發電廠電氣綜合自動化系統的設計分析

高 嵩，李稼鋇

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

近年來，隨著電氣自動化技術的不斷成熟，它在發電廠的電氣系統中的應用日漸廣泛。我國大多數110 kV以下的變電站都引入了電氣綜合自動化系統，一定程度上降低了相關工作人員的工作量，實現了對變電站的遠程控制操作[1]。采用自動化系統，有效提升了發電廠的管理水平，降低了發電廠的成本支出，具有較好的經濟效益。因此，研究分析發電廠電氣綜合自動化系統的設計具有重要的現實意義。

1 電氣綜合自動化系統的概述

通過電氣綜合自動化系統的應用，可以在發電廠日常運行管理中實現對發電廠的發電和供電質量的有效管理，提升整體的電力管理水平，降低電路運行過程中故障的發生率[2]。此外，自動化控制還降低了人工費用的投入，實現了遠程的控制管理。

現階段，發電廠的電氣綜合自動化系統主要功能表現在以下幾個方面：

（1）實現了對電氣綜合自動化系統子系統的監控管理，包括采集相關數據，及時發現并記錄存在的系統故障，監測和控制系統運行性能，記錄電力相關設備運行過程中產生的相關數據和內容。

（2）借助電氣綜合自動化系統，可以保護相關子系統的微機。（3）控制和管理子系統中的電壓指標、電功率指標。（4）具有低周減載的作用，確保系統內的發電和用電處于平衡狀態。

（5）可以對發電廠的備用電源實現自動化切換。

2 發電廠電氣自動化系統的網絡結構構成

2.1 集中監控方式

集中監控方式，如圖1所示。電氣自動化系統的集中監控方式，運行和維護過程都較為簡單方便，對控制站的防護要求等級較低，系統設計也較為簡單。該種方式的主要特點是：在進行監控處理時，所有功能都在一個處理器中完成，一定程度上會影響處理器的工作效率。由于所有的電氣設備都要進行監控，數量的增加會造成主機冗余下降，相關電纜的數量投入增多，增加了費用支出。同時，長距離電纜帶來的干擾會對電氣自動化系統帶來不利影響。

此外，采用硬接線的方式，實現隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器之間的連鎖。在進行設置過程中，隔離刀閘的輔助接點經常不處于規定位置，給設備的操作運行帶來了嚴重影響。進行二次接線操作相對復雜，對線路的查詢也不方便，一定程度上增大了維護工作量。

圖1 集中監控方式

2.2 遠程監控方式

該種電氣綜合自動化系統的網絡結構，如圖2所示。相比集中監控方式，它對電纜的需求量較低，有效降低了系統的安裝成本，具有可靠性更好、靈活性較強等優點[3]。現階段，受現場總線通信速度較低的影響，在發電廠電氣相關的通信業務量較大的背景下，遠程監控方式更適用于一些較小系統的電氣綜合自動化系統設計。

圖2 遠程監控方式

2.3 現場總線監控方式

隨著計算機網絡技術的不斷發展和成熟，現場總線監控方式已經被廣泛應用到發電廠的綜合自動化系統中。尤其是智能化電氣設備的不斷發展，為網絡總線控制系統在電氣綜合自動化系統中的應用提供了便利條件。通過在電氣綜合自動化系統中引入電廠總線監控方式（如圖3所示），可以提升系統設計的針對性。對于不同的間隔，可以使用相對應的系統設計，以達成不同的目的。現場總線監控方式具有遠程監控方式的所有優點，而且可以降低隔離設備、端子柜、I/O卡件、模擬量變送器等設備的使用。在實現設備與監控系統的連接過程中，無需大量電纜，降低了系統的總體成本和維護投入。此外，由于系統中相關裝置的運行相對獨立，僅通過網絡進行通信連接，使得網絡組態更加靈活。任何一組裝置出現故障或者問題，都不會直接影響整個系統的運行，提升了系統的安全運行性能。

圖3 現場總線監控方式

3 發電廠電氣自動化系統的設計分析

結合我國發電廠電氣綜合自動化系統的現狀，在對其進行系統設計過程中采用了分層分布式架構來實現對發電廠的監控和運行管理。

（1）間隔層。作為電氣綜合自動化系統的底層，間隔層主要是系統的控制和保護測控裝置。該層次實現了采集數據、保護以及預處理功能，并可以實現分布式的嵌入式8CADA的HMI服務。間隔層的設備在進行連接時，采用冗余現場總線接口，通過雙網連接實現了雙網運行，且可以實現雙網的無障礙切換。一旦其中一條網絡出現問題，系統仍然可以正常運行，提高了系統的穩定性。

（2）通信層。通信層是電氣綜合自動化系統的網絡傳輸核心。借助通信層，可實現不同廠家、通信協議以及傳輸速度等通信信息的統一性轉換，實現監控層和間隔層之間的實時通信。根據電氣綜合自動化系統的不同規模和不同配置要求，設計過程中可以通過設置多套通信層的設備來分層實現。每套通信層設備主要由網絡處理機、現場總線協議和轉換器組成。對于現場總線網路的選擇，采用光纖作為主要網絡介質，可提升系統的遠距離傳輸性能。

（3）監控層。監控層是電氣綜合自動化系統的功能核心。電氣綜合自動化系統的SCADA/HMI功能一般采用PowerView系統實現；保護管理功能則采用PMS實現。在進行監控層的網絡設計時，采用雙以太網，根據發電廠的相關功能和數量進行設置。一般情況下，監控層的主要功能是：對外完成對ECS系統、DCS系統和SIS系統的接口功能；對系統間隔層設備進行間隔和管理，并對系統本身進行自檢，查看是否存在故障。主要管理功能通過對系統的狀態、對間隔層的設備進行參數設定和修改實現的，并記錄、分析和管理歷史信息[4]。自診斷功能則是借助監控層實現對本身的設備運行狀態的檢查以及故障的診斷。

4 發電廠電氣自動化系統的應用

4.1 聯鎖保護

火電廠正常運行過程中，很容易受到外界因素的影響，導致系統無法正常運行。借助電氣綜合自動化系統對相關設備進行聯鎖保護，一旦發生意外情況，可以通過跳閘對出現問題的系統或者相關設備進行關停，避免火電廠的其他系統和設備受到損壞。

4.2 繼電保護

通過繼電器，發電廠可以實現自動化控制，并有效調控繼電的運行。所謂繼電保護，是指通過限定電氣參量和熱工參數的數據來實現對設備回路的保護。

4.3 裝置保護

在發電廠運行過程中，相關設備不僅繁多而且較為復雜。借助電氣綜合自動化系統，可確保設備可以有效搭配，共同協作，保障發電廠的整體工作效率，避免電力設備受到外界因素的干擾而無法正常工作運行。

4.4 防雷保護

借助電氣綜合自動化程序，可以通過增加防雷設施，使發電廠的相關設備不因雷電而影響正常運行。

5 結 論

綜上所述，加強對電氣綜合自動化系統的設計，并將其應用到發電廠中，可以有效提升發電廠的運行管理水平和經濟效益，實現質量和經濟的雙豐收。因此，相關工作者應當充分了解電氣綜合自動化系統的設計理念，正確進行發電廠的電氣綜合自動化系統設計，推動我國電力企業的可持續發展。