數(shù)字化電廠電氣控制技術(shù)及其應(yīng)用探究

李振奇

摘 要：由于社會生產(chǎn)活動(dòng)對電力能源的需求量越來越大，這也為火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行機(jī)制帶來一定的影響。就現(xiàn)階段的火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)來看，較以往的火力發(fā)電機(jī)組相比，表現(xiàn)出更加復(fù)雜的運(yùn)行狀態(tài)，這就意味著機(jī)組運(yùn)行的控制和維護(hù)工作也面臨很大的難度。在火力發(fā)電機(jī)組設(shè)備量越來越多的情況下，如果還是采取以往的控制方法，對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督和控制就需要投入大量的人力與物力，給電力企業(yè)的發(fā)展帶來較大的成本投入。為此我們需要加大對數(shù)字化電氣控制技術(shù)的應(yīng)用力度，實(shí)現(xiàn)對火力發(fā)電機(jī)組的統(tǒng)一管理與控制。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；電氣控制；技術(shù)

一、電廠控制系統(tǒng)的工作原理

1、過程層

過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，是智能化電氣設(shè)備的智能化部分。在實(shí)際運(yùn)行的過程中，過程層會對電流、電壓和開關(guān)量所產(chǎn)生的信號源進(jìn)行獲取。而光變壓器單元中的數(shù)字信息會在電流與電壓的共同作用下進(jìn)入處理層，最后才是對開關(guān)信息量的處理，實(shí)現(xiàn)對電流、電壓、開關(guān)量信號信息的轉(zhuǎn)換。在上述轉(zhuǎn)化全部完成之后，就意味著變電站的電磁式互感器合并單元已經(jīng)形成光信號。在此過程中，光信號的轉(zhuǎn)換質(zhì)量與相關(guān)的工藝水平具有直接聯(lián)系。最后設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)將通過互感器和二次側(cè)電氣量的同步作用，將其形成數(shù)字信號，最終實(shí)現(xiàn)電子電流互感器和電壓互感器電子信息的上傳。

2、間隔層

在電氣設(shè)備中，間隔層發(fā)揮著保護(hù)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的重要作用。間隔層的主要作用為對線路、母線、變壓器、電能計(jì)算裝置、安全設(shè)備以及故障信息等設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。而對于電壓、電流、開關(guān)和一些數(shù)字信號等，主要是依靠電氣控制技術(shù)中的運(yùn)算和邏輯進(jìn)行推算之后，將其發(fā)送到隔離層和以太網(wǎng)的設(shè)備裝置中，利用隔間隔中的測量數(shù)據(jù)對相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測。這些設(shè)備的最終運(yùn)行狀態(tài)將直接反映到電氣控制設(shè)備中的智能終端中，一旦識別出存在設(shè)備運(yùn)行不當(dāng)和設(shè)備故障問題，便會自動(dòng)進(jìn)行跳閘操作，避免設(shè)備故障的影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)對火力發(fā)電機(jī)組設(shè)備的保護(hù)作用。

3、站控層

站控層在電氣控制系統(tǒng)中的主要作用是對火力發(fā)電機(jī)組中相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效的調(diào)度和控制，確保火力發(fā)電機(jī)組中各類設(shè)備的協(xié)同作用，在確?；鹆Πl(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率的最大化，保證電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提升。在實(shí)際運(yùn)行的過程中，主要是通過間隔設(shè)備對機(jī)組設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，將相關(guān)的信息全部傳送到以太網(wǎng)中，以便于在系統(tǒng)內(nèi)部對相應(yīng)的設(shè)備性能和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了解之后，實(shí)現(xiàn)有效的調(diào)度和集中控制，保證機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量。其中中央變電站的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，可以實(shí)現(xiàn)對控制裝置和通信裝置的有效溝通，確保對各個(gè)級別的調(diào)度通信站實(shí)行有效的遠(yuǎn)程控制。

二、發(fā)變組控制系統(tǒng)

1、發(fā)變組保護(hù)配置

（1）主變高壓側(cè)：主變高壓側(cè)的合并單元所采用的接線方式為主線與電流和電壓串聯(lián)形成合并單元，其中的電流合并單元采用點(diǎn)對點(diǎn)的接線方式與保護(hù)裝置相連，電壓則是需要利用母線電壓的合并單元與保護(hù)裝置連接。

（2）主變高壓側(cè)、中性點(diǎn)的電流接入方式同樣是采用電流合并單元并聯(lián)的方式與保護(hù)裝置點(diǎn)對點(diǎn)連接。

（3）對于發(fā)電機(jī)內(nèi)部的中性點(diǎn)電流接入方式來說，所采用的連接方式為電流合并單元點(diǎn)對點(diǎn)接入方式，而電壓則是依靠機(jī)端的電壓合并單元，進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)接入，最終連接到保護(hù)裝置中。

（4）火力發(fā)電機(jī)組中的高廠變高低壓側(cè)保護(hù)措施為：將電流合并單元保護(hù)裝置采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式連接。高廠變低壓側(cè)電壓是采用電壓合并單元的接入方式與保護(hù)裝置相連。

2、智能勵(lì)磁系統(tǒng)

在對數(shù)字化勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)分布狀態(tài)（圖1為數(shù)字化勵(lì)磁系統(tǒng)）進(jìn)行分析之后可以發(fā)現(xiàn)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用主要體現(xiàn)在間隔層和過程層中。由于間隔層對發(fā)電機(jī)組設(shè)備保護(hù)所發(fā)揮的重要作用。為此，為了保證運(yùn)行性能，會在間隔層中設(shè)置兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，以便于在一個(gè)發(fā)生故障問題時(shí)，另一個(gè)可以繼續(xù)保證間隔層的保護(hù)性能，為火力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行提供保障。而在過程層中所設(shè)置的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，因其運(yùn)行性能存在一定的差異以及設(shè)備運(yùn)行需求，需要設(shè)置一套含有智能接口的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，為電氣回路的統(tǒng)一運(yùn)行提供保障。

在過程層中，通過采集勵(lì)磁調(diào)節(jié)器所產(chǎn)生的回路功率，可以實(shí)現(xiàn)對開關(guān)量、溫度量等相關(guān)信息的收集。再由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的智能接口，將信息傳送到中心控制系統(tǒng)中。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在運(yùn)行的過程中，所產(chǎn)生的電流、電壓和數(shù)字量信息會通過網(wǎng)絡(luò)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)操作。在調(diào)節(jié)器中所應(yīng)用的是最先進(jìn)的非線性魯棒控制技術(shù)，其自身所具備的時(shí)鐘校對功能和信息通訊功能，可以有效實(shí)現(xiàn)對火力發(fā)電機(jī)組相關(guān)設(shè)備運(yùn)行性能的智能數(shù)據(jù)采集。同時(shí)還具備一定的在線監(jiān)控功能，可以有效保證火力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

3、發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期（ASS）

自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)是電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要的基本操作，完成這一操作的設(shè)備是自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置（ASS），它能控制發(fā)電機(jī)組自動(dòng)調(diào)速和調(diào)壓，使頻差和壓差滿足準(zhǔn)同期條件，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、安全的并網(wǎng)。具體的同期裝置如下圖2所示。

4、快切、AVC、AGC

（1）快切：此處啟備變可采用快切冷備技術(shù)，利用數(shù)字化采集的啟備變電壓、電流、開關(guān)量及廠用高壓段電壓、電流、開關(guān)量，通過快切冷備裝置，在啟備變高壓側(cè)未合閘的情況下，使廠用電源準(zhǔn)確順利地切換，這樣每年可節(jié)省大量的啟備變熱備損耗費(fèi)用。

（2）AVC：通過調(diào)度發(fā)令至電廠AVC裝置，再通過電廠AVC裝置調(diào)節(jié)數(shù)字化勵(lì)磁裝置，以調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)電壓。

（3）AGC：通過調(diào)度發(fā)令至電廠AGC裝置，再通過電廠AGC裝置將信息發(fā)送至DCS系統(tǒng)，再通過DEH系統(tǒng)得以調(diào)節(jié)負(fù)荷。

三、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。

結(jié)論：數(shù)字化電廠電氣控制技術(shù)的有效應(yīng)用，不僅能夠提升火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行性能和運(yùn)行質(zhì)量，還能降低發(fā)生故障問題的幾率，確保電廠生產(chǎn)的效率。數(shù)字化電廠電氣控制技術(shù)自身的智能控制終端，可以實(shí)現(xiàn)對火力發(fā)電機(jī)組中設(shè)備運(yùn)行的合理控制與調(diào)控，在確保設(shè)備運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的最大化，提升電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

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