中石化上海高橋分公司動力中心發電廠電氣自動化改造構思

趙 森

（上海高橋捷派克石化工程建設有限公司，上海 200137）

1 電氣自動化改造的必要性

中石化上海高橋分公司動力中心發電廠現有設備是1988年前后安裝投運的，其中各臺機爐的DCS控制改造均已完成，而全廠的電氣部分卻仍然保留著最初的測控模式。日常的開停機、電源控制、狀態監測、故障判斷及數據分析等工作全靠人為進行，效率不高；同時全廠110kV與35kV母差保護、發電機支接保護、6kV與380V備用電源保護及自切裝置皆為1988年安裝的電磁型繼電器，電氣測控屏、聲光報警裝置（預告信號、事故信號等）的部分備品備件已無法采購；而發變組保護、110kV與35kV線路保護、廠變與外圍變保護于1998年至2002年進行微機保護改造，目前該批設備也已運行10年，已進入高橋公司規定的電氣關鍵易損件的預防性更換周期。為動力中心發電廠更安全經濟地運行，提高在發電市場的競爭力，打造高橋公司真正安全可靠的動力中心，發電廠電氣自動化改造勢在必行。

發電廠電氣自動化系統，簡稱EFCS或ECS，是發電廠自動化領域近年來興起的一個新的熱點。發電廠電氣自動化系統的功能是以監視控制設備為主,實現數據交換信號反饋為輔助功能的系統，在監控設備過程中，以主接線圖、曲線等形式測量設備的數據信息與運行狀態，并且可以及時上報設備的警告信號，動作事件異常等情況，這樣可以避免危險情況與操作失誤的發生。電氣自動化系統還能夠提供出自動抄表、設備管理、定值管理、故障信息管理、設備在線診斷等，電氣自動化系統可以很方便的利用工業以太網和現場總線技術組成網絡，從而實現電廠的信息化管理。這樣通過網絡和后臺軟件，可以方便實現電氣系統的協調控制、故障分析和運行管理，能夠大大提高整個發電廠的自動控制水平和運行管理水平。

2 電氣自動化改造涉及設備考慮

電氣自動化改造的目的是想實現對整個發電廠的一次主設備遙測、遙控、遙信、遙調功能，對二次設備和輔助設備實現遠方的控制和管理功能，從而實現對全部的一次設備進行監視、測量、控制、記錄和報警功能，并與保護設備和遠方控制中心通信，實現電氣系統自動化。為達到次目的，初步構思納入電氣自動化系統改造的主要設備為以下6大單元。

2.1 110kV 配電裝置

需要遙測高煉1134、高煉1118、銀煉1518、高東1511、高東1512 的三相電流、有功功率和無功功率，110kV 母聯開關三相電流，110kV 正、付母線三相電壓；遙控上述斷路器（包括同期功能）；采集上述斷路器及所有閘刀的位置信號，采集上述設備的保護動作信號（包括110kV 母差保護、低周減載保護）。

2.2 35kV 配電裝置

需要遙測高煤460、高陶461、高化462、高南463、高溝464、高煤465、高南486、高煉466、東農3874、高煉468、高環901、高環902 的三相電流、有功功率和無功功率，35kV 母聯及35kV 旁路開關的三相電流，35kV 正、付母三相電壓；遙控上述斷路器（包括同期功能）；采集上述斷路器及所有閘刀的位置信號，采集上述設備的保護動作信號（包括35kV 母差保護、35kV 小電流接地選線等）。

2.3 發電機變壓器（包括勵磁機）

需要遙測#4—#8 發電機的三相電流、有功功率、無功功率、定轉子電壓、頻率、勵磁機和調節器電壓電流，備用勵磁機的電流和調節器電壓電流，#4和#8 主變110kV 和35kV 側的三相電流、有功功率、無功功率、溫度，#5—#7 主變35kV 側的三相電流、有功功率、無功功率、溫度，廠總變1、3 號廠總變35kV 側的三相電流、有功功率、無功功率、溫度，2 號廠總變110kV 側的三相電流、有功功率、無功功率、溫度；遙控上述主變各側斷路器（包括同期功能）；采集上述主變各斷路器及閘刀的位置信號，采集上述發變組、勵磁機、調節器、滅磁系統的保護動作信號并能實現相關控制功能。

2.4 高低壓廠用電源

需要遙測6kV 四段甲、四段乙、五段、六段、七段、八段進線的單相電流、有功功率、母線電壓，6kV 備四段、備五段、備六段、備七段、備八段進線的單相電流、母線電壓，380V 四段甲、四段乙、五段、六段、七段、八段進線的單相電流、母線電壓，380V 備四段、備五段、備六段、備七段、備八段進線的單相電流、母線電壓；遙控上述各斷路器；采集上述各斷路器的位置信號，采集上述各設備和機4 支接甲、機4 支接乙、機5 支接、機6 支接、機7 支接、機8 支接、廠變4 甲、廠變4 乙、廠變5、廠變6、廠變7、廠變8、廠變01、廠變02 的保護動作信號，同時考慮6kV 和380V 電源的自合閘改為快切并接入自動化系統工作。

2.5 高低壓外圍電源

需要遙測6kV 空分一段、6kV 空分二段進線的單相電流、母線電壓，6kV 空分分段開關的單相電流，380V 化水一段、化水二段、煤場一段、煤場二段、碼頭一段、碼頭二段、空分一段、空分二段、空分三段、空分四段、除塵一段、除塵二段、雜用段、井外段、冷作段進線的單相電流、母線電壓，化水一/二段分段開關、煤場一/二段分段開關、碼頭一/二段分段開關、空分一/二段分段開關、空分三/四段分段開關、除塵一/二段分段開關的單相電流；遙控上述各斷路器；采集上述各斷路器的位置信號，采集上述各設備和化水變1、化水變2、煤場變1、煤場變2、碼頭變1、碼頭變2、空分變1、空分變2、空分變3、空分變4、除塵變1、除塵變2、雜用變、井外變、冷作變及相應備用電源自投裝置的保護信號。遙測#1、#2、#3 高壓消防泵的電流，遙控各設備的斷路器。

2.6 直流系統

需要遙測直流母線一段、直流母線二段的電壓、電流；采集直流系統的保護動作信號，最好能實現對蓄電池組的在線監測。

3 電氣自動化改造初步設想

電氣自動化改造考慮新上一套ECS系統，采用集中控制方式，5臺機組共用一個集中控制室，放在原電氣主控室。上述所列主要電氣設備如：發電機變壓器（包括勵磁機）、110kV配電裝置、35kV配電裝置及高低壓廠用電源、高低壓外圍電源、同期系統、直流系統、解列裝置等均納入ECS系統進行監視和控制。ECS系統將代替現有的電氣集中控制室內的電氣測控柜，替換后達到使全廠電氣系統的管理及運行更加安全、穩定、經濟的目的。

電氣自動化系統采用分層分布式的系統結構。系統分上位機系統層、通信管理層、現場保護測控單元層三層。

3.1 上位機系統層

上位機系統由數據庫服務器兼運行工作站和MΙS、SΙS系統網關、操作員站工作及網絡設備組成，完成對全廠所有電氣系統的模擬量、交流量、開關量、脈沖量、數碼量、溫度量、保護信息等的數據采集、計算、判別、報警、保護，事件順序記錄（SOE），報表統計，曲線分析，并能根據需要向現場保護測控單元層發布命令實現對電氣設備的控制和調節。同時要求此系統的高級應用軟件可對電廠進行優化控制、設備管理，運行管理、定值管理。系統最好采用100M雙以太網體系結構，各節點機功能相對獨立。初步構想此系統主要硬件和功能配置要求如下：

1）配置兩臺數據庫服務器。采用兩臺服務器作為數據庫服務器冗余工作，單個硬件故障不會引起任何實時數據丟失和基本功能失效。數據庫服務器實現全廠數據的采集、處理、記錄，報表等SCADA功能，是整個自動化系統的核心，擔負著自動化系統的主要任務，它將采集來的數據進行各種處理，建立相應的實時數據庫和歷史數據庫，經網絡響應各工作站的各種服務請求，并接收和響應操作員工作站的各類操作命令，通過光纖總線同各功能子站進行數據通信，將各子站采集的實時信息處理后，送往工作站，并接收GPS的對時，并同各種智能裝置進行數據通信，同時也把實時信息送往調度系統。

2）配置1臺工程師工作站，供運行維護技術人員進行數據庫、界面、報表等修改維護、以及網絡監視維護等功能。

3）配置5臺操作員工作站。5臺操作員工作站作為單元機組的操作平臺，分別對5臺機組進行監控及運行管理。

3.2 通信管理層

發電廠電氣自動化系統共需配置約13臺通信管理單元。6kV每段各配置一臺，與6kV段及380V段的保護裝置、快切等智能設備進行通信。35kV開關站就地繼電器室配置1臺通信管理機，110kV開關站就地繼電器室配置1臺通信管理機，電氣主控樓繼電器室配置1臺通信管理機，與繼電器室內的智能設備進行通訊。通信管理單元通過以太網交換機接入100M雙以太網的ECS系統。

3.3 現場測控層

所有現場的模擬信號、開關量信號、脈沖信號的采集均由現場測控層安裝的智能裝置完成，通過通信上傳至監控系統。

3.4 電氣自動化系統組屏設想

1）電廠監控屏1 面，安裝在電氣主控室繼保室（包括：主備數據庫服務器、顯示器）。

2）工程師站放在電氣主控室。

3）在35kV 開關站就地繼電器室的交換機和1臺通信管理機可安裝在相應的柜內。

4）在電氣主控樓繼電器室的交換機和1 臺通信管理機可安裝在相應的柜內。

5）6kV 和380V 交換機和1 臺通信管理機可安裝在相應的開關室內，而相關設備的測控單元均放就地開關柜內。

4 電氣自動化改造難點思考與分析

1）動力中心原設備過于陳舊，許多電氣一次設備需要改造，工程量非常大

（1）110 kV 母差保護用CT、35 kV 母差保護用CT、發電機和變壓器差動保護用CT、高東1511和高東1512 線路差動保護用CT 的性能已不能滿足現有差動保護裝置的要求，必須結合此次保護改造進行更新。

（2）目前所有隔離開關均無電動機構，不能遠程操作。6kV 隔離開關和發電機出口隔離開關均無輔助接點無法進行狀態監視，需要加裝輔助接點或進行徹底改造，35kV 和110kV 隔離開關輔助接點數量少已基本上用完，需要改造增加輔助接點。

飼養環境：山東欣博藥物安全評價研究中心SPF屏障系統，溫度20～26℃，濕度40%～70%，換氣次數≥15次/h，動物照度15～20 Lx，工作照度≥200 lx，照明時間12 h/12 h明暗交替；實驗動物使用許可證號SYXK（魯）2016‐0011；SPF大小鼠生長繁殖飼料和墊料均購自北京科澳協力飼料有限公司，各項檢測符合規定。

（3）110kV 線路計量PT、35 kV 線路計量PT、發電機計量PT 已經不滿足計量精度要求，需要考慮更新。

（4）目前發電機勵磁裝置均無通信接口，操作控制系統中需要有功和無功的調節功能。這都需要考慮更新一次設備，尤其是機5 和機6 發電機勵磁系統，采用的仍是KFD-3 調節器，該產品也是淘汰產品，備品無法采購，不更新根本無法接入自動化系統。

（5）考慮到廠變6kV 系統增加快切裝置，由于1#、2#廠總變6kV 側均未裝PT，因此需要加裝兩組6kV PT。同樣道理廠變01、廠變02 380V 側也需加裝PT，由于無備用倉，也需考慮更換開關柜。

（6）廠變6kV 開關室內的保護為早期微機保護，無通信接口，且超過了使用壽命，需要更換，但由于更換綜保和增加測控裝置必須對開關柜面板進行更換，工作量大，考慮到這些開關柜均為GGΙA型開關柜，為明令淘汰產品，也必須考慮更新，廠變6kV 開關室內新上自動化系統需結合開關柜改造進行，改造工作量非常大。

2）動力中心原二次設備陳舊，幾乎所有繼電保護裝置都需更換，涉及面非常廣

（1）全廠設備只有1#、2#廠總變的保護、脫硫6kV 開關室內的保護、空分6kV 開關室內的保護為近年投入的微機保護，原則上可考慮不更換，但測控單元需要增加。其余上百套繼電保護均需要改造，幾乎涉及全廠所有重要設備，涉及面非常廣，施工難度極大。

（2）5#、6#、7#主變壓器需要增加倒帶微機保護，即發電機停運，變壓器作為降壓變壓器帶6kV母線時的保護。

（4）110kV、35kV、6kV、380V 所有壓變需增加測控和保護單元。

（5）所有380V 設備保護均無通信借口，需改造，而且原多為斷路器自帶保護，可能要更新開關。

3）改造涉及許多公用系統，風險非常大

（1）110kV 母差、35kV 母差保護原均為電磁型保護，此次自動化系統改造需將其改為微機保護，改造時設備不可能同時停，一旦接錯線或動作試驗錯誤，會導致全廠停電，后果嚴重。

（2）6kV 電源、380V 母線備用電源自合閘回路，原來是采用廠高備變、廠低備變單向自合閘的方式來實現的，所有母線備用電源的控制回路公用一套回路，接線錯誤或調試不當，會導致其他母線誤失電，容易導致鍋爐熄火或發電機跳機，風險很大。

（3）原同期回路是按照典型的集中同期的方式設計的，全廠只有一套準同期回路，各個同期點通過各自控制屏（臺）上的同期開關的切換來實現，涉及幾乎所有110kV 線路、35kV 線路和發電機組，改造時要做到不影響其他設備，需考慮好施工方案，可考慮配備兩臺同期裝置。

（4）考慮到此次電氣系統綜合自動化改造是在原有設備上進行改造，設備是邊運行，邊進行改造，在改造中現有的保護屏、操作屏和模擬屏不能先拆除，因此新的保護屏和模擬屏如何安裝，需考慮切實可行的改造方案。

4）改造幾乎涉及全廠設備，工期跨度大

改造工作需結合鍋爐大修、發電機組大修、110kV 線路大修、35kV 線路大修等同步進行，施工估計要跨越兩到三年，工期很長，對施工、對新舊兩套設備的特殊情況運行都是一個考驗。

5）自動化系統環境要求高，配電間都需重新整改裝修

為了確保微機保護和測控裝置的安全運行，110kV 開關室、35kV 開關室和6 kV 開關室必須加裝空調設施。110kV 開關室、35kV 開關室需準備房間放置保護屏和通信設備，需重新改建。

6）環丙站自動化系統需要通過通信裝置將信號引至電氣主控室，光纖無敷設路徑

由于使用時間較長、故障多，本身自動化需要升級，且原載波通信裝置因傳播速度問題無法傳遞圖像，而且現已經故障無法通信，需改為光纖通信，但光纜敷設需經過許多廠區，難度相當大，需先考慮好光纖敷設路徑。

5 結論

發電廠電氣自動化系統能進一步提高發電廠自動化水平，能提高電氣設備運行和管理水平，而微機型的保護和自動裝置及成熟的通信和現場總線技術又為實現電廠電氣綜合自動化系統的必要技術保障，所以說發電廠電氣自動化改造是發電廠發展的必然趨勢。當然作為老電廠老設備的改造，難度和風險肯定是存在的。有理由相信只要規劃得當、設計合理、現場施工組織完備，在老電廠進行電氣自動化系統改造是切實可行的，在一次設備及其輔助設施做適當改造的情況下，發電廠電氣自動化系統改造一定能全面提高動力中心發電廠的自動化運行和管理水平。

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[3] CSPA-2000 發電廠電氣自動化系統說明書.北京四方繼保.2004.7.

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