火電廠電氣自動化系統(tǒng)建設(shè)研究

廖曉東+朱瀟宇

摘要：隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，電氣自動化技術(shù)不斷進步與發(fā)展，在各領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越普遍，其中火電廠在各項生產(chǎn)中也廣泛應(yīng)用到電氣自動化系統(tǒng)，能夠進一步實現(xiàn)故障信息識別與電氣系統(tǒng)的保護，是集診斷、自動化操作、監(jiān)控為一體的綜合管理系統(tǒng)。文章對火電廠電氣自動化系統(tǒng)構(gòu)成以及應(yīng)用進行了研究。

關(guān)鍵詞：火電廠；電氣自動化；系統(tǒng)建設(shè)；故障信息識別；電氣系統(tǒng)保護 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）32-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.014

在火電廠生產(chǎn)中引進DCS技術(shù)以后，極大地增強了熱力系統(tǒng)的自動化效果，也是火電廠經(jīng)濟效益與社會效益獲取的一個重要保證。火電廠中的電氣系統(tǒng)多使用常規(guī)設(shè)備與各項顯示儀表、操作系統(tǒng)等，故障監(jiān)控與系統(tǒng)管理存在難度，并且在熱力控制與電氣控制上找不到平衡點。在信息技術(shù)以及通信技術(shù)不斷發(fā)展下，使用參數(shù)集控的方法有利于增強電氣控制的可靠性，使各個系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效率。

1 火電廠電氣自動化系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

火電廠電氣自動化系統(tǒng)中很多系統(tǒng)之間相互連接、支持，共同組成一個功能全面的系統(tǒng)，系統(tǒng)中配置了勵磁系統(tǒng)、發(fā)電機組以及直流系統(tǒng)。其中，能夠?qū)χ绷飨到y(tǒng)測控組屏，配置在主控室內(nèi)，再通過一體化設(shè)計，使用分層分布技術(shù)將其安裝在電控柜中，這種配置方法更加簡單、便于操作。不同單元都使用單獨的保護系統(tǒng)，能夠使測量與控制集中起來，使用Ethernet接入網(wǎng)絡(luò)與主站系統(tǒng)相互連接。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，配置了智能裝置分別為Lonworks、RS485等，能夠在接口上實現(xiàn)自由轉(zhuǎn)換，更好地與主站系統(tǒng)完成通信。

間隔層。在電氣自動化系統(tǒng)中，間隔層裝置的作用非常大，能夠?qū)y控裝置集中開發(fā)與應(yīng)用，其中還包括了冗余裝置以及過程控制單元，能夠?qū)崿F(xiàn)火電廠中饋線保護以及測控的相互轉(zhuǎn)換與投切?；痣姀S間隔層存在以下特點：使用國際標(biāo)準(zhǔn)的5U配電機箱，使整體設(shè)計流暢感增強；設(shè)計了整體面板與機箱后側(cè)的插孔連接，使回路的使用有所減少，增加了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性與抗干擾能力；使用SMT表面貼裝技術(shù)，增加了裝置抗干擾能力；系統(tǒng)中、低壓設(shè)備全部集測控與保護為一體，將其設(shè)置在開關(guān)柜中省去了二次接線的步驟，進一步節(jié)省了運行成本。

網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)最主要的是總線布設(shè)，按照總線型方式布設(shè)能夠充分使用雙絞線以及光纖等，將這些線路與電纜結(jié)合，使布線整體更加簡化、管理更加方便。特點體現(xiàn)在：使用自愈環(huán)形的以太網(wǎng)，光纖型號為10/100M；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用的通訊介質(zhì)能夠相互混合利用，依據(jù)實際生產(chǎn)情況自由選擇；總線行與環(huán)形是網(wǎng)絡(luò)拓撲的基本形態(tài)，也可以相互轉(zhuǎn)換利用。

站控層。電氣自動化系統(tǒng)中還包含了站控層，包括工程師站、通信站、操作站幾部分，每一個站都缺一不可，支持更加復(fù)雜的操作。操作員站能夠?qū)⑸虡I(yè)數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫訪問連接，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一管理與布設(shè)；按照劃分好的間隔構(gòu)建一個模板庫，實際生產(chǎn)對象從模板中派生出來；使用報表生成工具，各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動生成，可以在Web中瀏覽。工程師站主要對繼電保護與故障錄波信息優(yōu)化處理。通信站負責(zé)調(diào)度各項數(shù)據(jù)通信，隨時隨地獲取信息，與其他功能站進行信息共享。

1.2 系統(tǒng)功能介紹

能對微機變壓器進行保護。300kV以下電壓等級變壓器可以使用微機型變壓器保護裝置，基于信息技術(shù)，對設(shè)備中的電氣量實時保護與監(jiān)督，還能對設(shè)備進行雙套主保護，使各項獨立配置要求得以滿足。保護功能很多，比如過勵磁保護、零序過壓保護、非全相位保護等。微機線路保護測控。5～56kV范圍內(nèi)的電壓等級的電阻可以安裝在開關(guān)柜內(nèi)。保護功能全面，比如，零序過流與負荷保護、降載與三相重合閘保護等。此外，還具備諸多測控功能，比如事故遙測、裝置變?yōu)檫b測等。微機測控裝置。不同測控單元使用分布式系統(tǒng)時，都能按照不同的間隔測量與監(jiān)控，從而精準(zhǔn)測量一次設(shè)備。微機測控單元使用了30位DSP浮點處理裝置，支持15位轉(zhuǎn)換器，邏輯控制單元使用CPLD芯片，支持表面貼裝，還能將系統(tǒng)可靠性提高。

2 火電廠電氣自動化系統(tǒng)應(yīng)用實例探究

2.1 某火電廠電子自動化系統(tǒng)應(yīng)用概述

某火電廠在調(diào)查了各項生產(chǎn)狀況以后，配置了3組發(fā)電機，11MW機組中包含了4、5、6、7機，14MW為#2機標(biāo)準(zhǔn)容量。選擇5臺主變壓器并留出了2臺變壓器作為備用，將電壓劃分為三個等級和不同的支持段，分別為10kV母線與32kV母線、110kV母線，支持供電段對應(yīng)為西北段、東南段。使用發(fā)電機電壓為5V，發(fā)電機端支持高壓廠用電，使用電抗器取電。在主控室中設(shè)置4臺電氣設(shè)備，兩臺一組分布在鍋爐與汽機兩側(cè)，通過通信信號聯(lián)絡(luò)。在7kV 1段中并入發(fā)電機與斷路器，可以選擇以下兩種接入方法：一種是將#4主變先接入到10kV母線中，然后途經(jīng)#2將主變接入到32kV母線內(nèi)；另一種方法是先經(jīng)過電抗器在7kV 1段中接入2DK，使用備用電源設(shè)置好BZT回路；對低壓廠進行劃分，劃分出的兩段選取不同的低壓廠變，分別是40B與55B，讓38B低廠變保持恒定，支持BZT回路。人工調(diào)節(jié)勵磁器，設(shè)計使用了自動調(diào)節(jié)的變壓器與ZZQ-4自動裝置。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)化方案

在上述火電廠中，電氣系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用情況如下：選用了種線路，4套發(fā)電機組，配備了5kV用電系統(tǒng)與勵磁系統(tǒng)等。間隔層設(shè)置了102個裝置，啟用了3臺主變壓器，在隔層還設(shè)置了20多個裝置，充分體現(xiàn)了智能化管理。

2.3 改造后的功能

使用了全新方案，將主控制中的電度表換為了可更新的電度表，更加便于管理與維護，在改用以后能夠?qū)崿F(xiàn)后臺機的串行與更加通暢通信效果；將原有的出現(xiàn)保護屏撤銷了，使用微機控制裝置，讓測控實現(xiàn)一體化，每間隔一個單元配置10臺測控裝置，讓保護、測控在一個面屏中實現(xiàn)。通過此次改造，火電廠的各項操作基本實現(xiàn)了微機化與自動化，將控制臺保護屏取消以后使用了微機工作站，借助信息技術(shù)實現(xiàn)信息傳遞與共享；改變了過去操作習(xí)慣，將手工操作硬件變?yōu)榱俗詣硬倏剀浖谝欢ǔ潭壬鲜闺姎庠O(shè)備的使用更加高效、靈活，降低了故障發(fā)生率，真正實現(xiàn)了自動化操作。同時，主控室預(yù)留出了更多空間進行局部，也為電氣管理創(chuàng)造了條件。

數(shù)據(jù)采集與優(yōu)化處理。在對系統(tǒng)集中改造以后，數(shù)據(jù)的采集更加及時、全面，除了使用傳統(tǒng)采集手段以外，還能采集到開關(guān)與模擬量，在對采集的內(nèi)容充分整合、處理以后還能將數(shù)據(jù)存儲起來；畫面顯示：透過畫面能夠看到系統(tǒng)最真實的運行情況，更真實地將設(shè)備應(yīng)用效果記錄下來，還能集中顯示電流、隔離開關(guān)等設(shè)備是否存在故障。

運行監(jiān)視。過去火電廠生產(chǎn)依靠的各項系統(tǒng)對設(shè)備運行狀態(tài)缺少監(jiān)視，很多隱藏的故障未能及時發(fā)現(xiàn)，而對系統(tǒng)改造以后，能夠更好地監(jiān)視設(shè)備模擬量值、開關(guān)狀態(tài)等，為操作人員提供警示，發(fā)現(xiàn)潛在隱患并及時修補，結(jié)合圖像技術(shù)、語音技術(shù)、聲光技術(shù)等使報警更加及時。

故障濾波功能。各種系統(tǒng)故障都能通過模擬故障錄波捕捉到，還能體現(xiàn)出開關(guān)量多少與變化情況。具備更強的在線分析與識別功能，可以在線重新設(shè)定參數(shù)；發(fā)電機空載變化監(jiān)測與勵磁監(jiān)測、短路監(jiān)測是新的功能組成，生成試驗報表再打印出來存入到系統(tǒng)內(nèi)。如果系統(tǒng)中顯示了某個檢修的間隔狀態(tài)，說明間隔下的所有裝置都要進行檢修，系統(tǒng)不會再對裝置數(shù)據(jù)進行重復(fù)處理，也不需要再對裝置做任何調(diào)整。

運行日志。系統(tǒng)能夠?qū)Ξ?dāng)日的日志自動更新、排班，每當(dāng)新建一個日志，都能從窗口中顯示出來，日志中還有時間、日期以及崗位、值班人員、當(dāng)日天氣等一些信息。在創(chuàng)建完本次排班日志以后，就可以將程序關(guān)閉然后監(jiān)控其他事項，運行操作更加靈活與隨意。

故障錄波分析。在顯示出原始濾波以后，可以對各項數(shù)據(jù)文件進一步優(yōu)化與處理，及時將故障還原與修正，進而更加合理地對故障原因、過程、結(jié)果進行分析與研究，提出更加有效的防范方案，使斷路器的運行更加可靠、穩(wěn)定。在分析系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波時，除了對電能質(zhì)量進行判斷以外，還要盡可能地徹底將諧波消除，還可以對諧波適當(dāng)補償。能夠結(jié)合實際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)對諧波總量進行計算，應(yīng)用系統(tǒng)工具計算出25次諧波，對諧波分量進行計算，能夠發(fā)現(xiàn)諧波會影響到保護動作，可以通過驗證的方式檢查濾波效果，因為使用的保護裝置不同，諧波允許的最大數(shù)量也不同，常規(guī)線路需要將其中隱藏的高次與低次諧波全部清除，而對于一些有特殊功能的變壓器，可以通過分量的方式處理濾波。

3 結(jié)語

綜上所述，在火電廠中應(yīng)用電氣自動化系統(tǒng)，在有效管理與配置了繼電保護信息，滿足了各項信息配置需求以外，才能融合勵磁系統(tǒng)與變壓器組，使用光線自愈環(huán)形以太網(wǎng)實現(xiàn)通信與并網(wǎng)連接通訊，并通過劃分不同的系統(tǒng)單元使信息實現(xiàn)了交換配置?？傊谛畔⒓夹g(shù)與通信技術(shù)不斷發(fā)展下，火電廠的電氣自動化系統(tǒng)應(yīng)用改造符合操作要求，還能實現(xiàn)電氣與熱控的結(jié)合，真正實現(xiàn)了火電廠生產(chǎn)與管理的自動化。

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作者簡介：廖曉東（1971-），男，浙江嘉興人，浙能阿克蘇熱電有限公司工程師，研究方向：火電廠設(shè)備及運行；朱瀟宇（1974-），女，浙江海鹽人，浙能嘉華發(fā)電有限責(zé)任公司助理工程師，研究方向：火電廠設(shè)備及檢修。

（責(zé)任編輯：蔣建華）