數(shù)字化電廠電氣控制技術(shù)與應(yīng)用

楊英杰

摘要：現(xiàn)代化火力發(fā)電機(jī)組正變得越來越復(fù)雜，機(jī)組的運(yùn)行控制/維護(hù)和優(yōu)化要求也越來越高。傳統(tǒng)的控制主要針對(duì)工藝測點(diǎn)的監(jiān)測，大量裝備分散監(jiān)控，管理信息和服務(wù)信息手丟失很難設(shè)定統(tǒng)一的全面信息化管理，操作機(jī)組的運(yùn)行優(yōu)化檢修不能引導(dǎo)發(fā)揮有效作用。本文針對(duì)國內(nèi)的一些數(shù)字化電廠進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的設(shè)計(jì)和研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；發(fā)電廠；電氣控制

一、引言

基于數(shù)字化設(shè)計(jì)工廠信息和控制系統(tǒng)的概念，憑借其強(qiáng)大的智能現(xiàn)場儀表和設(shè)備，傳統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)的信息采集，大大擴(kuò)展了診斷監(jiān)測范圍，這可以有效地獲取設(shè)備的管理和維護(hù)現(xiàn)場信息。通過高速通信網(wǎng)絡(luò)，信息可以發(fā)送到廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)。信息管理系統(tǒng)融入了智能變送器管理系統(tǒng)、鍋爐管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、振動(dòng)監(jiān)測和分析系統(tǒng)、氣象監(jiān)測系統(tǒng)、全廠閉路電視和電子檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化、高效的監(jiān)控和維護(hù)，以提供進(jìn)一步的指導(dǎo)和保護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)具體如下圖所示：

二、工作原理

主變電站主要設(shè)備有變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電抗器、架空線路（電纜）等，主要變電站二次設(shè)備包括線路保護(hù)、母線保護(hù)、PMU安全設(shè)備的故障記錄儀等設(shè)備。整個(gè)電廠控制系統(tǒng)如下圖所示：

1 過程層。過程層將電力變電站一次信號(hào)電流、電壓、開關(guān)等指標(biāo)數(shù)字化，過程層的信號(hào)主要分為電流，電壓和開關(guān)量。電流與電壓主要收集由光變壓器單元通過合并將數(shù)字信息到處理層，然后把開關(guān)信息傳送到處理層。經(jīng)過一番信號(hào)轉(zhuǎn)化，變電站電磁式互感器合并后的單元轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，這一過程與總線方式的工藝水平相關(guān)。轉(zhuǎn)發(fā)到設(shè)備水平裝置使用將互感器采集的二次側(cè)電氣量進(jìn)行合并和同步處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，電子式電流互感器與電壓互感器通過合并單元上傳電子信息。

2 間隔層。電氣設(shè)備隔離層包括線路保護(hù)、母線差動(dòng)保護(hù)、短引線保護(hù)、變壓器保護(hù)，故障錄波、PMU設(shè)備、電能計(jì)量裝置、安全穩(wěn)定設(shè)備、故障信息子站等設(shè)備。電壓、電流、開關(guān)、其它數(shù)字信號(hào)通過算術(shù)和邏輯的過程發(fā)送，經(jīng)過間隔層保護(hù)以及以太網(wǎng)設(shè)備裝置實(shí)現(xiàn)隔離層保護(hù)測量等，通過智能終端發(fā)出跳閘令使得變電站電氣設(shè)備得到保護(hù)，能有效地防止事故的發(fā)生。

3 站控層。站控層主要設(shè)備有操作員站、工程師背景站、五防機(jī)等設(shè)備，間隔設(shè)備將實(shí)時(shí)狀態(tài)信息送至站級(jí)以太網(wǎng)，站級(jí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通過以太網(wǎng)與監(jiān)控功能的間隔層設(shè)備，可以和調(diào)度系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)的通信控制系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)、中央變電站的監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。站級(jí)設(shè)備通過橫向縱向的MMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)站控制裝置與通信站級(jí)設(shè)備和工藝層設(shè)備相互通信，通過各級(jí)IEC61850調(diào)度通信站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

三、發(fā)變組控制系統(tǒng)

火電發(fā)電機(jī)變壓器組主要設(shè)備包括主變壓器、輔助電源變壓器、勵(lì)磁變壓器、發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備，發(fā)電機(jī)和變壓器組保護(hù)、勵(lì)磁、同期、快切、AVC、AGC等二次電保護(hù)和控制系統(tǒng)。

此處的電流量有發(fā)電機(jī)CT、主變CT、高廠變CT、勵(lì)磁變CT、廠用段CT等，電壓量有變電站母線PT、發(fā)電機(jī)PT、廠用段PT等；開關(guān)量有發(fā)變組開關(guān)及刀閘、廠高變開關(guān)等。此處的電壓電流數(shù)據(jù)可采取兩種數(shù)字變電站解決方案：一種是由光學(xué)電子變壓器收集，然后傳送該組合單元，變壓器組的CT可用柔性光學(xué)電子變壓器技術(shù)，一種是利用電磁其它非電氣量通過變壓器合并單元的傳輸后收集，開關(guān)量可以利用其他可用的智能終端傳輸。

四、廠用電控制系統(tǒng)

廠用系統(tǒng)主要包括廠用高壓段、廠用低壓段、高壓電機(jī)、低壓電機(jī)、廠用變壓器等電氣一次設(shè)備，變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、電機(jī)保護(hù)、備自投、智能斷路器等電氣二次控制系統(tǒng)。

此處方案一般為基于profibus標(biāo)準(zhǔn)的DCS控制系統(tǒng)，即所有保護(hù)裝置（廠用高壓段、廠用低壓段等）均支持profibus標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，可通過網(wǎng)絡(luò)將保護(hù)裝置信息發(fā)送至DCS系統(tǒng)，保護(hù)功能由就地保護(hù)裝置完成，電機(jī)間連鎖由DCS完成，開關(guān)、刀閘等操作采用硬接線接至DCS，實(shí)現(xiàn)在DCS系統(tǒng)啟停操作。

五、結(jié)語

在整個(gè)電廠初步設(shè)計(jì)時(shí)，就數(shù)字化理念綜合考慮電廠熱控設(shè)備的選型和配置，采用大量智能設(shè)備將設(shè)備的管理信息（如設(shè)備KKS（唯一的）編號(hào)、量程設(shè)置、線性處理等）及設(shè)備診斷維修信息（如設(shè)備故障狀態(tài)等）進(jìn)行統(tǒng)一管理，并進(jìn)一步上傳到上層SIS、MIS等軟件。

DCS系統(tǒng)盡可能地將全廠所有的控制納入其范圍，使得全廠的控制理念統(tǒng)一。所有的專業(yè)輔助系統(tǒng)一方面對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析管理、故障診斷或安全防范，另一方面將數(shù)據(jù)進(jìn)一步上傳到上層系統(tǒng)中進(jìn)一步分析，使得各個(gè)系統(tǒng)在數(shù)字化概念下充分完全地融合，以便對(duì)電廠的操作運(yùn)行、管理和維修起到指導(dǎo)和促進(jìn)作用。

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