發電廠電氣綜合自動化系統研究

焦建霖

摘 要：目前發電廠對電氣自動化技術的應用力度不斷加大，同時也使技術日趨成熟，隨著電氣系統在大部分110 kV 以下的變電站中廣泛應用，使工作人員的工作量大幅度減少，使變電站遠程控制操作得以實現。同時通過自動化系統的運用，使發電廠管理水平有效提升，成本支出減少，使發電廠經濟效益切實提高。因此對發電廠電氣綜合自動化系統的設計及應用加強研究，對實現發電廠的可選擇發展有著重要的現實意義。本文就電氣綜合自動化系統及其設計原理和網絡結構構成進行分析，并對自動化系統的實際應用進行探討，并提出相關的應用建議。

關鍵詞：發電廠;電氣綜合自動化系統;應用建議

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2020.32.070

1 電氣綜合自動化系統概述

1.1 電氣綜合自動化系統

目前越來越多的電氣設備在發電廠電力生產和運輸中加以運用，同時也具有一定的自動化功能，利用電氣綜合自動化系統，能夠將這些設備有效整合，使相關電氣設備實現統一調配、統一管理，使資源優化配置和高效管理得以實現。通電氣綜合自動化系統的應用實施，使發電廠發電以及輸配電工作效率大幅度提高，發電廠運營質量和電力管理水平提高，防止在運營過程中出現電氣設備故障等問題，同時還能利用高度自動化技術，使電氣設備的自動化管理目標得以實現。現階段電氣綜合自動化系統在發電廠的應用方面，其所具備的多樣性功能主要體現在以下方面：監督和管理綜合自動化系統子系統，收集子系統實時數據，并對故障進行分析，對狀態進行有效監測;利用系統的高度自動化，有效保護子系統，防止因故障原因損壞子系統微機部分;嚴格監管和控制子系統運行電壓以及電功率;如出現系統供電問題，可利用備用電源，并進行自動切換。

1.2 系統設計原理

此系統在發電廠的應用目標是確保系統測量、監控、通訊、繼電保護、安全等功能能夠實現統一，對具備多樣化功能的電氣自動化系統進行構建，從而形成綜合自動化系統。因此在系統設計過程中，需要結合多樣性功能需求，對自動化技術及設備的應用進行綜合全面考慮，如借助計算機、智能測量儀等設備，結合熱力工程學等學科知識，對相關熱力學參數進行有效控制。

目前發電廠電氣綜合自動化系統主要包括了以下設計結構：測量系統、執行系統以及控制系統。測量系統能夠有效測量相關子系統的運行記錄、運行參數、性能故障以及運行狀態等數據信息，對其中存在異常的數據信息進行及時發現，使潛在故障問題得以快速解決;執行系統能夠及時根據系統相關問題和故障分析，對解決方案進行制定，并對相應執行指令進行發布，從而使安全隱患得以及時消除;控制系統在系統出現故障時，能夠對發現故障的具體電氣設備和位置國加強控制和管理，使其他電氣設備的正常運行和使用得以保障。

電氣綜合自動化系統的測量及執行系統，都利用微機處理器及智能控制設備的運用，使電力系統的管控目標得以實現。另外針對控制系統，不僅具有監控和預警等簡單功能外，還能夠有效控制設備的自動化運行順序。

發電廠在進行電氣綜合自動化系統的應用時，能夠使自身自動化管理水平和生產效益得以提升，并取得一定的應用成效，同時還需要對綜合自動化系統應用加強分析和研究，使具技術和管理措施進一步強化。

2 電氣自動化系統網絡結構構成分析

2.1 集中監控

在電氣自動化系統中，集中監控方式具有維護及運行過程簡單方便，并系統設計簡單，控制站的防護等級要求不高較。此方式還具有以下特點：所有功能在監控處理時在一個處理器中實現，對處理器處理工作效率造成影響，因需要對所有電氣設備加強監控，隨著設備數量的增加，會導致主機冗余降低，增加電纜數量的投入，費用支出增加，另外電氣自動化系統也會受到電纜距離的影響和干擾。 通過硬接線方式的運用，使斷路器和隔離刀閘的操作閉鎖之間的連鎖得以實現。在設置過程中，設備操作運行的穩定性會受到隔離刀閘的輔助接點位置準確性的影響。在進行二次接線操作時，由于線路查詢不便，操作較為復雜，從而使維護工作量一定程度上加大，集中監控方式如圖1所示。

2.2 遠程監控

與集中監控方式相比，遠程監控作為電氣綜合自動化系統的網絡結構，對電纜需求量不高，能夠使系統安裝成本減少，并具有靈活性強、可靠性高等優勢。由于現場總線通信速度較低，對此方式也造成一定的影響，隨著發電廠電氣通信業務量不斷加大，遠程監控方式在一些較小系統的電氣綜合自動化系統中得以廣泛應用，遠程監控方式如圖2所示。

2.3 現場總線監控方式

目前計算機網絡技術的發展和成熟，進一步促進現場總線監控方式在發電廠綜合自動化系統中的運用，特別是在智能化電氣設備的引入，為網絡總線控制系統的應用奠定了良好的基礎。在發電廠電氣綜合自動化系統中，通過此方式的運用，使系統設計的針對性有效提升。 根據不同的間隔，能夠采用不同的系統設計方式，從而使不同的目標得以實現。此方式不僅包含了遠程監控方式的所有優勢，還能夠使端子柜、隔離設備、模擬量變送器、I/O卡件等設備的使用率降低。另外在設備與監控系統實現連接時，可節約大量電纜，使系統總體成本和維護投入有效減少。另外通過網絡實現通信連接，系統中相關裝置運行具有一定的獨立性，使網絡組態靈活性增強，并且一旦任何一組裝置發生問題或故障，不會整個系統運行造成不好影響，從而使系統的安全運行性能有效提升，總線監控方式如圖3所示。

3 電氣自動化系統的應用設計分析

3.1 間隔層

間隔層是系統保護測控及控制裝置，作為自動化系統的底層，主要進行數據采集、保護以及預處理等功能。同時在進行間隔層設備連接時，利用冗余現場總線接口以及雙網連接，使雙網運行及雙網無障礙切換得以實現。如其中一條網絡發生故障或問題，能夠確保系統的正常運行，使系統穩定性有效提升。

3.2 通信層

作為自動化系統的網絡傳輸核心，通信層是可以使不同通信協議、不同廠家以及不同傳輸速度的通信信息實現統一轉換，并對間隔層與監控層之間的實時通信予以保障。同時還應根據綜合自動化系統的實際配置要求和規模進行設計，可采用多套通信層設備設置的方式實現分層。另外主要現場總線協議、網絡處理機、轉換器等構成通信層設備，其中需要對現場總線網路進行合理選擇，網絡介質可采用光纖，從而使系統遠距離傳輸性能有效提升。

3.3 監控層

作為自動化系統的功能核心，監控層具有SCADA/HMI功能，通常利用PowerView 系統予以實現;并利用PMS實現保護管理功能。在監控層網絡設計中，結合發電廠的實際情況，利用雙以太網對相關功能和數量進行設置。通常其主要功能包括： ECS 系統功能、SIS 和DCS 系統之間的接口功能;實現系統間隔層設備管理，對系統進行自檢，并進一步確定其是否存在故障。同時對間隔層設備、系統的狀態的運行參數設定和修改進行管理，對相關歷史信息進行記錄、分析。另外利用監控層的自診斷功能，使設備能夠對自身運行狀態進行檢查和故障的診斷。

4 電氣自動化系統的具體應用

4.1 聯鎖保護

外界因素極容易對電廠正常運行造成不利影響，通過電氣綜合自動化系統的引入，能夠實現相關設備的聯鎖保護，如發生意外狀況，可利用跳閘等方式，及時關停出現故障的設備或系統，防止故障范圍擴大，損壞電廠其他系統和設備。

4.2 繼電保護

在電廠實際運行過程中，通過繼電器的運用，使自動化控制得以實現，同時并對繼電運行進行有效調，利用對電氣參量和熱工參數數據進行限定，使設備回路得以有效保護。

4.3 裝置保護

發電廠運行所涉及相關設備具有較高的復雜性，并且數量繁多，通過此系統的運用，使設備之間能夠合理配置、共同協作，使整體工作效率提高，使電力設備所受到的外界因素的干擾有效減少，對其正常工作運行予以保障。

4.4 防雷保護

在發電廠生產運行過程程中，通過電氣綜合自動化程序的運用，使防雷設施的功能得以有效發揮，進一步確保發電廠的相關設備的正常運行。

5 電氣綜合自動化系統應用建議

5.1 基礎設施建設完善

目前為了使電氣綜合自動化系統設計和應用力度強化，發電廠首先應對系統應用加在研究力度，結合自身電氣設備和管理系統的實際情況，對升級進行升級和改造，使電氣設備自動化管理水平有效提高，從而對自動化管理體系進行構建，同時對電氣設備更新予以積極促進，為綜合自動化系統的應用成效提高提供有力的基礎條件。

5.2 培訓力度加強

在電氣綜合自動化系統應用過程中，需要保證相關技術和管理人員的專業水平和綜合質量。因此發電廠需要對自動化技術應用和管理人才培訓加強重視，積極組織各種形式的新型綜合自動化技術培訓，使相關人員的業務水平有效提升。同時還可聘請設備廠家的技術人員，就傳統變電站與新型綜合自動化變電站之間的技術標準、特點、區別以及新型設備的工作原理、基本構成等進行講解，對新型綜合自動化系統的相關基本知識進行普及，從而使生產人員的知識水平不斷提高，對新型綜合自動化變電站建設有了更深入的了解。另外在培訓過程中，還應組織生產人員就新技術應用和新型設備使用等問題與廠家技術人員進行積極交流，并根據實際現場情況，提高生產人員專業技術水平的同時，使人員的學習的積極性提升，對電氣綜合自動化系統的核心方法能夠更好的理解和掌握。另外通過理論與實踐要結合、互動交流等多種形式，使相關人員對自動化系統的安裝、故障處理、調試等相關技術熟練掌握，并結合現場演示等，對數據采集、終端錄入、計量自動化系統的建檔、在線排查、維護以及修改等功能等進行了解和掌握。

在培訓過程中，還需要針對日常維護管理中自動化設備常見問題進行分析，并結合現場示范操作，使相關人員能夠對問題的有效處理方法予以掌握，使相關人員的實操技能水平提高。另外通過對運維軟件的調試方法和操作流程進行演示和講解，使自動化班組操作人員能夠對其熟練掌握。

發電廠通過實踐培訓的有效開展，使自動化班組相關人員的技能水平大幅度提升，并對懂技術、有能力、動手能力強、善于創新的技術隊伍進行構建，從而為進一步促進自動化系統實用化應用發展奠定堅實的基礎。

6 結束語

發電廠通過加強電氣綜合自動化系統的設計和應用，能夠使自身運行管理水平和經濟效益大幅度提升，使質量和經濟兩個層面都得到長足的發展。所以在實際應用中，發電廠應對電氣綜合自動化系統加強研究，對設計理念和設計方式予以不斷創新和優化，從而進一步促進電力企業的可持續發展。

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