發電廠電氣控制與保護設計的研究

謝依宸

[摘 ? ?要]發電廠的安全穩定運行離不開科學合理的監控，在以往的技術背景下，電廠電氣控制主要由人來完成，不僅效率低而且成本高。隨著科學技術的發展，電氣自動化技術開始走進發電廠并成為發電廠最主要的控制技術。文章基于發電廠電氣控制現狀對發電廠電氣控制與保護設計的有效性策略展開研究，旨在完善發電廠電氣控制系統，提升電廠運行管理水平。

[關鍵詞]發電廠;電氣控制;電氣保護

[中圖分類號]TM77 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]The safe and stable operation of power plant can not be separated from scientific and reasonable monitoring. Under the previous technical background， the electrical control of power plant is mainly accomplished by people， which is not only inefficient but also high in cost. With the development of science and technology， electrical automation technology began to enter the power plant and become the most important control technology of the power plant. Based on the current situation of power plant electrical control， this paper discusses the effectiveness strategy of power plant electrical control and protection design， in order to improve the power plant electrical control system and improve the level of power plant operation and management.

[Keywords]power plant; electrical control; electrical protection

目前，發電廠的電氣控制與保護技術已經取得了長足進步，計算機、DCS等在發電廠中的應用使得電廠安全管理水平極大提升，發電廠的經濟效益、社會效益等都有了一定保障。但盡管如此，發電廠電氣控制與保護系統中還是存有一些不足，具體分析如下。

1 發電廠電氣控制與保護設計現存問題

1.1 整體技術水平有待提升

盡管近年來我國電力生產、電氣控制技術等有了很大的發展與進步，但是整體的技術水平仍有待提升，在具體的電力生產活動中，一些問題仍因技術限制而無法及時有效解決。如發電廠電氣控制系統中單元機組控制室的空間過大，導致機組運行效率不高，使電力生產成本不高。同時我國電氣控制系統的自動化與智能化水平還有待提升。

1.2 機組控制協調性不高

除了自動化與智能化水平有待提升外，發電廠電力控制系統中各機組之間的協調性也相對較低，機組之間的低協調性使發電廠生產效能降低，資源損耗嚴重。當前發電廠的生產系統主要是由發電機、變流器、風機等構成，這些部分相互影響，任何一個模塊的運行狀態都會對整體的發電效果產生直接影響。要想全面提升發電廠運行效能，就需要實現對各機組的統一管理、統一控制與統一指揮。但目前發電廠對各機組的協調管理水平還有待提升。

1.3 電氣設備管理效果低下

對發電廠網控設備檢修系統做深入研究后發現，發電廠在電氣設備控制方面還存在較多問題。風電廠各電氣設備基本都屬于半露天狀態下，受環境影響很大。因此在生產運營期間必須要高度重視對各設備的檢查與維修管理。但目前受管理手段單一、信息化水平不高等原因導致電氣設備得不到有效管理與維護，設備中的一些潛在性隱患無法被及時發現與解決。此外，電廠電氣系統所采用的通信協議格式差異較大，不同傳感器的通信接口也不統一，這些問題導致數據無法順利傳輸，進而導致設備運維工作無法及時開展。

2 發電廠電氣控制與保護設計有效性策略

2.1 科學選擇電氣控制室

在發電廠電氣控制系統中，控制室是一個十分重要的組成，選擇哪種形式的控制室就直接決定了后續使用哪種控制方式。目前在發電廠電氣控制系統中常見到兩種形式的控制室，分別是單機一控模式與兩機一控模式。這兩種模式的控制室既有優點也有缺點。選用單機一室的控制室時，工作人員便于開展調試、測量、監視、操作與安裝等各項工作，整個控制室內的空間會比較大，環境相對好，各單元機組也能得到相對有效的保護。而缺點便是管理的集中化程度不高，操作與管理時需要較多人員的參與，不利于管理程序的簡化與管理效能的提升。若選用兩機一控模式的控制室，那么整個控制系統的接線會比較簡單，管理的集中化程度高，人員投入少，操作便利，對電纜的使用量少，系統運行成本得以降低。缺點是當其中一臺設備發生故障時，另一臺也會受到影響，因而在某些情況下可能無法保證發電廠的不間斷生產與運作。當前在電氣控制室選用方面還沒有統一的標準，因此在進行電氣控制系統設計時設計人員主要根據電廠的單機容量等因素做合理選擇。

2.2 合理比選電氣設備控制方式

目前，我國各發電廠普遍采用以下三種電氣設備控制方式：強電控制、弱電選線控制、微機監控控制。這三種控制方法各有優缺點，但從整體上來看，強電控制的科學性與合理性要更高一些。如相較于弱電選線控制，強電控制不僅接線簡單、運行方便，而且可靠性高、安全性強，在開展調試等工作時也非常便利。因此這一電氣控制方式是我國大部分發電廠所采用的。微機監控控制方式相較于強電控制與弱電選線控制方式，最大的優點就在于自動化水平高。微機監控控制是在現代互聯網、計算機等先進技術的基礎上發展起來的一項比較先進的自動化控制技術，將微機監控接入到DCS系統后，系統運行效率將極大提高，機組運行的自動化水平將有效提升。因此在條件允許的情況下可優先考慮微機監控控制方式。

2.3 機組監控系統合理布設

發電廠有許多輔助系統，這些系統的運作標準與流程不一，因此在設計時需要根據系統的具體特點以及運行需求合理選擇適合的控制以及保護方式，從而獲得最為理想的管控效果。對于電力系統、遠程控制系統等應遵循統一設備選型、統一設計標準等原則，實現全CRT監控，有效提高電廠電氣管理水平。

在設計時，可于CCS中納入電氣控制系統，并做到分散分層布置。為了提升系統的可靠性，還可配置站控層、通訊管理層以及間隔層等，使CCS與DCS之間能順暢溝通。在進行電氣控制系統設計時，也可按照物理分散、功能分散等原則科學設計單元機組監控系統，讓系統功能更加全面，運行狀態更加穩定。對于發電廠中電子設備間，可采用小集控室，并且按照分散布置的原則進行電子設備間的規劃與布置，實現全廠監控與管理信息系統的網絡化。

2.4 重視電氣設備防護設計

針對前文提到的設備監測方式、數據采集范圍不廣泛等問題，建議設計人員能采取以下措施進行優化：①增加監測系統中的裝置，可對系統中裝置類型進行豐富，數量進行提升，以此提高設備數據采集的全面性。如為了更及時地發現設備螺絲松動等細小問題，可在相應部位增設遠程紅外線熱成像裝置與紅外線在線測溫裝置，利用這些裝置采集容易遺漏掉的數據，使設備螺絲松動、絕緣性能下降等問題能得到全面反映。②統一規劃設備監測系統的數據接口、通信格式等，并且對監測數據的采集、統籌、管理等合理安排與布局，讓不同傳感器具有通信協議格式差異這一問題得到有效解決。此外，針對監測系統中的權重系數評價方式缺陷，可通過改變評價方式以及對參數設置限值等方式進行解決，讓系統的監督管理水平得到有效提升。

2.5 加強系統防干擾設計

風電廠各電氣設備基本都屬于半露天狀態下，雨雪、雷擊等會對設備運行狀態產生較大影響。鑒于此，在進行電氣控制與保護設計時就應認真做好系統防干擾設計，將系統發生運行故障的概率降到最低。設計時工作人員要詳細考察風電場地貌條件與區域內的氣候條件，準確掌握各項因素對電氣設備以及系統的影響，在此基礎上做好防干擾設計，保證系統的正常穩定運行。針對外部雷擊以及設備內部噪音等干擾因素給發電設備帶來的影響，可采取屏蔽、隔離等措施來增強系統抗干擾能力，將各因素對系統造成的負面影響降到最低。針對線路傳送過程中產生的干擾問題，可通過屏蔽電纜傳輸或是在機柜一端進行接地等方式來消除干擾，確保電力的正常穩定傳輸。若在供電回路中存在干擾，就可利用電源低通濾波技術將高次諧波帶給系統的干擾消除，讓系統能夠正常穩定運行。

2.6 優化電池選擇

在發電廠直流系統中常用到堿性鎘鎳電池、閥控式鉛酸電池、固定型的防酸隔爆式蓄電池。在上述幾類電池中，鉛酸蓄電池被使用的最多。這種電池生產難度低、價格也相對合理，但是其由于體積較大因而會占據較大的面積。并且該種普通的蓄電池也存有較多質量隱患，如鉛酸蓄電池若長時間使用就會飄散出較多的酸霧，從而導致環境受到污染。堿性鎘鎳蓄電池的污染性雖然相對較小，但由于生產技術還不夠成熟完善因此也存有一些缺點。如在使用過程中有可能會出現堿滲漏的情況，并且使用堿性鎘鎳蓄電池時還需要安排專人定期補液。更重要的是這類蓄電池市場價格較高。因此從整體上來講用閥控式鉛酸蓄電池的實用性要最好。①這種電池體積合理，占地面積不大，在使用過程中也不會出現堿滲漏或者是酸霧逸出等問題。②電池使用起來較為方便，如在電池容量較小的情況下就無需設置單獨的空間，因而極大簡化了整個控制系統的結構，優化了控制系統的性能。

2.7 合理布設監控系統硬接線與通信管理層

在當前的技術背景下，設計人員在將電氣信息順利接入DCS時，多采用硬接線方式。這種接線方式雖有一定的科學性與合理性，但是也存有一些問題。如信息存儲量不大，在這種接線方式下，只能將普通的電度表安裝到電廠的用電回路中，然而普通的電度表不具備電氣管理、濾波分析以及事故追憶等功能，因此會使系統的管理與運維十分困難，會導致生產系統發生故障的幾率增加。鑒于此，建議在設計電氣控制與保護系統時對上述接線方式進行更換，如使用當前比較先進的以太網技術與現場總線接線方式來替換硬接線方式，以豐富系統功能，提高信息傳輸速率，讓一體化、動態化監控得以實現。

2.8 優化信號與測量系統選擇

在發電廠運行過程中，中央信號系統發出信號對其他系統進行組織協調，讓電力生產活動能順利完整。因此信號系統的設計也是一項重要內容。當前在設計發電廠信號系統時，設計人員常用到以下兩種方法：基于微機閃光報警器創建信號系統以及利用光私牌與沖擊繼電器構建起信號系統。在以往的技術條件下，第二種類型的信號系統被應用的最為廣泛，但近幾年技術迅速發展起來后這一類型的信號系統就逐漸被棄之不用。主要原因是該信號系統無法有效記憶瞬時信號，并且報警形式也比較單一，系統整體的可靠性較低。除此之外，由于技術相對落后，因而系統在運行過程中會產生較大的能耗，不符合當前節能環保的要求。而與由光私牌與沖擊繼電器構建起信號系統相比，基于微機閃光報警器創建的信號系統則顯得十分安全可靠。這一系統利用先進技術彌補傳統信號系統的缺陷，能實現對瞬時信號的準確記憶，更重要的是系統信號回路簡單，因而降低了運維難度以及運行功耗，提升了發電廠生產效益。且該信號系統對接受的信號數量沒有限制，因此其更符合當前需求。在具體的設計活動中可優先選用基于微機閃光報警器創建的信號系統。

3 結語

健全完善的電氣控制與保護系統是保障發電廠安全高效運行的關鍵。當前我國發電廠電氣控制與保護水平雖有所提升，但相較于發達國家還有很大的提升空間。為此應基于我國國情，結合發電廠實際需求進一步加大對電氣控制與保護技術的研究，充分運用現代先進技術提升電氣控制與保護水平，為我國電力事業的發展提供更有力保障。

參考文獻

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