火電廠電氣自動化系統建設研究

廖曉東+朱瀟宇

摘要：隨著我國經濟發展水平的不斷提高，電氣自動化技術不斷進步與發展，在各領域中的應用越來越普遍，其中火電廠在各項生產中也廣泛應用到電氣自動化系統，能夠進一步實現故障信息識別與電氣系統的保護，是集診斷、自動化操作、監控為一體的綜合管理系統。文章對火電廠電氣自動化系統構成以及應用進行了研究。

關鍵詞：火電廠；電氣自動化；系統建設；故障信息識別；電氣系統保護 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）32-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.014

在火電廠生產中引進DCS技術以后，極大地增強了熱力系統的自動化效果，也是火電廠經濟效益與社會效益獲取的一個重要保證?；痣姀S中的電氣系統多使用常規設備與各項顯示儀表、操作系統等，故障監控與系統管理存在難度，并且在熱力控制與電氣控制上找不到平衡點。在信息技術以及通信技術不斷發展下，使用參數集控的方法有利于增強電氣控制的可靠性，使各個系統運行更加穩定，提高生產效率。

1 火電廠電氣自動化系統的構成

1.1 系統結構

火電廠電氣自動化系統中很多系統之間相互連接、支持，共同組成一個功能全面的系統，系統中配置了勵磁系統、發電機組以及直流系統。其中，能夠對直流系統測控組屏，配置在主控室內，再通過一體化設計，使用分層分布技術將其安裝在電控柜中，這種配置方法更加簡單、便于操作。不同單元都使用單獨的保護系統，能夠使測量與控制集中起來，使用Ethernet接入網絡與主站系統相互連接。在系統設計過程中，配置了智能裝置分別為Lonworks、RS485等，能夠在接口上實現自由轉換，更好地與主站系統完成通信。

間隔層。在電氣自動化系統中，間隔層裝置的作用非常大，能夠對測控裝置集中開發與應用，其中還包括了冗余裝置以及過程控制單元，能夠實現火電廠中饋線保護以及測控的相互轉換與投切?；痣姀S間隔層存在以下特點：使用國際標準的5U配電機箱，使整體設計流暢感增強；設計了整體面板與機箱后側的插孔連接，使回路的使用有所減少，增加了系統運行穩定性與抗干擾能力；使用SMT表面貼裝技術，增加了裝置抗干擾能力；系統中、低壓設備全部集測控與保護為一體，將其設置在開關柜中省去了二次接線的步驟，進一步節省了運行成本。

網絡層。網絡拓撲結構最主要的是總線布設，按照總線型方式布設能夠充分使用雙絞線以及光纖等，將這些線路與電纜結合，使布線整體更加簡化、管理更加方便。特點體現在：使用自愈環形的以太網，光纖型號為10/100M；網絡系統中使用的通訊介質能夠相互混合利用，依據實際生產情況自由選擇；總線行與環形是網絡拓撲的基本形態，也可以相互轉換利用。

站控層。電氣自動化系統中還包含了站控層，包括工程師站、通信站、操作站幾部分，每一個站都缺一不可，支持更加復雜的操作。操作員站能夠將商業數據庫與歷史數據庫訪問連接，實現不同數據庫的統一管理與布設；按照劃分好的間隔構建一個模板庫，實際生產對象從模板中派生出來；使用報表生成工具，各項生產數據自動生成，可以在Web中瀏覽。工程師站主要對繼電保護與故障錄波信息優化處理。通信站負責調度各項數據通信，隨時隨地獲取信息，與其他功能站進行信息共享。

1.2 系統功能介紹

能對微機變壓器進行保護。300kV以下電壓等級變壓器可以使用微機型變壓器保護裝置，基于信息技術，對設備中的電氣量實時保護與監督，還能對設備進行雙套主保護，使各項獨立配置要求得以滿足。保護功能很多，比如過勵磁保護、零序過壓保護、非全相位保護等。微機線路保護測控。5～56kV范圍內的電壓等級的電阻可以安裝在開關柜內。保護功能全面，比如，零序過流與負荷保護、降載與三相重合閘保護等。此外，還具備諸多測控功能，比如事故遙測、裝置變為遙測等。微機測控裝置。不同測控單元使用分布式系統時，都能按照不同的間隔測量與監控，從而精準測量一次設備。微機測控單元使用了30位DSP浮點處理裝置，支持15位轉換器，邏輯控制單元使用CPLD芯片，支持表面貼裝，還能將系統可靠性提高。

2 火電廠電氣自動化系統應用實例探究

2.1 某火電廠電子自動化系統應用概述

某火電廠在調查了各項生產狀況以后，配置了3組發電機，11MW機組中包含了4、5、6、7機，14MW為#2機標準容量。選擇5臺主變壓器并留出了2臺變壓器作為備用，將電壓劃分為三個等級和不同的支持段，分別為10kV母線與32kV母線、110kV母線，支持供電段對應為西北段、東南段。使用發電機電壓為5V，發電機端支持高壓廠用電，使用電抗器取電。在主控室中設置4臺電氣設備，兩臺一組分布在鍋爐與汽機兩側，通過通信信號聯絡。在7kV 1段中并入發電機與斷路器，可以選擇以下兩種接入方法：一種是將#4主變先接入到10kV母線中，然后途經#2將主變接入到32kV母線內；另一種方法是先經過電抗器在7kV 1段中接入2DK，使用備用電源設置好BZT回路；對低壓廠進行劃分，劃分出的兩段選取不同的低壓廠變，分別是40B與55B，讓38B低廠變保持恒定，支持BZT回路。人工調節勵磁器，設計使用了自動調節的變壓器與ZZQ-4自動裝置。

2.2 系統優化方案

在上述火電廠中，電氣系統的設計與應用情況如下：選用了種線路，4套發電機組，配備了5kV用電系統與勵磁系統等。間隔層設置了102個裝置，啟用了3臺主變壓器，在隔層還設置了20多個裝置，充分體現了智能化管理。

2.3 改造后的功能

使用了全新方案，將主控制中的電度表換為了可更新的電度表，更加便于管理與維護，在改用以后能夠實現后臺機的串行與更加通暢通信效果；將原有的出現保護屏撤銷了，使用微機控制裝置，讓測控實現一體化，每間隔一個單元配置10臺測控裝置，讓保護、測控在一個面屏中實現。通過此次改造，火電廠的各項操作基本實現了微機化與自動化，將控制臺保護屏取消以后使用了微機工作站，借助信息技術實現信息傳遞與共享；改變了過去操作習慣，將手工操作硬件變為了自動操控軟件，在一定程度上使電氣設備的使用更加高效、靈活，降低了故障發生率，真正實現了自動化操作。同時，主控室預留出了更多空間進行局部，也為電氣管理創造了條件。

數據采集與優化處理。在對系統集中改造以后，數據的采集更加及時、全面，除了使用傳統采集手段以外，還能采集到開關與模擬量，在對采集的內容充分整合、處理以后還能將數據存儲起來；畫面顯示：透過畫面能夠看到系統最真實的運行情況，更真實地將設備應用效果記錄下來，還能集中顯示電流、隔離開關等設備是否存在故障。

運行監視。過去火電廠生產依靠的各項系統對設備運行狀態缺少監視，很多隱藏的故障未能及時發現，而對系統改造以后，能夠更好地監視設備模擬量值、開關狀態等，為操作人員提供警示，發現潛在隱患并及時修補，結合圖像技術、語音技術、聲光技術等使報警更加及時。

故障濾波功能。各種系統故障都能通過模擬故障錄波捕捉到，還能體現出開關量多少與變化情況。具備更強的在線分析與識別功能，可以在線重新設定參數；發電機空載變化監測與勵磁監測、短路監測是新的功能組成，生成試驗報表再打印出來存入到系統內。如果系統中顯示了某個檢修的間隔狀態，說明間隔下的所有裝置都要進行檢修，系統不會再對裝置數據進行重復處理，也不需要再對裝置做任何調整。

運行日志。系統能夠對當日的日志自動更新、排班，每當新建一個日志，都能從窗口中顯示出來，日志中還有時間、日期以及崗位、值班人員、當日天氣等一些信息。在創建完本次排班日志以后，就可以將程序關閉然后監控其他事項，運行操作更加靈活與隨意。

故障錄波分析。在顯示出原始濾波以后，可以對各項數據文件進一步優化與處理，及時將故障還原與修正，進而更加合理地對故障原因、過程、結果進行分析與研究，提出更加有效的防范方案，使斷路器的運行更加可靠、穩定。在分析系統產生的諧波時，除了對電能質量進行判斷以外，還要盡可能地徹底將諧波消除，還可以對諧波適當補償。能夠結合實際生產標準對諧波總量進行計算，應用系統工具計算出25次諧波，對諧波分量進行計算，能夠發現諧波會影響到保護動作，可以通過驗證的方式檢查濾波效果，因為使用的保護裝置不同，諧波允許的最大數量也不同，常規線路需要將其中隱藏的高次與低次諧波全部清除，而對于一些有特殊功能的變壓器，可以通過分量的方式處理濾波。

3 結語

綜上所述，在火電廠中應用電氣自動化系統，在有效管理與配置了繼電保護信息，滿足了各項信息配置需求以外，才能融合勵磁系統與變壓器組，使用光線自愈環形以太網實現通信與并網連接通訊，并通過劃分不同的系統單元使信息實現了交換配置?？傊?，在信息技術與通信技術不斷發展下，火電廠的電氣自動化系統應用改造符合操作要求，還能實現電氣與熱控的結合，真正實現了火電廠生產與管理的自動化。

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作者簡介：廖曉東（1971-），男，浙江嘉興人，浙能阿克蘇熱電有限公司工程師，研究方向：火電廠設備及運行；朱瀟宇（1974-），女，浙江海鹽人，浙能嘉華發電有限責任公司助理工程師，研究方向：火電廠設備及檢修。

（責任編輯：蔣建華）