數字化電廠電氣控制技術及其應用探究

李振奇

摘 要：由于社會生產活動對電力能源的需求量越來越大，這也為火力發電機組的運行機制帶來一定的影響。就現階段的火力發電機組運行狀態來看，較以往的火力發電機組相比，表現出更加復雜的運行狀態，這就意味著機組運行的控制和維護工作也面臨很大的難度。在火力發電機組設備量越來越多的情況下，如果還是采取以往的控制方法，對設備的運行狀態進行監督和控制就需要投入大量的人力與物力，給電力企業的發展帶來較大的成本投入。為此我們需要加大對數字化電氣控制技術的應用力度，實現對火力發電機組的統一管理與控制。

關鍵詞：數字化；電氣控制；技術

一、電廠控制系統的工作原理

1、過程層

過程層是一次設備與二次設備的結合面，是智能化電氣設備的智能化部分。在實際運行的過程中，過程層會對電流、電壓和開關量所產生的信號源進行獲取。而光變壓器單元中的數字信息會在電流與電壓的共同作用下進入處理層，最后才是對開關信息量的處理，實現對電流、電壓、開關量信號信息的轉換。在上述轉化全部完成之后，就意味著變電站的電磁式互感器合并單元已經形成光信號。在此過程中，光信號的轉換質量與相關的工藝水平具有直接聯系。最后設備運行的狀態將通過互感器和二次側電氣量的同步作用，將其形成數字信號，最終實現電子電流互感器和電壓互感器電子信息的上傳。

2、間隔層

在電氣設備中，間隔層發揮著保護設備運行質量的重要作用。間隔層的主要作用為對線路、母線、變壓器、電能計算裝置、安全設備以及故障信息等設備進行保護。而對于電壓、電流、開關和一些數字信號等，主要是依靠電氣控制技術中的運算和邏輯進行推算之后，將其發送到隔離層和以太網的設備裝置中，利用隔間隔中的測量數據對相應設備的運行狀態進行檢測。這些設備的最終運行狀態將直接反映到電氣控制設備中的智能終端中，一旦識別出存在設備運行不當和設備故障問題，便會自動進行跳閘操作，避免設備故障的影響范圍進一步擴大，實現對火力發電機組設備的保護作用。

3、站控層

站控層在電氣控制系統中的主要作用是對火力發電機組中相關設備進行有效的調度和控制，確保火力發電機組中各類設備的協同作用，在確保火力發電機組運行狀態的基礎上，實現發電效率的最大化，保證電力企業經濟效益的進一步提升。在實際運行的過程中，主要是通過間隔設備對機組設備運行信息進行實時傳送，將相關的信息全部傳送到以太網中，以便于在系統內部對相應的設備性能和運行狀態進行了解之后，實現有效的調度和集中控制，保證機組運行質量。其中中央變電站的監控系統發揮著重要的作用，可以實現對控制裝置和通信裝置的有效溝通，確保對各個級別的調度通信站實行有效的遠程控制。

二、發變組控制系統

1、發變組保護配置

（1）主變高壓側：主變高壓側的合并單元所采用的接線方式為主線與電流和電壓串聯形成合并單元，其中的電流合并單元采用點對點的接線方式與保護裝置相連，電壓則是需要利用母線電壓的合并單元與保護裝置連接。

（2）主變高壓側、中性點的電流接入方式同樣是采用電流合并單元并聯的方式與保護裝置點對點連接。

（3）對于發電機內部的中性點電流接入方式來說，所采用的連接方式為電流合并單元點對點接入方式，而電壓則是依靠機端的電壓合并單元，進行點對點接入，最終連接到保護裝置中。

（4）火力發電機組中的高廠變高低壓側保護措施為：將電流合并單元保護裝置采用點對點的方式連接。高廠變低壓側電壓是采用電壓合并單元的接入方式與保護裝置相連。

2、智能勵磁系統

在對數字化勵磁調節器的結構分布狀態（圖1為數字化勵磁系統）進行分析之后可以發現，勵磁調節器的作用主要體現在間隔層和過程層中。由于間隔層對發電機組設備保護所發揮的重要作用。為此，為了保證運行性能，會在間隔層中設置兩套勵磁調節器，以便于在一個發生故障問題時，另一個可以繼續保證間隔層的保護性能，為火力發電機組的正常運行提供保障。而在過程層中所設置的勵磁調節器，因其運行性能存在一定的差異以及設備運行需求，需要設置一套含有智能接口的勵磁調節器，為電氣回路的統一運行提供保障。

在過程層中，通過采集勵磁調節器所產生的回路功率，可以實現對開關量、溫度量等相關信息的收集。再由勵磁調節器的智能接口，將信息傳送到中心控制系統中。勵磁調節器在運行的過程中，所產生的電流、電壓和數字量信息會通過網絡接收機實現相應的數據操作。在調節器中所應用的是最先進的非線性魯棒控制技術，其自身所具備的時鐘校對功能和信息通訊功能，可以有效實現對火力發電機組相關設備運行性能的智能數據采集。同時還具備一定的在線監控功能，可以有效保證火力發電機組的安全運行。

3、發電機自動準同期（ASS）

自動準同期并網是電力系統中的一項重要的基本操作，完成這一操作的設備是自動準同期裝置（ASS），它能控制發電機組自動調速和調壓，使頻差和壓差滿足準同期條件，從而實現準確、安全的并網。具體的同期裝置如下圖2所示。

4、快切、AVC、AGC

（1）快切：此處啟備變可采用快切冷備技術，利用數字化采集的啟備變電壓、電流、開關量及廠用高壓段電壓、電流、開關量，通過快切冷備裝置，在啟備變高壓側未合閘的情況下，使廠用電源準確順利地切換，這樣每年可節省大量的啟備變熱備損耗費用。

（2）AVC：通過調度發令至電廠AVC裝置，再通過電廠AVC裝置調節數字化勵磁裝置，以調整整個系統電壓。

（3）AGC：通過調度發令至電廠AGC裝置，再通過電廠AGC裝置將信息發送至DCS系統，再通過DEH系統得以調節負荷。

三、廠用電控制系統

廠用系統主要包括廠用高壓段、廠用低壓段、高壓電機、低壓電機、廠用變壓器等電氣一次設備，變壓器保護、線路保護、電機保護、備自投、智能斷路器等電氣二次控制系統。此處方案一般為基于profibus標準的DCS控制系統，即所有保護裝置均支持profibus標準規約，可通過網絡將保護裝置信息發送至DCS系統，保護功能由就地保護裝置完成。

結論：數字化電廠電氣控制技術的有效應用，不僅能夠提升火力發電機組的運行性能和運行質量，還能降低發生故障問題的幾率，確保電廠生產的效率。數字化電廠電氣控制技術自身的智能控制終端，可以實現對火力發電機組中設備運行的合理控制與調控，在確保設備運行安全的基礎上，實現生產的最大化，提升電廠的經濟效益。

參考文獻：

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[2]史沁鵬，錢莉莉，賈江濤.火力發電廠電氣自動化系統數字化研究[J].電力勘測設計，2015（z2）.