電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

郁峰

(廣東省河源市浦前鎮(zhèn)河源電廠檢修部,廣東 河源517025)

1.前言

用電系統(tǒng)是電廠發(fā)電中的重要組成部分，使發(fā)電機(jī)能有足夠的電源保證。其中，電廠用電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠是十分重要的因素，能夠保證用電系統(tǒng)性能的有效發(fā)揮。電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)是基于電廠的安全、穩(wěn)定、可靠要求，是保證電廠正常運(yùn)行的重要技術(shù)力量。電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)通過對(duì)電廠用電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集，對(duì)設(shè)備狀態(tài)情況進(jìn)行分析，在實(shí)時(shí)監(jiān)視狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的控制和管理。在不斷改進(jìn)和發(fā)展電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，該技術(shù)具有越來(lái)越廣的應(yīng)用空間。根據(jù)近年來(lái)電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，我們可以預(yù)見該技術(shù)的發(fā)展方向是：向更為先進(jìn)的控制技術(shù)、提高用電系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率、降低能耗、環(huán)保節(jié)能、成本的進(jìn)一步降低、優(yōu)化、協(xié)調(diào)電廠的設(shè)備技術(shù)等方面。本文一方面回顧近年來(lái)電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展程度和發(fā)展水平，另一面來(lái)展示該技術(shù)發(fā)展的成果。

2.電廠電氣系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備

電氣系統(tǒng)的監(jiān)控區(qū)域的控制特點(diǎn)。以電氣設(shè)備的數(shù)量和布置情況而言，電廠電氣系統(tǒng)的各設(shè)備的分布較于分散，配電室和控制室的設(shè)備元件多，具有控制難度大、檢修難度大。電氣設(shè)備在操作頻率相對(duì)較低的情況下，許多設(shè)備在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)操作次數(shù)很少。且其可靠程度要求高，設(shè)備運(yùn)行速度較快。總之，電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)包括了各組成結(jié)構(gòu)、保證可靠性的要求、保證正常的系統(tǒng)啟動(dòng)和關(guān)閉功能和運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)急需維修的運(yùn)行狀態(tài)有預(yù)警，能應(yīng)急的分析和處理各種系統(tǒng)內(nèi)部問題，指導(dǎo)檢修和維護(hù)工作。

3.電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀分析

自20世紀(jì)90年代起，我國(guó)確定火電廠電氣系統(tǒng)使用接入DCS系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制，由人工監(jiān)控到計(jì)算機(jī)自動(dòng)化的監(jiān)控的過渡，這就是電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)的開端。接入DCS系統(tǒng)的電廠系統(tǒng)設(shè)備，具有廣闊的發(fā)展空間，研究方案、成果也較多。其中分為集中式和分層式的兩種不同技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。集中式是通過硬接線方式，模擬電氣量和開關(guān)量信號(hào)，并通過硬接線電纜各自分別接入DCS系統(tǒng)的輸入、輸出通道。分層式則是采用數(shù)字通信的總線技術(shù)，在DCS系統(tǒng)內(nèi)接入各微機(jī)型智能保護(hù)測(cè)控裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法是電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)，設(shè)備都采用分層式的實(shí)現(xiàn)方式，因其真正實(shí)現(xiàn)了電氣系統(tǒng)監(jiān)控自動(dòng)化的功能。下面分別對(duì)集中式設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化方式與分層式自動(dòng)化設(shè)計(jì)方式作個(gè)闡述。

3.1 集中式電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)分析。集中式是通過硬接線的方式，相對(duì)較為傳統(tǒng)、落后。通過轉(zhuǎn)化了強(qiáng)電信號(hào)為弱電信號(hào)，在空接點(diǎn)和直流信號(hào)下，模擬電氣量和開關(guān)量在硬接線電纜下，與DSC系統(tǒng)的輸入、輸出設(shè)備相連接，由此可發(fā)揮DCS系統(tǒng)監(jiān)控電氣設(shè)備的功能。DCS系統(tǒng)的輸入、輸出設(shè)備的連接又可分為兩種方式，即直接接入方式和遠(yuǎn)程接入方式。直接接入方式通過電纜連接電子間集中阻屏，遠(yuǎn)程接入方式則通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)遠(yuǎn)程采集柜實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中處和設(shè)備相距較遠(yuǎn)情況下的連接，DCS控制系統(tǒng)的連接是在通信方式下完成。也就是，直接接入方式、遠(yuǎn)程接入方式是兩種在本質(zhì)上沒有區(qū)別的連接方式。

3.2 集中式的特點(diǎn)。電氣量的的采集集中組屏，易于管理，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境好，硬接線方式簡(jiǎn)易，響應(yīng)速度快等。但同時(shí)也有不完善的地方，由于通過電纜硬接線連接，電纜使用量較大，所占空間較大，長(zhǎng)電纜容易相互干擾、電能損耗量大，又影響DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。DCS系統(tǒng)的費(fèi)用高，投資成本高，限制了接入DCS系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量，僅有幾個(gè)重要的設(shè)備是連接DCS系統(tǒng)，而其他設(shè)備沒能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，實(shí)際電廠內(nèi)電氣綜合自動(dòng)化的水平較低。再加上所有信息采集量都基于DCS系統(tǒng)下進(jìn)行處理，工作量大會(huì)影響系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，系統(tǒng)使用的可靠程度也隨之降低。并且，DCS系統(tǒng)的調(diào)試環(huán)節(jié)靠后，而根據(jù)集中式的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，難以滿足倒送廠用電要求。缺少電氣監(jiān)控的主設(shè)備系統(tǒng)，稍微復(fù)雜的電氣系統(tǒng)運(yùn)行的管理較難把握，綜合自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)尚未達(dá)到。

3.3 分層式電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)分析。電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)的分層式技術(shù)使用，由3層組成，分別是站級(jí)監(jiān)控層、通信層、間隔層。其中，站級(jí)監(jiān)控層則是在通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)間隔層的數(shù)據(jù)管理及信息交換。信管理機(jī)、光纖或電纜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)層，在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)下實(shí)現(xiàn)了各種功能，如數(shù)據(jù)匯總、規(guī)約轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)及傳控制命令等。終端保護(hù)測(cè)控單元組成間隔層，設(shè)計(jì)時(shí)使用電氣一次回路或電氣間隔方法完成，在各個(gè)開關(guān)柜或其他一次設(shè)備附近分布安裝各測(cè)控單元和保護(hù)單元。

3.4 分層式技術(shù)的特點(diǎn)。就地安裝間隔層測(cè)控終端，在較少的占地面上，提高各裝置的獨(dú)立性、靈活性、可靠性。交流采樣的方式得到的模擬量數(shù)據(jù)，節(jié)約電纜使用，從而減少了成本支出。又由于分層技術(shù)較好的抗干擾能力，使得采集數(shù)據(jù)的精確性上升。這樣，有較廣的空間采集更多數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)的分析數(shù)據(jù)較為完善，遠(yuǎn)距離修改保護(hù)定值和復(fù)歸信號(hào)得以實(shí)現(xiàn)，檢修維護(hù)工作較為簡(jiǎn)單。分層式技術(shù)在原有的基礎(chǔ)上，具有較為廣闊的發(fā)展空間，體現(xiàn)在對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)上。依據(jù)分層式技術(shù)特點(diǎn)，單個(gè)故障不影響周邊設(shè)備的運(yùn)行，維修成本降低。電氣監(jiān)控主站的設(shè)立，能獨(dú)立的進(jìn)行調(diào)試和投運(yùn)工作，就能實(shí)現(xiàn)倒送電，同時(shí)還具備其他的有利條件，提高了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)規(guī)模和水平。

3.5 分層式技術(shù)的關(guān)鍵。（1）間隔層終端測(cè)控保護(hù)單元。以間隔層一次設(shè)備為單位，分層式技術(shù)得以發(fā)揮，設(shè)立配置測(cè)控保護(hù)單元。配置測(cè)控保護(hù)單元是用于保障電廠的用電系統(tǒng)發(fā)揮的關(guān)鍵技術(shù)，該單元有較高的靈敏性、可靠性、速動(dòng)性和選擇性要求，而集中式所使用的DCS系統(tǒng)操作不適用，而一般采用專用保護(hù)裝置。電廠用電系統(tǒng)的保護(hù)裝置由線路、電廠中的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置和其他裝置構(gòu)成。能提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)保護(hù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)控制和故障的記錄功能。（2）通信網(wǎng)絡(luò)。基于ECS系統(tǒng)的操作環(huán)境較差，所以通信網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，能直接影響電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的整體發(fā)揮?，F(xiàn)階段使用較多仍是電纜現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)方式，而光纖通信則逐漸被使用。通信網(wǎng)絡(luò)通過通信管理機(jī)雙機(jī)熱備用或雙通道備用原則配置，一旦數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)有問題出現(xiàn)，系統(tǒng)能自動(dòng)切換至冗余裝置或通道，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。（3）設(shè)立監(jiān)控主站。監(jiān)控主站能監(jiān)控和管理將電廠用電系統(tǒng)，配置成單機(jī)或雙機(jī)或多機(jī)系統(tǒng)，由發(fā)電機(jī)機(jī)組的容量和運(yùn)行管理要求而定。配置的軟件有前置機(jī)軟件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、人機(jī)界面軟件和圖形建模軟件等組成，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、管理數(shù)據(jù)、應(yīng)用及分析等功能。

3.6 電廠電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。以太網(wǎng)能快速傳輸數(shù)據(jù)、成本低廉、容量大、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)靈活等優(yōu)勢(shì)成為電氣綜合自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的最佳選擇。嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的以太網(wǎng)，具有強(qiáng)大的功能和廣闊的發(fā)展空間，因此嵌入式以太網(wǎng)是電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)絡(luò)通信的主要發(fā)展方向。

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