火力发电厂的电气自动化技术系统.doc

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1、王诗文，男，230103198207153615，助理工程师，佳木斯大学（2001-2005），学士学位，火力发电厂电气技术间就方向 火力发电厂的电气自动化技术系统 王诗文 （哈药集团制药总厂 116车间 黑龙江 哈尔滨 150086）摘要：讨论了火电厂电气自动化系统的内容，介绍了火电厂ECS的现状，结合近年来网络通信技术在自动化系统的应用，分析DCS系统的接线方式，阐明了采用基于现场总线的通信方案并具有与DCS经通信充分交换信息的ECS技术正在成为火电厂电气自动化技术的发展趋势。关键词：火力发电；电气自动化；DCS；控制 1引言火力发电厂由热控自动化和电气自动化两大部分组成，多年来热控自动化

2、得到了迅猛发展，与热控自动化相比，电气自动化就显得极不协调，虽然电气的继电保护、励磁调节、自动同期等装置实现了微机化，但电气的监控仍处于常规仪表、光字牌、连锁开关、一对一的硬手操水平，而电气的监控水平没有得到真正提高。为了使机组机、炉、电的控制水平协调一致，便于集中监控管理，将电气控制系统纳入DCS系统已是势在必行。本文就火电厂大型机组电气自动化的范畴和技术方案进行了讨论，介绍了常用的现场总线及其在火电厂自动化系统中的应用，介绍了新一代电气监控系统ECS和DCS的一体化解决方案。2电气系统自动化监控系统组成及功能2.1发电机变压器组监控,包括发变组高压侧断路器、励磁系统的灭磁开关、励磁调节器开

3、关、整流柜开关、AVR增、减磁控制，发电机并网、解列程序控制和软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能、温度、开关状态等监测。实现了励磁系统开关的联锁跳闸，发电机顺序并网、顺序解列，无功自动调节，失磁快减等功能。2.2 励磁系统的监控,同步发电机的一个重要组成部分，它的主要任务是向发电机励磁绕组提供一个可调节的直流电流，励磁系统的安全可靠性是非常重要的，直接关系到电网和机组的安全稳定运行，因此，在电气控制系统改造中仍采用原有的专用励磁装置，通过硬接线方式与DCS接口，实现发电机并网、解列程序控制、失磁快减和软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能等参数监测的功能。2.3 高

4、压厂用电系统的监控, 包括高压厂用电源系统的高压厂用电源变压器（断路器）、高压启/备变压器（断路器）、低压厂用电源系统的单元低压、公用低压变压器（断路器）、交流380V/220V保安电源系统的进出线断路器等开关的联锁、闭锁程序控制和软手操控制，公用系统的联锁、闭锁控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能、温度、开关状态、直流电源和UPS电源等监测。实现了开关的联锁、闭锁控制，厂用电源备自投（BZT）功能。2.4 继电保护系统的监控, 其原理复杂、专业性强，在火力发电厂中占据非常重要的地位. 将电气系统纳入DCS分散控制系统的首要原则是满足（火力发电厂设计技术规程、继电保护等有关规程）的要求

5、，保证电气系统纳入DCS后的安全可靠性。2.5自动准同期装置（ASS）的监控,发电机和电网的同期并列操作是电气运行中最复杂、最重要的操作, 发电机在并网过程中，必须满足（1）发电机和电网的相序必须相同；（2）发电机和电网的电压接近相等；（3）发电机和电网的频率接近相等；(4) 发电机电压和电网电压的相位接近相等。否则将发生非同期并列事故，严重时损坏发电机的定子绕组或造成大轴损坏事故。因此，在电气控制系统改造中仍采用专用的自动准同期装置（ASS），通过硬接线方式与DCS接口，实现发电机并网、解列程序控制、软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功等参数监测的功能。2.6 直流系统和UPS系统的

6、监控, 只是监视，不参与控制；对直流系统的母线电压、充电器工作状态；UPS充电电流、工作状态等进行监视、报警。2.7 启，备变电源自动投切的监控, 正常运行时进行电源切换，采用经同期并联切换，并且以慢速断电切换作为后备方式。当正常运行中工作电源事故跳闸时，启动备用电源自投回路。当工作电源与备用电源的电动势夹角20度时，闭锁备用电源断路器合闸回路。只有当工作电源母线残压衰减到20Un时，才能接通备用电源断路器合闸回路，即慢速断电切换。2.8柴油发电机和保安电源的监控,实现柴油发电机母线电压，柴油发电机出口电流、功率，柴油发电机主开关状态和故障报警的监视；完成柴油发电机的启停控制。3火电厂电气自动

7、化系统功能发电厂电气自动化应实现对发变组及高低压电气设备电气参数实时监测和安全监控，有效提高电厂运行安全性和可靠性，保证供电电能质量，减少值班人员，改善运行人员的工作条件。根据调度指令实现机组功率的经济分配，提高电厂经济效益，满足电厂综合运行管理功能【1】。3.1实时数据采集通过间隔层装置对各元件的模拟量、开关量、脉冲量等实时数据进行采集并存人数据库。3.2数据处理与记录记录日报、月报、年报并可自由设置报表。3.3画面显示监控画面应包括：电气主接线图、发电机接线图、励磁系统接线图、启备变接线图、6 kV厂用电系统图、380 kV厂用电系统图、直流电源系统图、UPS电源系统图等，并有电压棒图、负

8、荷曲线显示。3.4控制闭锁功能跳合开关、投退软压板，具有断路器、隔离开关、接地刀闸之间的操作闭锁，设置操作员密码，以适应各级管理，3.5打印功能打印运行参数、画面、报表、棒图、曲线、实时数据库等。3.6自诊断与自恢复功能。3.7故障录波功能对故障进行录波，并对故障数据进行在线分析。如谐波分析、不对称运行分析等。3.8定值管理，可查询与修改保护定值。3.9电气试验特性具备对发电机、变压器特性试验，励磁系统特性试验等的自动记录及曲线打印。3.10发电机的AVR、自动准同期、厂用电快速切换有专用的装置实现，并应配置测控装置来实现监控功能。3.11应有相应的软件，实现发电机顺控并网、顺控解列、厂用电源

9、切换的控制。3.12可通过网络与DCS系统相连，实现数据资源的共享。4发电厂厂用电电气自动化系统（EFCS或ECS）的构成从结构上看，ECS系统可分成三层：第一层：间隔层。这一层主要为完成各种专业化功能的智能装置，包括厂用电高压6KV10KV系统系列保护测控装置，厂用电低压400V，系统系列智能控制器及测控装置，厂用电源快速切换装置，低压备用自投装置，自动准同期控制装置，小电流接地选线装置，直流接地选线装置等。这些智能装置通常都以嵌入式软硬件技术开发，有CPU、AD、RAM、EEPROM、现场总线或以太网对外通信接口等。第二层：通信管理层。这一层主要包括通信网络及通信管理装置，主要完成与上述各

10、种智能装置、DCS系统、电气后台监控系统、发电厂其它智能设备（如发电机保护、励磁调节装置等）、发电厂其它系统（如厂级监控系统SIS）的通信。通信方式采用工业以太网和现场总线，如PROFIBUS、CAN等，通信管理装置实现不同现场总线接口标准的互联以及不同通信规约的转换。第三层：站控层。这一层主要包括后台监控系统计算机了、硬件和各种专业应用软件、硬件有服务器、工作站等，用用软件包括SCADA（数据采集和监控）、厂用电抄表、录波分析、电动机故障诊断等各种基础应用及高级应用功能软件，以及后台系统与发电厂其他管理系统（如MIS系统）间的通信接口软件。发变组、励磁系统、直流系统的保护测控可集中组屏放在主

11、控室，厂用电系统的保护测控单元采用一体化设计，可运用分层分布技术直接安装在开关柜上，以简化设计、方便施工。各单元独立完成本间隔的保护、测量和控制功能。间隔层单元直接通过Ethernet网接入主站系统。系统设计遵循IEC 60870-5103、IEC60870-5104传输规约，安全可靠性和开放性都得到了极大提高【2】。微机自动准同期、厂用电快速切换装置等智能装置可通过RS232、RS485、Lonworks等接口接入，通过网关实现规约和接口的转换，从而实现和主站系统的通信。系统结构图如下所示。5结束语 在电厂的电气自动化亟待提高的今天，探讨火电厂电气自动化系统具有很好的实际意义。火电厂电气自动

12、化系统的应用，提高了火电厂电气系统的自动化水平及运行管理水平。系统综合应用计算机、保护、测量、分层分布控制及通信技术的最新成果，实现火电厂电气系统的运行、保护、控制、故障信息管理、故诊断、电气性能优化等功能的综合自动化。充分利用电气系统联网后信息全面的优势，加强电气信息的应用，完成较为复杂的电气运行管理工作。改造后所产生的综合经济效益在不同程度上补偿了投资费用，不久将收回投资，而且换来了良好的设备性能，提高了机组整体自动化水平，确保了机组安全、稳定、经济运行，为今后参与电力市场的竞争打下了良好的基础。参考文献1贺家李。宋从矩电力系统继电保护原理【M】北京：中国电力出版社，19942陈文高配电系统可靠性实用基础【M】北京：中国电力出版社，1998