廖曉東+朱瀟宇

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，電氣自動(dòng)化技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展，在各領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越普遍，其中火電廠在各項(xiàng)生產(chǎn)中也廣泛應(yīng)用到電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)故障信息識(shí)別與電氣系統(tǒng)的保護(hù)，是集診斷、自動(dòng)化操作、監(jiān)控為一體的綜合管理系統(tǒng)。文章對火電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成以及應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：火電廠；電氣自動(dòng)化；系統(tǒng)建設(shè)；故障信息識(shí)別；電氣系統(tǒng)保護(hù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

在火電廠生產(chǎn)中引進(jìn)DCS技術(shù)以后，極大地增強(qiáng)了熱力系統(tǒng)的自動(dòng)化效果，也是火電廠經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益獲取的一個(gè)重要保證?；痣姀S中的電氣系統(tǒng)多使用常規(guī)設(shè)備與各項(xiàng)顯示儀表、操作系統(tǒng)等，故障監(jiān)控與系統(tǒng)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(diǎn)。在信息技術(shù)以及通信技術(shù)不斷發(fā)展下，使用參數(shù)集控的方法有利于增強(qiáng)電氣控制的可靠性，使各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效率。

1 火電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

火電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中很多系統(tǒng)之間相互連接、支持，共同組成一個(gè)功能全面的系統(tǒng)，系統(tǒng)中配置了勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組以及直流系統(tǒng)。其中，能夠?qū)χ绷飨到y(tǒng)測控組屏，配置在主控室內(nèi)，再通過一體化設(shè)計(jì)，使用分層分布技術(shù)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(dú)的保護(hù)系統(tǒng)，能夠使測量與控制集中起來，使用Ethernet接入網(wǎng)絡(luò)與主站系統(tǒng)相互連接。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，配置了智能裝置分別為Lonworks、RS485等，能夠在接口上實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)換，更好地與主站系統(tǒng)完成通信。

間隔層。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，間隔層裝置的作用非常大，能夠?qū)y控裝置集中開發(fā)與應(yīng)用，其中還包括了冗余裝置以及過程控制單元，能夠?qū)崿F(xiàn)火電廠中饋線保護(hù)以及測控的相互轉(zhuǎn)換與投切。火電廠間隔層存在以下特點(diǎn)：使用國際標(biāo)準(zhǔn)的5U配電機(jī)箱，使整體設(shè)計(jì)流暢感增強(qiáng)；設(shè)計(jì)了整體面板與機(jī)箱后側(cè)的插孔連接，使回路的使用有所減少，增加了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與抗干擾能力；使用SMT表面貼裝技術(shù)，增加了裝置抗干擾能力；系統(tǒng)中、低壓設(shè)備全部集測控與保護(hù)為一體，將其設(shè)置在開關(guān)柜中省去了二次接線的步驟，進(jìn)一步節(jié)省了運(yùn)行成本。

網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最主要的是總線布設(shè)，按照總線型方式布設(shè)能夠充分使用雙絞線以及光纖等，將這些線路與電纜結(jié)合，使布線整體更加簡化、管理更加方便。特點(diǎn)體現(xiàn)在：使用自愈環(huán)形的以太網(wǎng)，光纖型號(hào)為10/100M；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用的通訊介質(zhì)能夠相互混合利用，依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況自由選擇；總線行與環(huán)形是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕拘螒B(tài)，也可以相互轉(zhuǎn)換利用。

站控層。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)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(gè)站都缺一不可，支持更加復(fù)雜的操作。操作員站能夠?qū)⑸虡I(yè)數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫訪問連接，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一管理與布設(shè)；按照劃分好的間隔構(gòu)建一個(gè)模板庫，實(shí)際生產(chǎn)對象從模板中派生出來；使用報(bào)表生成工具，各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成，可以在Web中瀏覽。工程師站主要對繼電保護(hù)與故障錄波信息優(yōu)化處理。通信站負(fù)責(zé)調(diào)度各項(xiàng)數(shù)據(jù)通信，隨時(shí)隨地獲取信息，與其他功能站進(jìn)行信息共享。

1.2 系統(tǒng)功能介紹

能對微機(jī)變壓器進(jìn)行保護(hù)。300kV以下電壓等級(jí)變壓器可以使用微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置，基于信息技術(shù)，對設(shè)備中的電氣量實(shí)時(shí)保護(hù)與監(jiān)督，還能對設(shè)備進(jìn)行雙套主保護(hù)，使各項(xiàng)獨(dú)立配置要求得以滿足。保護(hù)功能很多，比如過勵(lì)磁保護(hù)、零序過壓保護(hù)、非全相位保護(hù)等。微機(jī)線路保護(hù)測控。5～56kV范圍內(nèi)的電壓等級(jí)的電阻可以安裝在開關(guān)柜內(nèi)。保護(hù)功能全面，比如，零序過流與負(fù)荷保護(hù)、降載與三相重合閘保護(hù)等。此外，還具備諸多測控功能，比如事故遙測、裝置變?yōu)檫b測等。微機(jī)測控裝置。不同測控單元使用分布式系統(tǒng)時(shí)，都能按照不同的間隔測量與監(jiān)控，從而精準(zhǔn)測量一次設(shè)備。微機(jī)測控單元使用了30位DSP浮點(diǎn)處理裝置，支持15位轉(zhuǎn)換器，邏輯控制單元使用CPLD芯片，支持表面貼裝，還能將系統(tǒng)可靠性提高。

2 火電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例探究

2.1 某火電廠電子自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用概述

某火電廠在調(diào)查了各項(xiàng)生產(chǎn)狀況以后，配置了3組發(fā)電機(jī)，11MW機(jī)組中包含了4、5、6、7機(jī)，14MW為#2機(jī)標(biāo)準(zhǔn)容量。選擇5臺(tái)主變壓器并留出了2臺(tái)變壓器作為備用，將電壓劃分為三個(gè)等級(jí)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(yīng)為西北段、東南段。使用發(fā)電機(jī)電壓為5V，發(fā)電機(jī)端支持高壓廠用電，使用電抗器取電。在主控室中設(shè)置4臺(tái)電氣設(shè)備，兩臺(tái)一組分布在鍋爐與汽機(jī)兩側(cè)，通過通信信號(hào)聯(lián)絡(luò)。在7kV 1段中并入發(fā)電機(jī)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(jīng)#2將主變接入到32kV母線內(nèi)；另一種方法是先經(jīng)過電抗器在7kV 1段中接入2DK，使用備用電源設(shè)置好BZT回路；對低壓廠進(jìn)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(diào)節(jié)勵(lì)磁器，設(shè)計(jì)使用了自動(dòng)調(diào)節(jié)的變壓器與ZZQ-4自動(dòng)裝置。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)化方案

在上述火電廠中，電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況如下：選用了種線路，4套發(fā)電機(jī)組，配備了5kV用電系統(tǒng)與勵(lì)磁系統(tǒng)等。間隔層設(shè)置了102個(gè)裝置，啟用了3臺(tái)主變壓器，在隔層還設(shè)置了20多個(gè)裝置，充分體現(xiàn)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(hù)，在改用以后能夠?qū)崿F(xiàn)后臺(tái)機(jī)的串行與更加通暢通信效果；將原有的出現(xiàn)保護(hù)屏撤銷了，使用微機(jī)控制裝置，讓測控實(shí)現(xiàn)一體化，每間隔一個(gè)單元配置10臺(tái)測控裝置，讓保護(hù)、測控在一個(gè)面屏中實(shí)現(xiàn)。通過此次改造，火電廠的各項(xiàng)操作基本實(shí)現(xiàn)了微機(jī)化與自動(dòng)化，將控制臺(tái)保護(hù)屏取消以后使用了微機(jī)工作站，借助信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息傳遞與共享；改變了過去操作習(xí)慣，將手工操作硬件變?yōu)榱俗詣?dòng)操控軟件，在一定程度上使電氣設(shè)備的使用更加高效、靈活，降低了故障發(fā)生率，真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作。同時(shí)，主控室預(yù)留出了更多空間進(jìn)行局部，也為電氣管理創(chuàng)造了條件。

數(shù)據(jù)采集與優(yōu)化處理。在對系統(tǒng)集中改造以后，數(shù)據(jù)的采集更加及時(shí)、全面，除了使用傳統(tǒng)采集手段以外，還能采集到開關(guān)與模擬量，在對采集的內(nèi)容充分整合、處理以后還能將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來；畫面顯示：透過畫面能夠看到系統(tǒng)最真實(shí)的運(yùn)行情況，更真實(shí)地將設(shè)備應(yīng)用效果記錄下來，還能集中顯示電流、隔離開關(guān)等設(shè)備是否存在故障。

運(yùn)行監(jiān)視。過去火電廠生產(chǎn)依靠的各項(xiàng)系統(tǒng)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)缺少監(jiān)視，很多隱藏的故障未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而對系統(tǒng)改造以后，能夠更好地監(jiān)視設(shè)備模擬量值、開關(guān)狀態(tài)等，為操作人員提供警示，發(fā)現(xiàn)潛在隱患并及時(shí)修補(bǔ)，結(jié)合圖像技術(shù)、語音技術(shù)、聲光技術(shù)等使報(bào)警更加及時(shí)。

故障濾波功能。各種系統(tǒng)故障都能通過模擬故障錄波捕捉到，還能體現(xiàn)出開關(guān)量多少與變化情況。具備更強(qiáng)的在線分析與識(shí)別功能，可以在線重新設(shè)定參數(shù)；發(fā)電機(jī)空載變化監(jiān)測與勵(lì)磁監(jiān)測、短路監(jiān)測是新的功能組成，生成試驗(yàn)報(bào)表再打印出來存入到系統(tǒng)內(nèi)。如果系統(tǒng)中顯示了某個(gè)檢修的間隔狀態(tài)，說明間隔下的所有裝置都要進(jìn)行檢修，系統(tǒng)不會(huì)再對裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)處理，也不需要再對裝置做任何調(diào)整。

運(yùn)行日志。系統(tǒng)能夠?qū)Ξ?dāng)日的日志自動(dòng)更新、排班，每當(dāng)新建一個(gè)日志，都能從窗口中顯示出來，日志中還有時(shí)間、日期以及崗位、值班人員、當(dāng)日天氣等一些信息。在創(chuàng)建完本次排班日志以后，就可以將程序關(guān)閉然后監(jiān)控其他事項(xiàng)，運(yùn)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(xiàng)數(shù)據(jù)文件進(jìn)一步優(yōu)化與處理，及時(shí)將故障還原與修正，進(jìn)而更加合理地對故障原因、過程、結(jié)果進(jìn)行分析與研究，提出更加有效的防范方案，使斷路器的運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定。在分析系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波時(shí)，除了對電能質(zhì)量進(jìn)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(dāng)補(bǔ)償。能夠結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)對諧波總量進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)用系統(tǒng)工具計(jì)算出25次諧波，對諧波分量進(jìn)行計(jì)算，能夠發(fā)現(xiàn)諧波會(huì)影響到保護(hù)動(dòng)作，可以通過驗(yàn)證的方式檢查濾波效果，因?yàn)槭褂玫谋Ｗo(hù)裝置不同，諧波允許的最大數(shù)量也不同，常規(guī)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(jié)語

綜上所述，在火電廠中應(yīng)用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，在有效管理與配置了繼電保護(hù)信息，滿足了各項(xiàng)信息配置需求以外，才能融合勵(lì)磁系統(tǒng)與變壓器組，使用光線自愈環(huán)形以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信與并網(wǎng)連接通訊，并通過劃分不同的系統(tǒng)單元使信息實(shí)現(xiàn)了交換配置?？傊?，在信息技術(shù)與通信技術(shù)不斷發(fā)展下，火電廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用改造符合操作要求，還能實(shí)現(xiàn)電氣與熱控的結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)了火電廠生產(chǎn)與管理的自動(dòng)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧德橋.發(fā)電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)用淺析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（下半月），2015，34（23）.

[2] 奚國鋒.PLC在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].黑龍江科技信息，2015，（19）.

[3] 譚焰釗.試析建筑設(shè)備電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的節(jié)能控制[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，（14）.

[4] 郝永.對目前火力發(fā)電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用研究[J].中國化工貿(mào)易，2016，8（1）.

[5] 孫強(qiáng).智能樓宇電氣自動(dòng)化系統(tǒng)相關(guān)問題分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014，（30）.

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(shè)備及運(yùn)行；朱瀟宇（1974-），女，浙江海鹽人，浙能嘉華發(fā)電有限責(zé)任公司助理工程師，研究方向：火電廠設(shè)備及檢修。

（責(zé)任編輯：蔣建華）