量、計(jì)算、控制、分析、等綜合功能。ECS一方面實(shí)現(xiàn)了DCS的通信方式和信息交換，大幅度的減少了DCS的測點(diǎn)投資和硬接線方式下的電纜投資。另一方面，通過網(wǎng)絡(luò)和軟件的方式實(shí)現(xiàn)了電氣系統(tǒng)的協(xié)控調(diào)整、故障分析和運(yùn)行調(diào)整，從而提高了整個(gè)發(fā)電廠的自動(dòng)化水平。ECS順應(yīng)了技術(shù)發(fā)展的大趨勢與潮流，通過充分利用現(xiàn)場總線和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的方式，使發(fā)電廠用電技術(shù)水平有了迅猛提高，對于電氣系統(tǒng)自動(dòng)化具有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是還必須在以下兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)取得突破性的進(jìn)展：一方面是實(shí)現(xiàn)對廠用電氣全通信控制。目前ECS系統(tǒng)不能滿足DCS通過ECS對電氣系統(tǒng)的通信全控方式。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須解決熱工藝聯(lián)鎖問題。另一方面，電氣后臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用仍然基本處于初級(jí)階段，距離實(shí)質(zhì)性的實(shí)現(xiàn)控制邏輯以及提高電氣控制水平及系統(tǒng)運(yùn)行管理水平仍然具有很大差距。

2 火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)變壓器組監(jiān)控

（1）包括發(fā)變組高壓側(cè)斷路器、勵(lì)磁系統(tǒng)的滅磁開關(guān)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開關(guān)、整流柜開關(guān)、AVR增、減磁控制，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、解列程序控制和軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無功、電能、溫度、開關(guān)狀態(tài)等監(jiān)測。使勵(lì)磁系統(tǒng)開關(guān)的聯(lián)鎖跳閘、無功自動(dòng)調(diào)節(jié)，失磁快減、發(fā)電機(jī)順序并網(wǎng)、順序解列等功能都得到了提高與發(fā)展。（2）發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式。發(fā)電機(jī)在額定參數(shù)下可長期連續(xù)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)在滿足規(guī)定的技術(shù)數(shù)據(jù)和技術(shù)要求，同時(shí)在正確維護(hù)的條件下，能夠長期連續(xù)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)長期連續(xù)運(yùn)行額定功率為200 Mw，最大連續(xù)功率220 Mw。

2.2 火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)勵(lì)磁系統(tǒng)的監(jiān)控

勵(lì)磁系統(tǒng)是同步于發(fā)電機(jī)的重要組成部分，向發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組提供可調(diào)節(jié)的勵(lì)磁直流電流。勵(lì)磁系統(tǒng)的安全可靠性關(guān)系到電網(wǎng)和機(jī)組的安全穩(wěn)定，至關(guān)重要。原有的專用勵(lì)磁裝置，通過硬接線方式與DSC接口，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、解列程序控制、以及電壓、電流、頻率、有功、無功、電能等參數(shù)監(jiān)測的功能。

2.3 火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)場總線應(yīng)用

現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備，是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測量的控制作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與控制系統(tǒng)。FCS的現(xiàn)場總線融入DCS后，將徹底解決DCS的致命性弱點(diǎn)—雖然可以監(jiān)視、控制整個(gè)工藝過程并自動(dòng)進(jìn)行修復(fù)，但無法在DCS的工程師站上對現(xiàn)場儀表進(jìn)行維護(hù)、診斷、組態(tài)。

2.4 火電廠電器自動(dòng)化系統(tǒng)功能

廠用電數(shù)字式綜合保護(hù)測控單元一方面通過通信接口和總線網(wǎng)絡(luò)與廠用電自動(dòng)化子系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，同時(shí)與熱工緊密聯(lián)系電動(dòng)機(jī)負(fù)載的數(shù)字式測控單元，省去了所有測量變送器以及控制電纜。這種接口模式不僅保證了DCS與廠用電系統(tǒng)的緊密聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了電廠機(jī)、爐、電一體化運(yùn)行和管理。對純電氣開關(guān)、設(shè)備的控制可通過權(quán)限設(shè)置來決定控制模式，通常情況下有兩種模式：一種以ECS廠用電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行控制為主；另一種以DCS控制為主。以上監(jiān)控模式不僅給老電廠的改造有很好的先進(jìn)性，更適用于新廠的建設(shè)與發(fā)展。

接口方式主要有以下兩種：一種是電廠熱力系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)等測量、控制設(shè)備等通過現(xiàn)場控制總線網(wǎng)、通信接口設(shè)備分別與DCS以及電氣監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。另一種是電廠電氣測量、監(jiān)控設(shè)備等與現(xiàn)場工業(yè)總線網(wǎng)和通信接口設(shè)備與電氣監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)與DCS信息交換。

3 火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)前景分析

短期來看，經(jīng)過有關(guān)部門預(yù)測，發(fā)電機(jī)容量將達(dá)到9.5億kw左右，其中火電占據(jù)絕大比例，火電裝機(jī)建設(shè)目仍處在火速增加的勢頭。董景晨說：“如果我國經(jīng)濟(jì)保持現(xiàn)在的高速增長，就存在對電力需求的增長，也就會(huì)帶動(dòng)發(fā)電裝機(jī)的增長。盡管核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電等新能源發(fā)電在發(fā)電裝機(jī)中的比例會(huì)逐漸增高，但火電的主導(dǎo)地位在未來幾十年內(nèi)是不會(huì)改變的，火電的裝機(jī)增長趨勢是肯定的。”與此同時(shí)，他也看到了火電市場存在的變化，“上大壓小”使火電廠單機(jī)容量逐步增大，數(shù)量卻逐步減少，這將會(huì)直接導(dǎo)致市場份額的減少。與此而來的自動(dòng)化設(shè)備需求如煙氣排放監(jiān)控系統(tǒng)、廠用電管理系統(tǒng)等給自動(dòng)化設(shè)備帶來了新的市場。

3.2 大型單元機(jī)組自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢

2007年3月，溫家寶總理提出了“十一五”期間關(guān)停5000萬kW小火電機(jī)組的目標(biāo)，“上大壓小”政策正式出臺(tái)。在這一政策推動(dòng)下，小機(jī)組紛紛關(guān)停，大機(jī)組建設(shè)則如火如荼。中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長董景辰說，“機(jī)組單機(jī)容量的加大提高了對相關(guān)自動(dòng)化產(chǎn)品的要求和難度。新一代電氣自動(dòng)化系統(tǒng)從功能上覆蓋發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)機(jī)組裝置、升壓站系統(tǒng)等。

4 結(jié)語

發(fā)電廠廠用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)ECS是近年來在軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的新型自動(dòng)化系統(tǒng)。DCS雖然在過去的幾十年對于自動(dòng)化水平帶來了極大的貢獻(xiàn)，但同時(shí)也具有不可忽視的問題。為了解決這一問題，有效途徑就是實(shí)現(xiàn)電廠電氣綜合自動(dòng)化，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐、電的集中管理，從而達(dá)到電廠主控室爐 、電、機(jī)控制水平協(xié)調(diào)一致目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國電力出版社，1994.

[2] 陳文高.配電系統(tǒng)可靠性實(shí)用基礎(chǔ)[M].北京：中國電力出版社，1998.

[3] 寧高平.正在崛起的中國動(dòng)力傳動(dòng)與控制技術(shù)—感受2008亞洲國際動(dòng)力傳動(dòng)與控制技術(shù)展覽會(huì)[J].工程機(jī)械，2008（12）.