淺談發(fā)電廠的電氣綜合自動化應(yīng)用

陳嘉昕　萬勇　王飛　朱春虎　崔洪兵

摘 要：本文主要分析了發(fā)電廠電氣系統(tǒng)綜合自動化的現(xiàn)狀及其綜合自動化技術(shù)的可行性，并進(jìn)一步的介紹了電氣系統(tǒng)綜合自動化的實(shí)現(xiàn)方式，與此同時還提出了將微機(jī)綜合自動化技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的新思路。最后筆者結(jié)合現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r，針對發(fā)電廠電氣自動化的改造談了幾點(diǎn)自己的看法。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；電氣系統(tǒng)；綜合自動化

1 引言

伴隨著科技的進(jìn)步，電氣自動化技術(shù)在發(fā)電廠廠用電氣系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用愈來愈廣泛，集監(jiān)控、測量、繼電保護(hù)、通訊、安全自動裝置等位一體的電氣自動化系統(tǒng)也越來越成熟。大多數(shù)110kV以下的變電站都實(shí)現(xiàn)了全自動化，無需人員作業(yè)；220kV以上的變電站其電氣系統(tǒng)的自動化水平也越來越高，作業(yè)人員大幅減少。由于發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)自動化有其特殊性，目前微機(jī)綜合自動化技術(shù)還未能得以應(yīng)用，因此，電氣系統(tǒng)的保護(hù)及安全自動裝置等都尚且處在一種相對獨(dú)立的運(yùn)行狀態(tài)。由此可見，對發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的綜合自動化進(jìn)行改造已成為一種必然，這也是保證發(fā)電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 電氣系統(tǒng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能

2.1 發(fā)電機(jī)-變壓器組監(jiān)控，包括發(fā)變組高壓側(cè)斷路器、勵磁系統(tǒng)的滅磁開關(guān)、勵磁調(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。實(shí)現(xiàn)了勵磁系統(tǒng)開關(guān)的聯(lián)鎖跳閘，發(fā)電機(jī)順序并網(wǎng)、順序解列，無功自動調(diào)節(jié)，失磁快減等功能。

2.2 勵磁系統(tǒng)的監(jiān)控，同步發(fā)電機(jī)的一個重要組成部分，它的主要任務(wù)是向發(fā)電機(jī)勵磁繞組提供一個可調(diào)節(jié)的直流電流，勵磁系統(tǒng)的安全可靠性是非常重要的，直接關(guān)系到電網(wǎng)和機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，在電氣控制系統(tǒng)改造中仍采用原有的專用勵磁裝置，通過硬接線方式與DCS接口，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、解列程序控制、失磁快減和軟手操控制，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 高壓廠用電系統(tǒng)的監(jiān)控，包括高壓廠用電源系統(tǒng)的高壓廠用電源變壓器（斷路器）

高壓啟/備變壓器（斷路器）、低壓廠用電源系統(tǒng)的單元低壓、公用低壓變壓器（斷路器）、交流380V/220V保安電源系統(tǒng)的進(jìn)出線斷路器等開關(guān)的聯(lián)鎖、閉鎖程序控制和軟手操控制，公用系統(tǒng)的聯(lián)鎖、閉鎖控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無功、電能、溫度、開關(guān)狀態(tài)、直流電源和UPS電源等監(jiān)測。實(shí)現(xiàn)了開關(guān)的聯(lián)鎖、閉鎖控制，廠用電源備自投（BZT）功能。

2.4 繼電保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控，其原理復(fù)雜、專業(yè)性強(qiáng)，在火力發(fā)電廠中占據(jù)非常重要的地位，將電氣系統(tǒng)納入DCS分散控制系統(tǒng)的首要原則是滿足（火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程、繼電保護(hù)等有關(guān)規(guī)程）的要求，保證電氣系統(tǒng)納入DCS后的安全可靠性。

2.5 自動準(zhǔn)同期裝置（ASS）的監(jiān)控，發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的同期并列操作是電氣運(yùn)行中最復(fù)雜、最重要的操作，發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)過程中，必須滿足（1）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的相序必須相同；（2）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓接近相等；（3）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的頻率接近相等；（4）發(fā)電機(jī)電壓和電網(wǎng)電壓的相位接近相等。否則將發(fā)生非同期并列事故，嚴(yán)重時損壞發(fā)電機(jī)的定子繞組或造成大軸損壞事故。因此，在電氣控制系統(tǒng)改造中仍采用專用的自動準(zhǔn)同期裝置（ASS），通過硬接線方式與 DCS 接口，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、解列程序控制、軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無功等參數(shù)監(jiān)測的功能。

2.6 直流系統(tǒng)和 UPS 系統(tǒng)的監(jiān)控，只是監(jiān)視，不參與控制；對直流系統(tǒng)的母線電壓、充電器工作狀態(tài)；UPS充電電流、工作狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視、報警。

2.7 啟、備變電源自動投切的監(jiān)控，正常運(yùn)行時進(jìn)行電源切換，采用經(jīng)同期并聯(lián)切換，并且以慢速斷電切換作為后備方式。當(dāng)正常運(yùn)行中工作電源事故跳閘時，啟動備用電源自投回路。當(dāng)工作電源與備用電源的電動勢夾角<20度時，啟動備用電源斷路器合閘回路；當(dāng)工作電源與備用電源的電動勢夾角>20度時，閉鎖備用電源斷路器合閘回路。

只有當(dāng)工作電源母線殘壓衰減到20%Un 時，才能接通備用電源斷路器合閘回路，即慢速斷電切換。

2.8柴油發(fā)電機(jī)和保安電源的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)母線電壓，柴油發(fā)電機(jī)出口電流、功率，柴油發(fā)電機(jī)主開關(guān)狀態(tài)和故障報警的監(jiān)視；完成柴油發(fā)電機(jī)的啟?？刂?。

3 電氣系統(tǒng)綜合自動化的實(shí)現(xiàn)

通過現(xiàn)場總線和電氣保護(hù)自動裝置的綜合形成電廠的電氣監(jiān)控系統(tǒng)，并與DCS的有效結(jié)合來實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的電氣綜合自動化。其中，DCS系統(tǒng)是電廠中自動化系統(tǒng)的核心。在電廠電氣綜合自動化實(shí)現(xiàn)過程中要解決以下兩方面的問題。

3.1 注意現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)

對于現(xiàn)場總線，由于保護(hù)和自動裝置的生產(chǎn)廠家不同，其標(biāo)準(zhǔn)可能不同，不能簡單地相連接?？尚械霓k法是：將廠用電氣系統(tǒng)的所有裝置按照同一總線標(biāo)準(zhǔn)分為子系統(tǒng)，每一子系統(tǒng)里的設(shè)備及裝置與同一種總線標(biāo)準(zhǔn)適合。再將這幾部分的子系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)和電氣工作站相連，并由監(jiān)控系統(tǒng)完成總線連接及信息傳送等。

3.2 電氣綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)建

整個系統(tǒng)分為三層，由里到外依次是測控保護(hù)層、通信管理層、后臺機(jī)系統(tǒng)，各層間相互聯(lián)系，履行各自的功能。對于測控保護(hù)層，其功能是測量與控制保護(hù)，由各種保護(hù)和自動裝置構(gòu)成。利用現(xiàn)場總線技術(shù)能很好的解決該層裝置多且分散的問題，實(shí)現(xiàn)分散控制；對于通信管理層，該層行使傳遞和反饋信息的功能，它將DCS對上一層的控制命令送往各個相關(guān)的裝置，并將各裝置上的信息反饋到DCS系統(tǒng)。根據(jù)通信管理層與上位機(jī)系統(tǒng)的連接方式、現(xiàn)場總線方式、測控保護(hù)裝置的數(shù)量等，可有不同的配置；對于后臺機(jī)系統(tǒng)，其主要由DCS系統(tǒng)和電氣工作站組成。DCS系統(tǒng)不僅可依靠DO、DI控制各類電氣設(shè)備，還可以通過信息管理層獲得所需的諸如開關(guān)狀態(tài)等其他信息，并將這些信息傳送至工作站。

DCS的控制層可實(shí)現(xiàn)DCS與通信管理層的連接。而電氣工作站，主要就是接收來自通信管理裝置上傳的所有信息，進(jìn)行相應(yīng)的分析處理，并完成畫面的反映及相關(guān)電氣量的顯示，實(shí)現(xiàn)廠用電系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控功能。

4 對發(fā)電廠電氣自動化改造的幾點(diǎn)意見

第一，事先要規(guī)劃好發(fā)電廠電氣自動化的改造，把握科學(xué)、合理、節(jié)約的原則，提前準(zhǔn)備好需要改造和更新的設(shè)備，同時，要綜合考慮諸如繼電保護(hù)裝置、斷路器、五防系統(tǒng)等設(shè)備在型號、盤位布置、預(yù)留接口方面將來接入綜合自動化系統(tǒng)的問題。只有這樣，對電氣自動化的改造才能合理又節(jié)省了人力物力。

第二，在設(shè)計(jì)電氣自動化的過程中要把握實(shí)用的原則。由于發(fā)電廠現(xiàn)有的監(jiān)控、遠(yuǎn)動、五防、保護(hù)等設(shè)備裝置其原理和性能的不同，在進(jìn)行改造時要整體上把握，綜合考慮，避免出現(xiàn)功能重復(fù)的設(shè)備并列運(yùn)行。

第三，改造的目的是為了發(fā)電廠將來更好的高效運(yùn)行，因此，電氣自動化改造要注重遠(yuǎn)期目標(biāo)。比如，有的發(fā)電廠由于老化或廠房實(shí)際條件的限制，不可能所有的監(jiān)控設(shè)備都可以納入電氣綜合自動化系統(tǒng)的改造中。就需要在改造時，把這些不具備改造的設(shè)備考慮到，在整體框架下，預(yù)留接口，便于后期的改造。

5 結(jié)束語

在電廠的電氣自動化亟待提高的今天，探討火電廠電氣自動化系統(tǒng)具有很好的實(shí)際意義?；痣姀S電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了火電廠電氣系統(tǒng)的自動化水平及運(yùn)行管理水平。系統(tǒng)綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、保護(hù)、測量、分層分布控制及通信技術(shù)的最新成果，實(shí)現(xiàn)火電廠電氣系統(tǒng)的運(yùn)行、保護(hù)、控制、故障信息管理、故診斷、電氣性能優(yōu)化等功能的綜合自動化。

充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后信息全面的優(yōu)勢，加強(qiáng)電氣信息的應(yīng)用，完成較為復(fù)雜的電氣運(yùn)行管理工作。改造后所產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟(jì)效益在不同程度上補(bǔ)償了投資費(fèi)用，不久將收回投資，而且換來了良好的設(shè)備性能，提高了機(jī)組整體自動化水平，確保了機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為今后參與電力市場的競爭打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[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.

（作者單位：1.江蘇常熟發(fā)電有限公司；

2.中電（洪澤）熱電有限公司）