基于大型火力發電廠熱工電源系統配置方案的幾點思考

楊揚

【摘 要】在我國大型火力發電廠中，DCS的有效使用直接關系著電力生產的安全性、穩定性以及經濟性。但是在實際生產過程中，部分火力發電長發生了DCS系統故障，影響了電網的正常運行，這就迫使相關設計人員對熱工電源系統進行不斷的研究配置，一般采用保安段和UPS電源通過切換裝置對系統供電。本文就大型火力發電廠新老發電機組熱工電源系統中存在的問題進行分析，并提出了相應的改進措施，從而保證熱工電源系統在電網運作中的穩定性。

【關鍵詞】大型火力發電廠；熱工電源系統；配置方案

對于大型火力發電廠熱工電源系統設計而言，不同設計院的設計方法、設計思路以及設計內容都有所不同，使得各個火力發電廠熱工電源系統配置沒有統一的標準去遵循，難以滿足當前火力發電發展要求，熱工電源系統配置問題逐漸成為了設計人員和火力發電操作人員關注的熱點課題。本文就電源柜配置繁冗UPS電源使用原則以及分區域招標是否采用分區設計進行了研究分析，確保能找到科學合理的配置方案，以提高電網運行的安全性。

1 大型火力發電廠熱工電源系統配置出現的問題

（1）老機組熱工電源系統配置問題

目前我國大多數大型火力發電廠熱工電源系統配置較為簡單，往往在設計初期只考慮到一個熱工總電源柜，導致所有熱工用電儀器供電都依靠此電源柜，給此柜帶來了較大的壓力。由于現行配套儀器儀表發生變化，增加了實際用電回路，一方面造成電源柜內部設置較擁擠，增加柜內短路故障，對系統的安全運行造成影響。另一方面，由于熱工儀表長期帶電，如果更改電氣總開關分配，需要重新配置電氣開關柜，增強總電源容量，往往現場條件是不允許這樣做的。

（2）新建工程熱工電源系統配置問題

隨著社會生產生活用電量不斷上升，600、1000MW大型火力發電廠建設速度快、數量多，工程招標經常會分區域進行，如IC區、鍋爐區以及汽機區等，這樣分區域招標直接導致分區設計，破壞了熱工電源系統的整體性。隨著科學技術的發展，大量的新型儀表和控制設備在大型火力發電廠中得到了廣泛的應用，這使得依靠熱工電源柜的供電對象較多，一個電源柜往往含有300多個用電回路，為系統安全運行埋下了較大的安全隱患。

2 電源柜配置繁冗優化方案分析

由于所有用電儀表都依賴一個電源柜供電，同時現場需要的220VAC也是從此電源柜中供給，這就造成了熱工電源分配柜相當擁擠，對電網的穩定運行帶來了負面影響。此種方案最大的缺點就是忽視了系統的整體性，如果火力發電中一個小部位出現問題，造成整個發電系統癱瘓，那么所謂的監測系統也失去了意義。在我國大型輔機系統中，往往會配置就地成套控制箱，實現就地控制操作，另外還為遠方留有控制接口，實現遠方DCS控制。因此可以考慮將輔機配供需要電源的熱工儀表由成套控制箱供電，如果電源級別不同，還可以增加相應的變壓器。

系統中每一種設備的配備實質上就是為了保證其完整性，因此在大型火力發電廠中，熱工儀表電源應該按照該系統內總的電源進行配置，這樣不僅可以緩解全廠熱工電源柜的負擔，還能確保系統的整體完整性。在目前市場中，UPS電源是各種電源中性能相對最穩定的，它的使用量對電廠的經濟性有著決定的意義。根據我國電力部門出臺的相關條例政策，在采用UPS電源時必須慎之又慎，不僅要考慮到電廠的經濟性，還應該著重考慮電網運行的安全性，所以并不是所有的熱工設備都可以采用UPS電源供電。因此需要設立普通熱工電源柜，移除原熱工UPS電源分配柜中不需要其供電的設備，如變送器保溫箱、吹灰程控等。然后通過電氣廠用電為配置的普通熱工電源柜進行供電。這樣的優化設計不僅對機組安全運行的設備不產生影響，減小UPS的用電負荷，還可以緩解原電源柜的擁擠程度，降低運行人員因操作失誤帶來的系統故障。

3 分區域招標是否分區設計

在我國大型火力發電廠，工程分區域招標主要分為IC區、鍋爐區以及汽機區招標等。按照分區域招標分區設計的原則，由于不同設計院設計方法、設計內容以及設計思路不盡相同，再加上合同的約束，直接導致熱工電源系統設計失去整體性。在鍋爐熱工電源柜配置中，往往有300個左右的用電回路并列運行，而只有80多個用電回路依靠汽機熱工電源柜供電，這樣非常不利于系統的穩定運行。如果統一不同設計院的設計思路和設計理念，使其形成整體性設計意識，從全廠的實際情況分析，為電廠的安全穩定運行打下了堅實的基礎。

雖然區域的主要內容是對設計進行劃分以及工藝系統的供貨，但是電源系統與控制必須需要緊密相連，這樣就會破壞系統的完整性。機爐協調控制不僅僅是簡單的DCS系統的集中控制，更需要對控制系統、電源系統進行統一的規劃與配置，確保控制系統與電源系統的整體性，這樣才有利于將來電廠的運行與維護。

4 電源的分級

電源分級就是指單個熱工儀表與整個電源控制系統是難以等效的，對火力發電過程中用電回路進行分析，2路進電源柜電源在進行自動切換后，需要設立幾個總分級開關，以便為不同用電回路提供電能。在這樣的設計下，如果某個回路組內個別用電回路發生故障，不會影響到其它電源回路組，只會對上層分級開關造成不同程度的影響，那么就確保了電源系統的穩定性和安全性，非常利于當前形勢下火力發電的發展。電源分級的概念是電氣電源系統中最常規的設計，但是在熱工電源中卻沒有明確的標準與要求。當然如果要對熱工電源進行分級設計，就需要從電氣專業引入總的電源進行科學合理的規劃以及統一分配。但是在實際實施過程中，熱工電源分級設計的程序十分不清晰，帶來了較多的系統問題。隨著火力發電廠對控制理論的深入和實踐活動的應用，在熱工專業電源系統的基礎上，火力發電廠采用樹形結構，打破了單一熱工儀表與整個控制系統等效的形式，引入電源分級概念，將原來電源柜開關故障發生率分配到每一級開關中，把原來機組的故障進行細分化。熱工電源分級設計不僅緩解了熱工電源柜的供電壓力，同時還降低了熱工電源系統的故障率，對發電機組運行的穩定性和安全性起到了積極的促進作用。

5 結束語

隨著我國社會主義基礎建設和城市化進程不斷加快，人們對電能的需求量日益增加，熱工電源系統及其應用對整個電廠運行的安全性和穩定性有著決定性的作用。目前，我國大型火力發電廠中，熱工電源系統配置還不是很完善，帶來了較多的系統故障，影響了電廠的正常運行。因此必須與時俱進，不斷創新設計思路與方法，引入電源分級設計概念，確保熱工電源系統的整體完整性不受影響，促進電源系統的機爐協調，實現發電機組安全調試和正常投產，從而滿足社會和人們日益增長的電能需求。

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