淺談火電廠電氣自動(dòng)化技術(shù)

郭俊梅

【摘要】該文將結(jié)合火電廠電氣自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)和前景展望，分析現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用。根據(jù)發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、廠用電運(yùn)行規(guī)則、的主要特性及各方面參數(shù)并結(jié)合運(yùn)行方式ups系統(tǒng)設(shè)備的各個(gè)規(guī)章規(guī)范、等基本知識(shí)，以及發(fā)電機(jī)運(yùn)行中容易出現(xiàn)的各種問(wèn)題。近些年來(lái)，熱控自動(dòng)化迅猛發(fā)展，與此相比，電氣自動(dòng)化的發(fā)展顯得極為不協(xié)調(diào)。該文將介紹常用的現(xiàn)場(chǎng)總線及其在火電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了ECS和DCS的一體化解決方案。

【關(guān)鍵詞】火電廠；自動(dòng)化；運(yùn)行方式；自動(dòng)化

【Abstract】This article will analyze the development and prospect of electric automation in thermal power plant， and analyze the application of field bus technology. According to the generators， transformers， circuit breakers， power plant operation rules， the main characteristics and all aspects of the parameters combined with the operation of ups system equipment rules and regulations， and other basic knowledge， as well as generator operation prone to various problems. In recent years， the rapid development of thermal control automation， compared with the development of electrical automation appears to be extremely uncoordinated. This article will introduce the commonly used field bus and its application in thermal power plant automation system， introduces the integrated solution of ECS and DCS.

【Key words】Thermal power plant；Automation；Operation mode；Automation

1. 關(guān)于火電廠電器自動(dòng)化ECS系統(tǒng)

發(fā)電廠用電系統(tǒng)建成ECS是近年來(lái)自動(dòng)化領(lǐng)域一個(gè)非常引人注意的熱點(diǎn)，不同于DCS側(cè)重于熱工系統(tǒng)的監(jiān)控相對(duì)應(yīng)，ECS側(cè)重于電氣系統(tǒng)監(jiān)控、發(fā)電廠內(nèi)部，從而保證廠里用電時(shí)低電壓系統(tǒng)的保護(hù)、測(cè)量、計(jì)算、控制、分析、等綜合功能。ECS一方面實(shí)現(xiàn)了DCS的通信方式和信息交換，大幅度的減少了DCS的測(cè)點(diǎn)投資和硬接線方式下的電纜投資。另一方面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和軟件的方式實(shí)現(xiàn)了電氣系統(tǒng)的協(xié)控調(diào)整、故障分析和運(yùn)行調(diào)整，從而提高了整個(gè)發(fā)電廠的自動(dòng)化水平。ECS順應(yīng)了技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)與潮流，通過(guò)充分利用現(xiàn)場(chǎng)總線和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的方式，使發(fā)電廠用電技術(shù)水平有了迅猛提高，對(duì)于電氣系統(tǒng)自動(dòng)化具有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是還必須在以下兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)取得突破性的進(jìn)展：一方面是實(shí)現(xiàn)對(duì)廠用電氣全通信控制。目前ECS系統(tǒng)不能滿足DCS通過(guò)ECS對(duì)電氣系統(tǒng)的通信全控方式。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須解決熱工藝聯(lián)鎖問(wèn)題。另一方面，電氣后臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用仍然基本處于初級(jí)階段，距離實(shí)質(zhì)性的實(shí)現(xiàn)控制邏輯以及提高電氣控制水平及系統(tǒng)運(yùn)行管理水平仍然具有很大差距。

2. 火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀

2.1火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)變壓器組監(jiān)控。

（1）包括發(fā)變組高壓側(cè)斷路器、勵(lì)磁系統(tǒng)的滅磁開(kāi)關(guān)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)關(guān)、整流柜開(kāi)關(guān)、AVR增、減磁控制，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、解列程序控制和軟手操控制，以及電壓、電流、頻率、有功、無(wú)功、電能、溫度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等監(jiān)測(cè)。使勵(lì)磁系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖跳閘、無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)，失磁快減、發(fā)電機(jī)順序并網(wǎng)、順序解列等功能都得到了提高與發(fā)展。

（2）發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式。發(fā)電機(jī)在額定參數(shù)下可長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)在滿足規(guī)定的技術(shù)數(shù)據(jù)和技術(shù)要求，同時(shí)在正確維護(hù)的條件下，能夠長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行額定功率為200 MW，最大連續(xù)功率220 MW。

2.2火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)勵(lì)磁系統(tǒng)的監(jiān)控。

勵(lì)磁系統(tǒng)是同步于發(fā)電機(jī)的重要組成部分，向發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組提供可調(diào)節(jié)的勵(lì)磁直流電流。勵(lì)磁系統(tǒng)的安全可靠性關(guān)系到電網(wǎng)和機(jī)組的安全穩(wěn)定，至關(guān)重要。原有的專用勵(lì)磁裝置，通過(guò)硬接線方式與DSC接口，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、解列程序控制、以及電壓、電流、頻率、有功、無(wú)功、電能等參數(shù)監(jiān)測(cè)的功能。

2.3火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用。

現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測(cè)量的控制作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與控制系統(tǒng)。FCS的現(xiàn)場(chǎng)總線融入DCS后，將徹底解決DCS的致命性弱點(diǎn)―雖然可以監(jiān)視、控制整個(gè)工藝過(guò)程并自動(dòng)進(jìn)行修復(fù)，但無(wú)法在DCS的工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行維護(hù)、診斷、組態(tài)。

2.4火電廠電器自動(dòng)化系統(tǒng)功能。

（1）廠用電數(shù)字式綜合保護(hù)測(cè)控單元一方面通過(guò)通信接口和總線網(wǎng)絡(luò)與廠用電自動(dòng)化子系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，同時(shí)與熱工緊密聯(lián)系電動(dòng)機(jī)負(fù)載的數(shù)字式測(cè)控單元，省去了所有測(cè)量變送器以及控制電纜。這種接口模式不僅保證了DCS與廠用電系統(tǒng)的緊密聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了電廠機(jī)、爐、電一體化運(yùn)行和管理。對(duì)純電氣開(kāi)關(guān)、設(shè)備的控制可通過(guò)權(quán)限設(shè)置來(lái)決定控制模式，通常情況下有兩種模式：一種以ECS廠用電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行控制為主；另一種以DCS控制為主。以上監(jiān)控模式不僅給老電廠的改造有很好的先進(jìn)性，更適用于新廠的建設(shè)與發(fā)展。endprint

（2）接口方式主要有以下兩種：一種是電廠熱力系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)等測(cè)量、控制設(shè)備等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制總線網(wǎng)、通信接口設(shè)備分別與DCS以及電氣監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。另一種是電廠電氣測(cè)量、監(jiān)控設(shè)備等與現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線網(wǎng)和通信接口設(shè)備與電氣監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)與DCS信息交換。

3. 火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1火電廠電器自動(dòng)化技術(shù)前景分析。

短期來(lái)看，經(jīng)過(guò)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，發(fā)電機(jī)容量將達(dá)到9.5億kw左右，其中火電占據(jù)絕大比例，火電裝機(jī)建設(shè)目仍處在火速增加的勢(shì)頭。董景晨說(shuō)：“如果我國(guó)經(jīng)濟(jì)保持現(xiàn)在的高速增長(zhǎng)，就存在對(duì)電力需求的增長(zhǎng)，也就會(huì)帶動(dòng)發(fā)電裝機(jī)的增長(zhǎng)。盡管核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源發(fā)電在發(fā)電裝機(jī)中的比例會(huì)逐漸增高，但火電的主導(dǎo)地位在未來(lái)幾十年內(nèi)是不會(huì)改變的，火電的裝機(jī)增長(zhǎng)趨勢(shì)是肯定的。”與此同時(shí)，他也看到了火電市場(chǎng)存在的變化，“上大壓小”使火電廠單機(jī)容量逐步增大，數(shù)量卻逐步減少，這將會(huì)直接導(dǎo)致市場(chǎng)份額的減少。與此而來(lái)的自動(dòng)化設(shè)備需求如煙氣排放監(jiān)控系統(tǒng)、廠用電管理系統(tǒng)等給自動(dòng)化設(shè)備帶來(lái)了新的市場(chǎng)。

3.2大型單元機(jī)組自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2007年3月，溫家寶總理提出了“十一五”期間關(guān)停5000萬(wàn)KW小火電機(jī)組的目標(biāo)，“上大壓小”政策正式出臺(tái)。在這一政策推動(dòng)下，小機(jī)組紛紛關(guān)停，大機(jī)組建設(shè)則如火如荼。中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)董景辰說(shuō)，“機(jī)組單機(jī)容量的加大提高了對(duì)相關(guān)自動(dòng)化產(chǎn)品的要求和難度。新一代電氣自動(dòng)化系統(tǒng)從功能上覆蓋發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)機(jī)組裝置、升壓站系統(tǒng)等。

4. 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電廠廠用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)ECS是近年來(lái)在軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的新型自動(dòng)化系統(tǒng)。DCS雖然在過(guò)去的幾十年對(duì)于自動(dòng)化水平帶來(lái)了極大的貢獻(xiàn)，但同時(shí)也具有不可忽視的問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，有效途徑就是實(shí)現(xiàn)電廠電氣綜合自動(dòng)化，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐、電的集中管理，從而達(dá)到電廠主控室爐 、電、機(jī)控制水平協(xié)調(diào)一致目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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