淺談發電廠的電氣綜合自動化應用

陳嘉昕　萬勇　王飛　朱春虎　崔洪兵

摘 要：本文主要分析了發電廠電氣系統綜合自動化的現狀及其綜合自動化技術的可行性，并進一步的介紹了電氣系統綜合自動化的實現方式，與此同時還提出了將微機綜合自動化技術應用于發電廠電氣系統的新思路。最后筆者結合現階段的發展狀況，針對發電廠電氣自動化的改造談了幾點自己的看法。

關鍵詞：發電廠；電氣系統；綜合自動化

1 引言

伴隨著科技的進步，電氣自動化技術在發電廠廠用電氣系統中的綜合應用愈來愈廣泛，集監控、測量、繼電保護、通訊、安全自動裝置等位一體的電氣自動化系統也越來越成熟。大多數110kV以下的變電站都實現了全自動化，無需人員作業；220kV以上的變電站其電氣系統的自動化水平也越來越高，作業人員大幅減少。由于發電廠的電氣系統自動化有其特殊性，目前微機綜合自動化技術還未能得以應用，因此，電氣系統的保護及安全自動裝置等都尚且處在一種相對獨立的運行狀態。由此可見，對發電廠電氣系統的綜合自動化進行改造已成為一種必然，這也是保證發電廠安全穩定運行的關鍵。

2 電氣系統自動化監控系統組成及功能

2.1 發電機-變壓器組監控，包括發變組高壓側斷路器、勵磁系統的滅磁開關、勵磁調節器開關、整流柜開關、AVR 增、減磁控制，發電機并網、解列程序控制和軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無功、電能、溫度、開關狀態等監測。實現了勵磁系統開關的聯鎖跳閘，發電機順序并網、順序解列，無功自動調節，失磁快減等功能。

2.2 勵磁系統的監控，同步發電機的一個重要組成部分，它的主要任務是向發電機勵磁繞組提供一個可調節的直流電流，勵磁系統的安全可靠性是非常重要的，直接關系到電網和機組的安全穩定運行，因此，在電氣控制系統改造中仍采用原有的專用勵磁裝置，通過硬接線方式與DCS接口，實現發電機并網、解列程序控制、失磁快減和軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無功、電能等參數監測的功能。

2.3 高壓廠用電系統的監控，包括高壓廠用電源系統的高壓廠用電源變壓器（斷路器）

高壓啟/備變壓器（斷路器）、低壓廠用電源系統的單元低壓、公用低壓變壓器（斷路器）、交流380V/220V保安電源系統的進出線斷路器等開關的聯鎖、閉鎖程序控制和軟手操控制，公用系統的聯鎖、閉鎖控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無功、電能、溫度、開關狀態、直流電源和UPS電源等監測。實現了開關的聯鎖、閉鎖控制，廠用電源備自投（BZT）功能。

2.4 繼電保護系統的監控，其原理復雜、專業性強，在火力發電廠中占據非常重要的地位，將電氣系統納入DCS分散控制系統的首要原則是滿足（火力發電廠設計技術規程、繼電保護等有關規程）的要求，保證電氣系統納入DCS后的安全可靠性。

2.5 自動準同期裝置（ASS）的監控，發電機和電網的同期并列操作是電氣運行中最復雜、最重要的操作，發電機在并網過程中，必須滿足（1）發電機和電網的相序必須相同；（2）發電機和電網的電壓接近相等；（3）發電機和電網的頻率接近相等；（4）發電機電壓和電網電壓的相位接近相等。否則將發生非同期并列事故，嚴重時損壞發電機的定子繞組或造成大軸損壞事故。因此，在電氣控制系統改造中仍采用專用的自動準同期裝置（ASS），通過硬接線方式與 DCS 接口，實現發電機并網、解列程序控制、軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無功等參數監測的功能。

2.6 直流系統和 UPS 系統的監控，只是監視，不參與控制；對直流系統的母線電壓、充電器工作狀態；UPS充電電流、工作狀態等進行監視、報警。

2.7 啟、備變電源自動投切的監控，正常運行時進行電源切換，采用經同期并聯切換，并且以慢速斷電切換作為后備方式。當正常運行中工作電源事故跳閘時，啟動備用電源自投回路。當工作電源與備用電源的電動勢夾角<20度時，啟動備用電源斷路器合閘回路；當工作電源與備用電源的電動勢夾角>20度時，閉鎖備用電源斷路器合閘回路。

只有當工作電源母線殘壓衰減到20%Un 時，才能接通備用電源斷路器合閘回路，即慢速斷電切換。

2.8柴油發電機和保安電源的監控，實現柴油發電機母線電壓，柴油發電機出口電流、功率，柴油發電機主開關狀態和故障報警的監視；完成柴油發電機的啟停控制。

3 電氣系統綜合自動化的實現

通過現場總線和電氣保護自動裝置的綜合形成電廠的電氣監控系統，并與DCS的有效結合來實現發電廠的電氣綜合自動化。其中，DCS系統是電廠中自動化系統的核心。在電廠電氣綜合自動化實現過程中要解決以下兩方面的問題。

3.1 注意現場總線的標準

對于現場總線，由于保護和自動裝置的生產廠家不同，其標準可能不同，不能簡單地相連接。可行的辦法是：將廠用電氣系統的所有裝置按照同一總線標準分為子系統，每一子系統里的設備及裝置與同一種總線標準適合。再將這幾部分的子系統與DCS系統和電氣工作站相連，并由監控系統完成總線連接及信息傳送等。

3.2 電氣綜合自動化系統的構建

整個系統分為三層，由里到外依次是測控保護層、通信管理層、后臺機系統，各層間相互聯系，履行各自的功能。對于測控保護層，其功能是測量與控制保護，由各種保護和自動裝置構成。利用現場總線技術能很好的解決該層裝置多且分散的問題，實現分散控制；對于通信管理層，該層行使傳遞和反饋信息的功能，它將DCS對上一層的控制命令送往各個相關的裝置，并將各裝置上的信息反饋到DCS系統。根據通信管理層與上位機系統的連接方式、現場總線方式、測控保護裝置的數量等，可有不同的配置；對于后臺機系統，其主要由DCS系統和電氣工作站組成。DCS系統不僅可依靠DO、DI控制各類電氣設備，還可以通過信息管理層獲得所需的諸如開關狀態等其他信息，并將這些信息傳送至工作站。

DCS的控制層可實現DCS與通信管理層的連接。而電氣工作站，主要就是接收來自通信管理裝置上傳的所有信息，進行相應的分析處理，并完成畫面的反映及相關電氣量的顯示，實現廠用電系統的計算機監控功能。

4 對發電廠電氣自動化改造的幾點意見

第一，事先要規劃好發電廠電氣自動化的改造，把握科學、合理、節約的原則，提前準備好需要改造和更新的設備，同時，要綜合考慮諸如繼電保護裝置、斷路器、五防系統等設備在型號、盤位布置、預留接口方面將來接入綜合自動化系統的問題。只有這樣，對電氣自動化的改造才能合理又節省了人力物力。

第二，在設計電氣自動化的過程中要把握實用的原則。由于發電廠現有的監控、遠動、五防、保護等設備裝置其原理和性能的不同，在進行改造時要整體上把握，綜合考慮，避免出現功能重復的設備并列運行。

第三，改造的目的是為了發電廠將來更好的高效運行，因此，電氣自動化改造要注重遠期目標。比如，有的發電廠由于老化或廠房實際條件的限制，不可能所有的監控設備都可以納入電氣綜合自動化系統的改造中。就需要在改造時，把這些不具備改造的設備考慮到，在整體框架下，預留接口，便于后期的改造。

5 結束語

在電廠的電氣自動化亟待提高的今天，探討火電廠電氣自動化系統具有很好的實際意義。火電廠電氣自動化系統的應用，提高了火電廠電氣系統的自動化水平及運行管理水平。系統綜合應用計算機、保護、測量、分層分布控制及通信技術的最新成果，實現火電廠電氣系統的運行、保護、控制、故障信息管理、故診斷、電氣性能優化等功能的綜合自動化。

充分利用電氣系統聯網后信息全面的優勢，加強電氣信息的應用，完成較為復雜的電氣運行管理工作。改造后所產生的綜合經濟效益在不同程度上補償了投資費用，不久將收回投資，而且換來了良好的設備性能，提高了機組整體自動化水平，確保了機組安全、穩定、經濟運行，為今后參與電力市場的競爭打下了良好的基礎。

參考文獻：

[1] 賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，1994.

[2] 陳文高.配電系統可靠性實用基礎[M].北京：中國電力出版社，1998.

（作者單位：1.江蘇常熟發電有限公司；

2.中電（洪澤）熱電有限公司）