發(fā)電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研究

焦建霖

摘 要：目前發(fā)電廠對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用力度不斷加大，同時(shí)也使技術(shù)日趨成熟，隨著電氣系統(tǒng)在大部分110 kV 以下的變電站中廣泛應(yīng)用，使工作人員的工作量大幅度減少，使變電站遠(yuǎn)程控制操作得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)通過自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)用，使發(fā)電廠管理水平有效提升，成本支出減少，使發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益切實(shí)提高。因此對(duì)發(fā)電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用加強(qiáng)研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的可選擇發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文就電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)原理和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成進(jìn)行分析，并對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探討，并提出相關(guān)的應(yīng)用建議。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠;電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng);應(yīng)用建議

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2020.32.070

1 電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)概述

1.1 電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

目前越來越多的電氣設(shè)備在發(fā)電廠電力生產(chǎn)和運(yùn)輸中加以運(yùn)用，同時(shí)也具有一定的自動(dòng)化功能，利用電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠?qū)⑦@些設(shè)備有效整合，使相關(guān)電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一管理，使資源優(yōu)化配置和高效管理得以實(shí)現(xiàn)。通電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)施，使發(fā)電廠發(fā)電以及輸配電工作效率大幅度提高，發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)質(zhì)量和電力管理水平提高，防止在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)電氣設(shè)備故障等問題，同時(shí)還能利用高度自動(dòng)化技術(shù)，使電氣設(shè)備的自動(dòng)化管理目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)階段電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在發(fā)電廠的應(yīng)用方面，其所具備的多樣性功能主要體現(xiàn)在以下方面：監(jiān)督和管理綜合自動(dòng)化系統(tǒng)子系統(tǒng)，收集子系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)故障進(jìn)行分析，對(duì)狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè);利用系統(tǒng)的高度自動(dòng)化，有效保護(hù)子系統(tǒng)，防止因故障原因損壞子系統(tǒng)微機(jī)部分;嚴(yán)格監(jiān)管和控制子系統(tǒng)運(yùn)行電壓以及電功率;如出現(xiàn)系統(tǒng)供電問題，可利用備用電源，并進(jìn)行自動(dòng)切換。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

此系統(tǒng)在發(fā)電廠的應(yīng)用目標(biāo)是確保系統(tǒng)測(cè)量、監(jiān)控、通訊、繼電保護(hù)、安全等功能能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一，對(duì)具備多樣化功能的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，從而形成綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合多樣性功能需求，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)行綜合全面考慮，如借助計(jì)算機(jī)、智能測(cè)量?jī)x等設(shè)備，結(jié)合熱力工程學(xué)等學(xué)科知識(shí)，對(duì)相關(guān)熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行有效控制。

目前發(fā)電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括了以下設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：測(cè)量系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。測(cè)量系統(tǒng)能夠有效測(cè)量相關(guān)子系統(tǒng)的運(yùn)行記錄、運(yùn)行參數(shù)、性能故障以及運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息，對(duì)其中存在異常的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)，使?jié)撛诠收蠁栴}得以快速解決;執(zhí)行系統(tǒng)能夠及時(shí)根據(jù)系統(tǒng)相關(guān)問題和故障分析，對(duì)解決方案進(jìn)行制定，并對(duì)相應(yīng)執(zhí)行指令進(jìn)行發(fā)布，從而使安全隱患得以及時(shí)消除;控制系統(tǒng)在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠?qū)Πl(fā)現(xiàn)故障的具體電氣設(shè)備和位置國(guó)加強(qiáng)控制和管理，使其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和使用得以保障。

電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)量及執(zhí)行系統(tǒng)，都利用微機(jī)處理器及智能控制設(shè)備的運(yùn)用，使電力系統(tǒng)的管控目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。另外針對(duì)控制系統(tǒng)，不僅具有監(jiān)控和預(yù)警等簡(jiǎn)單功能外，還能夠有效控制設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行順序。

發(fā)電廠在進(jìn)行電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí)，能夠使自身自動(dòng)化管理水平和生產(chǎn)效益得以提升，并取得一定的應(yīng)用成效，同時(shí)還需要對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用加強(qiáng)分析和研究，使具技術(shù)和管理措施進(jìn)一步強(qiáng)化。

2 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成分析

2.1 集中監(jiān)控

在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，集中監(jiān)控方式具有維護(hù)及運(yùn)行過程簡(jiǎn)單方便，并系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制站的防護(hù)等級(jí)要求不高較。此方式還具有以下特點(diǎn)：所有功能在監(jiān)控處理時(shí)在一個(gè)處理器中實(shí)現(xiàn)，對(duì)處理器處理工作效率造成影響，因需要對(duì)所有電氣設(shè)備加強(qiáng)監(jiān)控，隨著設(shè)備數(shù)量的增加，會(huì)導(dǎo)致主機(jī)冗余降低，增加電纜數(shù)量的投入，費(fèi)用支出增加，另外電氣自動(dòng)化系統(tǒng)也會(huì)受到電纜距離的影響和干擾。 通過硬接線方式的運(yùn)用，使斷路器和隔離刀閘的操作閉鎖之間的連鎖得以實(shí)現(xiàn)。在設(shè)置過程中，設(shè)備操作運(yùn)行的穩(wěn)定性會(huì)受到隔離刀閘的輔助接點(diǎn)位置準(zhǔn)確性的影響。在進(jìn)行二次接線操作時(shí)，由于線路查詢不便，操作較為復(fù)雜，從而使維護(hù)工作量一定程度上加大，集中監(jiān)控方式如圖1所示。

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控

與集中監(jiān)控方式相比，遠(yuǎn)程監(jiān)控作為電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)電纜需求量不高，能夠使系統(tǒng)安裝成本減少，并具有靈活性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)勢(shì)。由于現(xiàn)場(chǎng)總線通信速度較低，對(duì)此方式也造成一定的影響，隨著發(fā)電廠電氣通信業(yè)務(wù)量不斷加大，遠(yuǎn)程監(jiān)控方式在一些較小系統(tǒng)的電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用，遠(yuǎn)程監(jiān)控方式如圖2所示。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式

目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和成熟，進(jìn)一步促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式在發(fā)電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的運(yùn)用，特別是在智能化電氣設(shè)備的引入，為網(wǎng)絡(luò)總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。在發(fā)電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，通過此方式的運(yùn)用，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的針對(duì)性有效提升。 根據(jù)不同的間隔，能夠采用不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，從而使不同的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。此方式不僅包含了遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的所有優(yōu)勢(shì)，還能夠使端子柜、隔離設(shè)備、模擬量變送器、I/O卡件等設(shè)備的使用率降低。另外在設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接時(shí)，可節(jié)約大量電纜，使系統(tǒng)總體成本和維護(hù)投入有效減少。另外通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信連接，系統(tǒng)中相關(guān)裝置運(yùn)行具有一定的獨(dú)立性，使網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活性增強(qiáng)，并且一旦任何一組裝置發(fā)生問題或故障，不會(huì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行造成不好影響，從而使系統(tǒng)的安全運(yùn)行性能有效提升，總線監(jiān)控方式如圖3所示。

3 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)分析

3.1 間隔層

間隔層是系統(tǒng)保護(hù)測(cè)控及控制裝置，作為自動(dòng)化系統(tǒng)的底層，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、保護(hù)以及預(yù)處理等功能。同時(shí)在進(jìn)行間隔層設(shè)備連接時(shí)，利用冗余現(xiàn)場(chǎng)總線接口以及雙網(wǎng)連接，使雙網(wǎng)運(yùn)行及雙網(wǎng)無障礙切換得以實(shí)現(xiàn)。如其中一條網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障或問題，能夠確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使系統(tǒng)穩(wěn)定性有效提升。

3.2 通信層

作為自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸核心，通信層是可以使不同通信協(xié)議、不同廠家以及不同傳輸速度的通信信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，并對(duì)間隔層與監(jiān)控層之間的實(shí)時(shí)通信予以保障。同時(shí)還應(yīng)根據(jù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際配置要求和規(guī)模進(jìn)行設(shè)計(jì)，可采用多套通信層設(shè)備設(shè)置的方式實(shí)現(xiàn)分層。另外主要現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)處理機(jī)、轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成通信層設(shè)備，其中需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)路進(jìn)行合理選擇，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)可采用光纖，從而使系統(tǒng)遠(yuǎn)距離傳輸性能有效提升。

3.3 監(jiān)控層

作為自動(dòng)化系統(tǒng)的功能核心，監(jiān)控層具有SCADA/HMI功能，通常利用PowerView 系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn);并利用PMS實(shí)現(xiàn)保護(hù)管理功能。在監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，結(jié)合發(fā)電廠的實(shí)際情況，利用雙以太網(wǎng)對(duì)相關(guān)功能和數(shù)量進(jìn)行設(shè)置。通常其主要功能包括： ECS 系統(tǒng)功能、SIS 和DCS 系統(tǒng)之間的接口功能;實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間隔層設(shè)備管理，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，并進(jìn)一步確定其是否存在故障。同時(shí)對(duì)間隔層設(shè)備、系統(tǒng)的狀態(tài)的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定和修改進(jìn)行管理，對(duì)相關(guān)歷史信息進(jìn)行記錄、分析。另外利用監(jiān)控層的自診斷功能，使設(shè)備能夠?qū)ψ陨磉\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查和故障的診斷。

4 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的具體應(yīng)用

4.1 聯(lián)鎖保護(hù)

外界因素極容易對(duì)電廠正常運(yùn)行造成不利影響，通過電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的引入，能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)，如發(fā)生意外狀況，可利用跳閘等方式，及時(shí)關(guān)停出現(xiàn)故障的設(shè)備或系統(tǒng)，防止故障范圍擴(kuò)大，損壞電廠其他系統(tǒng)和設(shè)備。

4.2 繼電保護(hù)

在電廠實(shí)際運(yùn)行過程中，通過繼電器的運(yùn)用，使自動(dòng)化控制得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)并對(duì)繼電運(yùn)行進(jìn)行有效調(diào)，利用對(duì)電氣參量和熱工參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行限定，使設(shè)備回路得以有效保護(hù)。

4.3 裝置保護(hù)

發(fā)電廠運(yùn)行所涉及相關(guān)設(shè)備具有較高的復(fù)雜性，并且數(shù)量繁多，通過此系統(tǒng)的運(yùn)用，使設(shè)備之間能夠合理配置、共同協(xié)作，使整體工作效率提高，使電力設(shè)備所受到的外界因素的干擾有效減少，對(duì)其正常工作運(yùn)行予以保障。

4.4 防雷保護(hù)

在發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行過程程中，通過電氣綜合自動(dòng)化程序的運(yùn)用，使防雷設(shè)施的功能得以有效發(fā)揮，進(jìn)一步確保發(fā)電廠的相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行。

5 電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用建議

5.1 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完善

目前為了使電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用力度強(qiáng)化，發(fā)電廠首先應(yīng)對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用加在研究力度，結(jié)合自身電氣設(shè)備和管理系統(tǒng)的實(shí)際情況，對(duì)升級(jí)進(jìn)行升級(jí)和改造，使電氣設(shè)備自動(dòng)化管理水平有效提高，從而對(duì)自動(dòng)化管理體系進(jìn)行構(gòu)建，同時(shí)對(duì)電氣設(shè)備更新予以積極促進(jìn)，為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用成效提高提供有力的基礎(chǔ)條件。

5.2 培訓(xùn)力度加強(qiáng)

在電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用過程中，需要保證相關(guān)技術(shù)和管理人員的專業(yè)水平和綜合質(zhì)量。因此發(fā)電廠需要對(duì)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用和管理人才培訓(xùn)加強(qiáng)重視，積極組織各種形式的新型綜合自動(dòng)化技術(shù)培訓(xùn)，使相關(guān)人員的業(yè)務(wù)水平有效提升。同時(shí)還可聘請(qǐng)?jiān)O(shè)備廠家的技術(shù)人員，就傳統(tǒng)變電站與新型綜合自動(dòng)化變電站之間的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、特點(diǎn)、區(qū)別以及新型設(shè)備的工作原理、基本構(gòu)成等進(jìn)行講解，對(duì)新型綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的相關(guān)基本知識(shí)進(jìn)行普及，從而使生產(chǎn)人員的知識(shí)水平不斷提高，對(duì)新型綜合自動(dòng)化變電站建設(shè)有了更深入的了解。另外在培訓(xùn)過程中，還應(yīng)組織生產(chǎn)人員就新技術(shù)應(yīng)用和新型設(shè)備使用等問題與廠家技術(shù)人員進(jìn)行積極交流，并根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況，提高生產(chǎn)人員專業(yè)技術(shù)水平的同時(shí)，使人員的學(xué)習(xí)的積極性提升，對(duì)電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心方法能夠更好的理解和掌握。另外通過理論與實(shí)踐要結(jié)合、互動(dòng)交流等多種形式，使相關(guān)人員對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的安裝、故障處理、調(diào)試等相關(guān)技術(shù)熟練掌握，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)演示等，對(duì)數(shù)據(jù)采集、終端錄入、計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的建檔、在線排查、維護(hù)以及修改等功能等進(jìn)行了解和掌握。

在培訓(xùn)過程中，還需要針對(duì)日常維護(hù)管理中自動(dòng)化設(shè)備常見問題進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)示范操作，使相關(guān)人員能夠?qū)栴}的有效處理方法予以掌握，使相關(guān)人員的實(shí)操技能水平提高。另外通過對(duì)運(yùn)維軟件的調(diào)試方法和操作流程進(jìn)行演示和講解，使自動(dòng)化班組操作人員能夠?qū)ζ涫炀氄莆铡?/p>

發(fā)電廠通過實(shí)踐培訓(xùn)的有效開展，使自動(dòng)化班組相關(guān)人員的技能水平大幅度提升，并對(duì)懂技術(shù)、有能力、動(dòng)手能力強(qiáng)、善于創(chuàng)新的技術(shù)隊(duì)伍進(jìn)行構(gòu)建，從而為進(jìn)一步促進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)用化應(yīng)用發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

發(fā)電廠通過加強(qiáng)電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，能夠使自身運(yùn)行管理水平和經(jīng)濟(jì)效益大幅度提升，使質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)層面都得到長(zhǎng)足的發(fā)展。所以在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)電廠應(yīng)對(duì)電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)加強(qiáng)研究，對(duì)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方式予以不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，從而進(jìn)一步促進(jìn)電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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