燃氣電廠電氣控制系統設計探究

張煥明

摘 要：科學設計燃氣電廠電氣控制系統是電廠機組正常、安全、穩定運行的基本要求。文中首先對燃氣電廠電氣控制系統的構成與特點進行了概述，然后重點從廠用電源系統模塊、發電機—變壓器組系統模塊、電源系統控制模塊等方面論述了燃氣電廠電氣控制系統設計問題，以期對提升燃氣電廠電氣控制系統設計質量有所參考。

關鍵詞：電廠；自動化；電氣控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.167

與傳統燃煤發電相比，以天然氣作為原料的燃氣發電機組具有投資低、效率高、建設周期短、污染物排放總量少等諸多優點。燃氣電廠電氣控制系統事關機組的安全運行，科學、合理設計燃氣電廠電氣控制系統是電廠機組正常、安全、穩定運行的基本保障。

1 燃氣電廠電氣控制系統構成及特點

燃氣電廠電氣控制系統主要由硬件設備系統與總體網絡結構系統兩部分組成，其中，硬件設備系統方面：燃機—汽機多采用分散控制方式，采用通信、硬接線的方式將各個分散控制系統連接在一起，達到控制燃氣機組正常運行的目的，控制器（多采用背板式PC結構等）、網絡層以及人機接口是核心；總體網絡結構系統方面：新建燃氣電廠多采用“機、電、爐”集中控制方式，燃氣——、汽機控制系統、DCS系統是整個網絡結構的“核心”，主要組成部分包括數據控制中心（比如，存儲系統、服務器網卡等）、備份系統、實時監控系統（比如，電氣網絡監控、水務管理以及單元機組控制網等等），各變壓器組、鍋爐運行、鍋爐余熱控制以及汽機旁路等等都由其來實施控制，以促進燃氣電廠各個設備正常、安全運行目標的順利實現。燃氣電廠電子控制系統并不特別復雜，與傳統的燃煤電廠電氣控制系統相比，燃氣電廠電氣控制系統所采集的信息源相對較少、控制對象較少、操作頻率不高以及控制系統設備相對較少，但是，由于“燃氣的危險性”要遠高于“燃煤”，這就對電廠電氣控制系統的安全性、穩定性以及快速反應性提出了較高的要求，否則，就有可能會給電廠造成巨大的經濟損失以及產生重大的社會危害?？梢哉f，科學、合理設計燃氣電廠電氣控制系統是保障電廠高效、安全運行的必然要求。

2 燃氣電廠電氣控制系統設計分析

一般而言，燃氣電廠電氣控制系統功能模塊設計主要包括以下幾個部分：

2.1 廠用電源系統模塊

燃氣電廠用電源系統模塊主要包括廠用電源系統與廠用電源切換系統兩部分，其中，廠用電源系統多由6Kv、380Kv常用廠用電源系統與突發事故保安電源系統等，以6Kv為例，6Kv廠用電源系統主要的功能是實現由工作電源向備用電源或者是由備用電源向工作電源的雙向切換，一般由DCS系統按照事先設定的“指令”來具體執行操作，比如，當廠區內某段或者某個變壓設備等發生故障，DCS系統就會立刻發出“指令”，完成由“工作電源”向“備用電源”的快速切換，避免以外事故的發生；事故保安系統屬于典型的備用系統，主要是在燃氣機組出現故障無法正常運行時，啟用事故保安系統滿足廠區用電需求，實踐中，多數燃氣電廠都采用“柴油發電機組”作為突發事故保安系統，柴油發電機組多處于“熱備用”狀態，一旦發生廠區停電事故，處于“熱備用”狀態的柴油發電機組就會立即投入運行，指令仍然由DCS系統發出，實現工作機組與備用機組之間的雙向切換，確保燃氣電廠廠用電需求。廠用電源切換系統模塊的主要功能是確保實現廠用高壓電源連續、穩定、可靠供電目標的實現，以MFC2000-2型的微機為例，切換系統模塊通過與ECS之間的“硬接線”實現信息源的雙向交換，其中，電流電壓計算、信號、切換動作執行、輸入檢測以及自檢等諸多模塊主要由CPU來完成；另外，系統中快切手動操作控制是對DCS自動控制切換系統的一個補充，當備用分支、工作分支斷路器均正常切一個處于合位一個處于跳位的情況下，可以手動實現電源切換。

2.2 發電機—變壓器組系統模塊

絕大多數燃氣電廠的“發電機—變壓器組系統模塊”涉及到的設備、元器件較多，需要對多個子系統實施有效控制，才能夠確保整個電廠電氣控制目標的實現。發電機控制方面，可采用“機島控制系統”來實現，將勵磁系統、燃機變頻啟動系統、發電機保護系統等控制模塊、信號源接入在線控制系統，按照DCS系統發出的指令完成對發電機運行狀態的自動控制；發電機出口開關、主變220Kv側開關均能夠實現“準同期”（自動控制，一般情況下，“機島控制系統”處于缺省狀態下視為同期點）；斷路器主要是用于提示接地刀、隔離開關所處的狀態以及通過DCS系統實現對近端、遠端的自動控制，斷路器執行保護動作或者處于故障狀態時不能合閘，一旦執行完合閘命令后就能夠自動解除“指令”，從而整個發電機—變壓器組系統模塊回復到正常運行狀態。

2.3 電源系統控制模塊

一般情況下，燃氣電廠電源系統控制模塊主要由直流電源系統模塊、保安段電源控制系統模塊以及UPS不停電電源系統控制模塊等三部分組成，其中，直流電源系統模塊主要是滿足電廠儀表、自動控制、保護、事故照明以及UPS電源等負荷用電需求，一般由DC220Kv、Dc110Kv兩種等級的直流電源組成，每一臺機組的直流220Kv、110Kv系統都要設計為獨立運行，絕對不能相互干涉， 并且要確保直流電源所有的蓄電池始終處于浮充電狀態；設計保安段電源控制系統目的是在燃氣電廠出現重大故障時，各個機組控制系統、大容量事故負荷以及直流系統始終處于運行狀態（不停電）；UPS不停電系統主要包括靜態開關、整流器以及逆變器等幾個部分，主要功能是在電廠機組出現故障時，滿足用電負荷連續的交流用電需求，該系統模塊電源由交流主電源、直流電源以及旁路電源，實踐中，主要是通過交流主回路控制達成供電目標。

總之，燃氣電廠電氣控制系統必須要結合燃氣電廠運行的特點，科學、合理的進行設計，以避免重大危險事故的發生，從而為電廠的安全運行典型堅實的基礎。

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