淺談大型火力發電廠電氣監控系統

沈賀偉 王淳忠 趙耀

摘 要 文章介紹了大型火力發電廠電氣監控系統的典型配置，并闡述了該系統對大型火力發電廠的意義和作用。

關鍵詞 大型火力發電廠 電氣 監控系統

中圖分類號：TM762 文獻標識碼：A

Discussion on the Electric Monitoring & Control

System of the Large Thermal Power Plant

SHEN Hewei[1], WANG Chunzhong[2], ZHAO Yao[1]

([1] Datang Huainan Luohe Power Plant, Huainan, Anhui, 232008;

[2] China Datang Group AnHui Branch, Hefei, Anhui, 230071)

Abstract By introducing the typical configuration of large-scale thermal power plant electrical monitoring system to explain the significance and role of the large-scale thermal power plant.

Key words large thermal power plant; electric; the Monitoring & Control System

0 引言

隨著機組容量的增大，大型火力發電廠電氣一、二次設備的系統及其接線型式日趨復雜，由此導致的相關監視與控制系統也日益繁復，所起到的作用也更加重要，逐漸成為發電廠控制系統一個重要的分支，對大型火力發電廠的安全穩定運行產生了至關重要的意義。一般來說，大型火力發電廠的電氣監控系統主要包括以下環節：（1）主機DCS系統所包含的ECS模塊；（2）監控升壓變電站的NCS系統；（3）用于全廠電氣設備的輔助監控系統（UACS）；（4）傳統的電氣儀表、繼電保護及自動化裝置。

1 DCS對電氣系統的監控

機組DCS系統中的ECS模塊包括單元機組監控網絡和公用系統監控網絡。

1.1 ECS對電氣系統的監測監控范圍

其范圍包括：發電機出口開關、勵磁系統，廠用高壓電源（包括廠變）、低壓廠變高壓側進線開關，和PC進線、分段開關，PC至MCC的饋線開關（包括主、輔廠房），各類閘刀以及單元機組的UPS、直流和柴油發電機組的重要信號部分。

1.2 ECS數據量的處理和采集

模擬量的處理具體包括：數字濾波、預防回路斷線檢測功能、數據有效性合理性判斷、信號抗干擾、標度換算、誤差補償、梯度計算、越限報警和越復限判斷，最后經格式化處理后所形成的實時數據存入實時數據庫。

開關量的采集是指對繼電保護的動作信號、開關及刀閘的位置信號、事故/故障信號和手動/自動方式選擇的位置信號的采集。采集的方法為快速掃描。

脈沖量的采集主要是指：有功及無功電度量等的累加。脈沖量的輸入為有源電脈沖或無源接點，即時采集。

1.3 ECS對電氣系統的監控功能

1.3.1 調節功能

調節變壓器有載調壓分接開關的位置。調節自動勵磁調節器（AVR）、各類輔機變頻器的可控硅導通角，從而達到調節發電機、電動機電壓和電流的目的。

1.3.2 控制功能

（1）發變組控制。ECS對發變組的控制有兩種方式：軟手操控制和順序控制。采用哪種控制方式，由設在操作員站上的選擇開關實現。軟手操控制是指，運行人員通過鼠標和鍵盤來完成開關的操作，并且每一項操作計算機都會進行控制閉鎖條件檢查和合法性檢查。順序控制是指，ECS按邏輯順序條件來完成發電機由零起升壓到并網并帶初始負荷的全過程。

（2）廠用電源開關的控制。正常的合閘、分閘操作，由ECS軟手操發出指令實現。事故情況下，備用電源之間的互相切換，包括柴油發電機啟動帶載直至充當事故電源，雖然不經過操作員站發出指令，但要經過ECS邏輯判斷。

（3）輔助車間的控制方式。輔助車間的電源系統控制，正常情況下為就地操作，且必需向ECS送出必要的信號量和運行數據。但輔助車間低壓變壓器高壓側開關的投、切需由ECS來控制。

1.3.3 事故處理

監控系統遇到發生事故、故障和越限等事件時能自動進行一系列處理，如發出音、畫報警、數據變色、啟動事故追憶等。

2 NCS對電氣系統的監控

發電廠220kV、500kV升壓站的監控由網絡控制系統（NCS）實現。

2.1 NCS對電氣系統的監測監控范圍

控制范圍包括：變壓器的有載調壓開關、（下轉第181頁）（上接第170頁）500kV開關、電動接地開關、電動刀閘等。

監測范圍包括：頻率、功率因數、電流、電壓、有功電能、無功電能、有功功率、無功功率和溫度量等。

監視信號包括：繼電保護裝置、變壓器調壓開關、安全自動裝置動作及報警信號、運行監視信號、閘刀以及接地開關的位置信號等。

2.2 NCS對電氣系統的監控功能

（1）實時數據采集。NCS由每個電氣間隔的測控裝置完成實時數據的采集。該測控裝置作為保護裝置的通信管理單元，其功能是負責實現本間隔的遙信、遙脈、遙測、遙控、遙調等功能，提供現場總線、以太網等方式接入NCS。采集信號的類型基本與ECS相同，分為模擬量、開關量和脈沖量。

（2）控制操作電氣設備。控制操作方式分為二級控制：就地控制和站控層控制。NCS操作命令的優先級為：就地控制→站控層控制。在任一時間只允許一種控制方式有效。并且對所有操作方式，必須首先保證上一次操作步驟完成，然后才能進行下一步操作。

①就地控制。NCS在間隔層控制柜上設有“就地/遠方”轉換開關。“就地”位置：通過人工按鍵實現對開關的一對一操作。“遠方”位置：操作在操作員站上操作。間隔層根據操作需要實現防誤操作閉鎖和檢同步功能。

②站控層控制。站控層控制具有防誤閉鎖及同步檢測功能，其控制順序為“選擇—返校—執行”。當某一個任務要對多個電氣設備進行操作時，在保證操作的可靠性和安全性的前提下，可按規定程序進行順控操作。

3 UACS對電氣系統的監控

廠用電氣設備輔助監控系統（UACS）采用分布式控制系統，對電氣設備的監控范圍與ECS大致相同，硬件結構與NCS相似，其對電氣設備的監控功能是ECS的補充和完善，也是未來實現發電廠總線控制的嘗試。目前UACS的典型設計如下。

（1）數據采集的范圍。納入UACS數據采集的系統有：6kV廠用電系統、直流系統、發變組保護、柴油發電機組、故障錄波器、AVR、UPS、400V配電系統等。

（2）6kV系統的控制方式。①電動機的監控在ECS側進行，采用硬接線方式實現。②純電氣元件在正常運行時由ECS控制，在調試或ECS故障時可以在UACS側進行操作控制，操作地點采用硬切換或者軟切換的方式確定。③正常運行時，在UACS側，僅監視上述電動機及純電氣元件的遙測、遙信量。④在ECS側，可以有選擇的監視需要的遙測、遙信量，通過硬接線直接控制電動機，通過UACS通訊口遙控純電氣元件的開關。

（3）400V系統的控制方式。參與ECS順控的電動機采用硬接線方式（不納入UACS控制范圍），主廠房400V PC進線及分段開關控制、位置信號、各母線PT二次電壓采用硬接線接入ECS，同時納入UACS監測。其他各饋線及電動機回路均采用就地控制和遠方通訊控制相結合的方式，在遠方通訊控制方式下，由ECS通過UACS的通訊口發出控制指令。

（4）輔助廠房低壓廠用電系統。除塵、除灰、化水、凈化、污水、輸煤、脫硫等輔助廠房低壓廠用電系統，通過UACS納入相應的輔助廠房控制系統，如PLC和脫硫DCS等。

4 結束語

大型火力發電廠的電氣系統設備眾多、接線復雜，其對控制系統的要求也相對較為嚴格。因此只有在設計初期，建立合理的電氣監控系統架構，才能確保今后電氣設備的可靠運行。

參考文獻

[1] 印江,馮江濤.電廠分散控制系統[M].北京:中國電力出版社,2008

[2] 崔志強,楊忠彪,DCS系統在火電廠電氣控制方面的應用[J].沈陽工程學院學報(自然科學版),2007.1.

[3] 姜冬敏,張運生.發電廠電氣系統自動化技術應用分析[J].赤子,2009.6.