發(fā)電廠電氣系統(tǒng)中綜合自動(dòng)化的運(yùn)用研究

韓 升

（國(guó)家電投集團(tuán)東方新能源股份有限公司，河北石家莊 050000）

1 電氣綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)

1.1 電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

機(jī)電一體化自動(dòng)化系統(tǒng)的總體功能包括測(cè)量功能、繼電保護(hù)功能、自動(dòng)裝置功能、監(jiān)控功能、通信功能等。目前，這一系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各大電廠中得到了廣泛應(yīng)用。電力自動(dòng)化技術(shù)具有先進(jìn)的技術(shù)特征，它對(duì)電力企業(yè)的管理體系有著重要的意義和作用，不僅能提高電力企業(yè)的發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量，而且能提高電力企業(yè)的管理執(zhí)行力。第一，借助電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其它子系統(tǒng)的運(yùn)行情況，如果子系統(tǒng)引起的任何問題，都可以借助電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)來發(fā)現(xiàn)。分析系統(tǒng)存在的問題，收集相關(guān)信息，控制系統(tǒng)性能，排除電力設(shè)備運(yùn)行中的影響。第二，借助電力綜合自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)的微機(jī)進(jìn)行保護(hù)；此外，這種電力綜合自動(dòng)化技術(shù)還能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電功率和電壓、投切備用電源。

1.2 電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電力自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為三個(gè)方面：第一方面為管理層設(shè)計(jì)；第二方面為間隔層的設(shè)計(jì)；第三方面為通信層設(shè)計(jì)。當(dāng)對(duì)第二方面設(shè)計(jì)時(shí)，需收集相關(guān)資料，將這些資料歸納整理，并保存。設(shè)計(jì)第三方系統(tǒng)時(shí)，需要借助多協(xié)議的轉(zhuǎn)換，對(duì)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享，這種多協(xié)議的轉(zhuǎn)換還具有其他功能，首先，它可以隔離現(xiàn)場(chǎng)采集網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)，最后，它可以提高訪問系統(tǒng)的安全性。如果相關(guān)人員對(duì)第三方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，則應(yīng)借助POWERVIE系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)SCADA/HMI功能的電子綜合控制系統(tǒng)，并利用PMS進(jìn)行專門防護(hù)。

2 電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用模式

科技發(fā)展與研究的終極目標(biāo)是使應(yīng)用合理化。關(guān)鍵是要達(dá)到最終的效果。但在電廠電氣運(yùn)行過程中，綜合自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)前國(guó)內(nèi)已基本實(shí)現(xiàn)了綜合自動(dòng)化，在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方面與以往技術(shù)相比，有了較大突破，監(jiān)測(cè)范圍不斷擴(kuò)大，準(zhǔn)確率明顯提高。最后得到的數(shù)據(jù)仍然很準(zhǔn)確。因此。監(jiān)視技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分。目前，監(jiān)測(cè)模式分為兩種。也就是集中模式和分層模式。

2.1 集中模式

集中模式也就是傳統(tǒng)的硬接線方式，把強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)，采用空接點(diǎn)方式，4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)，通過電纜硬接線，把電氣模擬量和開關(guān)量信號(hào)連接到DCS的I/O模件箱中，進(jìn)入DCS進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電器的監(jiān)控。其優(yōu)點(diǎn)是集中式采集屏幕，操作方便，缺點(diǎn)是可靠性和速度不穩(wěn)定。

2.2 分層分布模式

分層分布模式主要的應(yīng)用原理如下：先確定間隔層，然后利用這一間隔層來設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：一是電氣一次回路的設(shè)計(jì)；二是電氣間隔的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)完成后?？稍诿颗_(tái)開關(guān)柜內(nèi)安裝或設(shè)置監(jiān)視或保護(hù)裝置，可在開關(guān)柜內(nèi)安裝，只要與一次設(shè)備的距離較近即可安裝。在分層分配模式下，網(wǎng)絡(luò)層主要作用是匯總現(xiàn)場(chǎng)所有數(shù)據(jù)，除此之外，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送和命令控制等。

3 合理有效運(yùn)用電氣自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)的策略

3.1 電氣系統(tǒng)運(yùn)用及控制中應(yīng)用集散控制系統(tǒng)

在電廠電氣系統(tǒng)中，分布式控制系統(tǒng)是指在實(shí)際運(yùn)行過程中能夠達(dá)到分散控制的分散控制系統(tǒng)，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的分散協(xié)調(diào)控制，保證電廠電氣系統(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。分布式控制系統(tǒng)是給予電廠電氣系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，在運(yùn)行過程中，電廠電氣系統(tǒng)可將電廠電氣系統(tǒng)與信息系統(tǒng)進(jìn)行合理的融合，同時(shí)電廠電氣系統(tǒng)中的分布式控制系統(tǒng)可將數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與電源柜系統(tǒng)連接，再通過人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠電氣系統(tǒng)的合理控制。在電廠電氣系統(tǒng)中，分布式控制系統(tǒng)能夠支持開放的多層次數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的合理控制。

3.2 發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的應(yīng)用與控制里面引用

電廠電氣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)控制現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化系統(tǒng)操作是電廠電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)的核心，其實(shí)質(zhì)是將電廠電氣系統(tǒng)中所有總線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)分散開放運(yùn)行，從而獲得電廠電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)，供今后電廠使用。而且，電廠電氣系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)達(dá)到總線控制的標(biāo)準(zhǔn)，就是運(yùn)行和使用過程的成本不高，經(jīng)濟(jì)效益較好。開放式網(wǎng)絡(luò)分布結(jié)構(gòu)，這點(diǎn)在一般情況下是在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中表現(xiàn)出來的。

3.3 結(jié)合ECMC成像系統(tǒng)作用于集散控制系統(tǒng)來做到電氣信息交換

將ECMC成像系統(tǒng)與電廠電力系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)電廠電力系統(tǒng)的電力信息交換。當(dāng)發(fā)電廠的總線和硬接線之間進(jìn)行了交換合并時(shí)，在分散控制系統(tǒng)中對(duì)發(fā)電機(jī)組電力系統(tǒng)FO和DI的合理控制可以通過電廠斷路器來實(shí)現(xiàn)。

4 電氣綜合的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的不足和缺陷

4.1 控制體系

現(xiàn)在，升壓站仍在使用以前系統(tǒng)的按鈕控制器，由于使用的時(shí)間長(zhǎng)、頻率高，很可能會(huì)發(fā)生按鈕失效的情況，還會(huì)對(duì)按鈕的質(zhì)量造成影響，縮短使用周期；分散控制系統(tǒng)不包括工廠公用系統(tǒng)，且布局不集中，特別是當(dāng)操作斷路器和隔離開關(guān)時(shí)，有關(guān)人員要采取專門的人工措施；由于這些因素的制約，以及傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的落后和不足，雖然控制系統(tǒng)有新的功能，但仍難以改變目前的運(yùn)行狀況，對(duì)此，加大操作難度、提高操作效率是提高效率的一大障礙。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)

隨著電力設(shè)備的不斷更新，需要監(jiān)測(cè)的設(shè)備數(shù)量也在不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能滿足當(dāng)前階段對(duì)設(shè)備監(jiān)測(cè)的需求。長(zhǎng)此以往，會(huì)增加系統(tǒng)的能耗負(fù)擔(dān)；而且傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備難以有效地控制和保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備，采集分散的錄波信號(hào)。雖然監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)有了一定的完善，能夠理解上報(bào)數(shù)據(jù)的內(nèi)容，但在數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)方面還需要人工干預(yù)。而且，在檢查隔離開關(guān)和斷路器電流電壓等參數(shù)時(shí)，需要人工操作。

5 電氣綜合的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況

5.1 以太網(wǎng)應(yīng)用

利用以太網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)控制有許多優(yōu)點(diǎn)。這類網(wǎng)絡(luò)容量很大，傳播速度很快，能源消耗也不大。在現(xiàn)代，以太網(wǎng)已在工業(yè)技術(shù)方面得到了廣泛的應(yīng)用。利用以太網(wǎng)對(duì)發(fā)發(fā)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行高效率的監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換能力和交換穩(wěn)定性，電廠相關(guān)人員只需通過以太網(wǎng)對(duì)發(fā)發(fā)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，節(jié)省人力資源，降低運(yùn)行成本。

5.2 在單位機(jī)組監(jiān)控中應(yīng)用

對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)組監(jiān)測(cè)而言，采用DCS后，發(fā)電廠在設(shè)備監(jiān)控方面有了一定的提升和進(jìn)步，但我國(guó)發(fā)電領(lǐng)域的歷史并不長(zhǎng)，目前主要發(fā)電企業(yè)在機(jī)組監(jiān)控方面的表現(xiàn)仍有很大的提升空間，一般而言，國(guó)內(nèi)發(fā)電企業(yè)通過采用科技含量較高的信息化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱和智能管理，但由于國(guó)內(nèi)電力領(lǐng)域在自動(dòng)化技術(shù)的研究方面還不完善，因此在具體應(yīng)用方面的表現(xiàn)還不夠突出，針對(duì)這一情況，發(fā)電廠員工需要認(rèn)真分析原因，避免裝置出現(xiàn)問題，影響發(fā)電過程。

5.3 優(yōu)化控制過程

將電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電過程，以增強(qiáng)模擬控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)和控制范圍。目前仍有一些發(fā)電機(jī)組采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、模糊控制和狀態(tài)預(yù)測(cè)控制等方法，確實(shí)也有一部分發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了相對(duì)高效的發(fā)電過程。近年來，電力行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，發(fā)電企業(yè)要想增強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，就必須采用一些簡(jiǎn)單、通用的專業(yè)控制系統(tǒng)來提高發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)組效率。國(guó)內(nèi)大部分機(jī)組采用AGC單機(jī)運(yùn)行模式，AGC機(jī)組變動(dòng)較大，長(zhǎng)期處于變負(fù)荷狀態(tài)，造成各種發(fā)電機(jī)組發(fā)生變化，需要對(duì)AGC機(jī)組進(jìn)行檢修，以保證電廠正常運(yùn)行。

6 電氣工程自動(dòng)化發(fā)展前景

分布式測(cè)控技術(shù)在電力自動(dòng)化技術(shù)中主要應(yīng)用于電廠運(yùn)行各環(huán)節(jié)的管理與控制。而控制系統(tǒng)則是在以太網(wǎng)和遠(yuǎn)程工程站的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工作過程的監(jiān)控，使操作人員能夠更加具體、清晰、有效地呈現(xiàn)過程，減少人員的消耗。在接收到生產(chǎn)信息后，操作人員應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并采取適當(dāng)措施：調(diào)整和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)和自動(dòng)化識(shí)別、數(shù)據(jù)處理等相關(guān)功能，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，在電氣工程運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和輔助設(shè)備自動(dòng)控制完成方面發(fā)揮積極作用，推動(dòng)企業(yè)走向統(tǒng)一的綜合自動(dòng)化，避免操作人員從事危險(xiǎn)作業(yè)，營(yíng)造安全的工作環(huán)境，保障操作人員的生命安全。電氣自動(dòng)化技術(shù)在電廠運(yùn)行中的應(yīng)用，則為機(jī)電一體化提供了一個(gè)模型。實(shí)際上，操作者只需利用技術(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并收集數(shù)據(jù)，以避免出現(xiàn)這種情況，保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。這種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，使電廠的內(nèi)在潛力得到進(jìn)一步挖掘，有效地控制了電廠的維修費(fèi)用，為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)束語

將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于火電廠電氣系統(tǒng)，可以科學(xué)、合理地提高發(fā)電廠電氣系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性和安全性，避免電氣系統(tǒng)運(yùn)行中存在安全隱患的發(fā)生。目前，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用已日趨成熟，但相關(guān)研究人員也應(yīng)提高對(duì)發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的重視程度，不斷加強(qiáng)新技術(shù)的研發(fā)，保證發(fā)電廠電氣系統(tǒng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的改革與創(chuàng)新，為我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。