張永剛

(青島海西熱電有限公司,山東 青島 266000)

1 熱電廠電氣監(jiān)控的特點和范圍

在20世紀(jì)90年代之前，我國熱電廠自動化控制技術(shù)不發(fā)達(dá)，因此熱電廠的生產(chǎn)控制也并沒有實現(xiàn)高度的自動化，電氣控制與機(jī)爐控制各自獨立，兩者協(xié)調(diào)性不高。對于熱電廠而言，實現(xiàn)自動化控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就在于如何設(shè)計電氣監(jiān)控方案、提升自動化整體監(jiān)控水平。

1.1 特點

與熱工自動化相比，熱電廠對電氣系統(tǒng)的控制具有以下顯著的區(qū)別特征：

(1)熱工自動化系統(tǒng)與電氣監(jiān)控系統(tǒng)相比，其設(shè)備數(shù)量及控制對象更多且操作頻次更高，而電氣監(jiān)控系統(tǒng)不僅設(shè)備數(shù)量更少，而且操作間隔可達(dá)數(shù)月乃至半年。

(2)電氣設(shè)備對于電壓及自動保護(hù)裝置的要求更高，比如轉(zhuǎn)速、電壓滑壓控制及調(diào)整幅度均需要控制在5 m/s以內(nèi)。

(3)電氣設(shè)備系統(tǒng)具有比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但其操作邏輯更為清晰簡潔。

1.2 范圍

熱電廠的電氣監(jiān)控系統(tǒng)需要將發(fā)電機(jī)、變電設(shè)備、110 kV進(jìn)線電壓、廠用電及直流系統(tǒng)等多種設(shè)備系統(tǒng)涵蓋在內(nèi)，并按照相應(yīng)的操作邏輯完成對所有控制對象的聯(lián)動控制(含110 kV開關(guān)，發(fā)電機(jī)開關(guān)，6 kV廠用電進(jìn)線、聯(lián)絡(luò)開關(guān)，400 V廠用電進(jìn)線、聯(lián)絡(luò)開關(guān)，直流系統(tǒng))及遠(yuǎn)方控制。主要監(jiān)視功能針對110 kV進(jìn)線、110 kV母、110 kV主變、發(fā)電機(jī)、6 kV電動機(jī)、6 kV廠用變、6 kV出線、400 kV母線進(jìn)線及母聯(lián)，另外還需要對隔離刀閘、斷路器的運行參數(shù)、運行狀態(tài)進(jìn)行全時監(jiān)控測量，并控制其各種保護(hù)裝置的狀態(tài)與動作。

2 熱電廠電氣監(jiān)控現(xiàn)有方案

實現(xiàn)熱電廠電氣監(jiān)控主要有以下三種方案：

2.1 方案一

采用傳統(tǒng)電氣監(jiān)控布局方案。將發(fā)電機(jī)控制與廠用電控制中心設(shè)置于主控制室內(nèi)，對被控制的對象采用強(qiáng)電一對一控制，并輔以監(jiān)測儀表、指示燈和顯示屏等。這種方案具有較高的安全性和可靠性，但其缺點是安裝調(diào)試費工費時、接線方案較為復(fù)雜且后期調(diào)整監(jiān)控參數(shù)比較困難。此種監(jiān)控布局方案也不能與主機(jī)調(diào)速裝置共同協(xié)作從而實現(xiàn)對機(jī)組啟停順序的設(shè)置，導(dǎo)致不能設(shè)置個性化的控制策略以及實現(xiàn)對電氣設(shè)備的優(yōu)化，因此這種方案已經(jīng)在實踐中被逐步淘汰。

2.2 方案二

將DCS數(shù)據(jù)采集處理中心與斷路器、位置信號等開關(guān)量直接連接。電流、電壓等初始模擬量轉(zhuǎn)換為4～20 mA的電流后輸送至DCS數(shù)據(jù)采集處理中心。此種方案的優(yōu)勢是機(jī)爐電控系統(tǒng)可以使用統(tǒng)一的界面，從而方便進(jìn)行全局化管理，且不存在通信上的阻礙，因此有相當(dāng)一部分熱電機(jī)組都是采用了這種方案。但其缺點是變送器的接線工作過于煩瑣且成本過高，又很難達(dá)到理想的監(jiān)控精度，且部分智能控制單元及微機(jī)保護(hù)裝置還是無法與DCS直接通信。因此這種方案不能完全滿足熱電廠電氣監(jiān)控的需要。

2.3 方案三

基于綜合的變電站自動化運行技術(shù)，使用分層、分布式的綜合電氣自動化系統(tǒng)來執(zhí)行監(jiān)控操作。綜合自動化系統(tǒng)在架構(gòu)上可以分為間隔控制與站級控制兩個層級。間隔控制層的核心設(shè)備包括了發(fā)電機(jī)、主變設(shè)備、110 kV進(jìn)線、6 kV線路、廠用變等的保護(hù)測控裝置。

間隔控制層的主要功能是：

(1)對一次設(shè)備實現(xiàn)控制與保護(hù)；

(2)對所在間隔的實時數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯集；

(3)實施本間隔操作閉鎖功能；

(4)實現(xiàn)同期操作控制；

(5)執(zhí)行部分具有高度優(yōu)先級的控制命令、數(shù)據(jù)采集與分析的操作；

(6)與站級控制層實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息互通。

站級控制層的主要任務(wù)是：

(1)接收經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜緦崟r數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的隨時更新；

(2)按照既定的規(guī)則向控制中心傳輸控制相關(guān)數(shù)據(jù)信息；

(3)接收來自控制中心或調(diào)度中心的命令，并將該命令轉(zhuǎn)交至具體的間隔層以執(zhí)行該命令；

(4)對全站閉鎖控制操作進(jìn)行在線編程和執(zhí)行；

(5)實現(xiàn)站內(nèi)人機(jī)互動，包括報警、顯示信息讀數(shù)、打印控制及其他一些人機(jī)操作控制功能；

(6)對間隔層設(shè)備進(jìn)行實時在線監(jiān)控、組態(tài)、維護(hù)及參數(shù)調(diào)試等。

此種方案完全符合電氣自動化的技術(shù)發(fā)展趨勢，不僅易于安裝和使用，成本也相對更有優(yōu)勢，因此已有很多熱電廠采用此方案。但這種方案也并非完美無缺。部分熱電廠的電氣監(jiān)控系統(tǒng)與變電站尚未完全兼容，令此種方案的應(yīng)用普及受限。例如，同一集控室內(nèi)機(jī)、爐和電氣分別由兩套獨立的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控，增加了熱電廠自動化系統(tǒng)的復(fù)雜度及維護(hù)的難度和工作量，同時與DCS的通信存在較大的難度和工作量，不能有效地實現(xiàn)機(jī)、爐、電統(tǒng)一監(jiān)控和管理，也與熱電廠自動化發(fā)展方向不相協(xié)調(diào)。

3 基于電氣監(jiān)控技術(shù)的機(jī)爐電一體化方案設(shè)計

熱電廠機(jī)爐電一體化的電氣監(jiān)控方案已經(jīng)成為越來越多的熱電廠的首選方案，該方案是基于已有的電氣監(jiān)控技術(shù)結(jié)合熱電廠的生產(chǎn)特點發(fā)展而來的。該方案的優(yōu)勢是電氣與熱工系統(tǒng)之間具有較強(qiáng)的聯(lián)系性，令一體化協(xié)作控制成為可能，從而解決了既往熱電廠控制中的很多技術(shù)及操作難題，也令熱電廠的控制效率與生產(chǎn)效率得以大幅提升。可以說,該方案真正體現(xiàn)了自動化的原則及發(fā)展方向。

在機(jī)-爐-電控制中，幾個參數(shù)的共享尤為重要。汽機(jī)進(jìn)汽溫度，一段抽汽流量；鍋爐蒸汽壓力和溫度，蒸汽流量，除氧水流量；電力輸送電力負(fù)荷，功率因數(shù)等。這幾個參數(shù)是整個熱電安全平穩(wěn)運行的重要控制參數(shù)。機(jī)-爐-電各工序中,這些參數(shù)通過一體化設(shè)計，能夠做到時時共享、時時調(diào)整，并且可以進(jìn)入各自的DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和控制，也可在DCS控制系統(tǒng)中做三沖量控制和模糊控制，實現(xiàn)預(yù)調(diào)和預(yù)控，實現(xiàn)無擾動調(diào)度，使熱電各工序平穩(wěn)無級差運行。

為了機(jī)-爐-電的統(tǒng)一調(diào)度，各工序的控制最佳方案是合并在一個控制室內(nèi)，控制設(shè)備、操作人員集中在一處，不僅有利于設(shè)備的優(yōu)化、大數(shù)據(jù)的共享，而且可使操作人員的聯(lián)系更加順暢，實現(xiàn)無縫調(diào)度。若沒有DCS控制系統(tǒng)，可以把上述參數(shù)，通過儀表輸出的4～20 mA或0～10 mA電壓信號傳輸?shù)綑C(jī)-爐-電各控制室，安裝二次儀表顯示上述數(shù)據(jù)。傳輸過程中應(yīng)盡量減少線纜長度，使用屏蔽雙絞線，并增加信號隔離器，以減少電磁干擾，增加數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

該方案即上文所提及的方案三。該方案通過站級控制層的使用，進(jìn)一步打破電氣監(jiān)控設(shè)備之間過于獨立、各自為戰(zhàn)的局面，從而能夠基于DCS控制網(wǎng)絡(luò)，加上相關(guān)智能化控制軟件，實現(xiàn)對電氣監(jiān)控系統(tǒng)的全程自動化控制，并使熱電廠的監(jiān)控系統(tǒng)成為高度融合與一體化的整體，從而令DCS與熱電廠電氣監(jiān)控實現(xiàn)相互協(xié)作與補(bǔ)充，解決了以往類似方案中系統(tǒng)間通信的難題，也令電氣監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更為豐富和強(qiáng)大的控制功能。

方案三中的間隔控制層包含智能測控及防護(hù)裝置，該裝置的特點是基于編程控制實現(xiàn)了高度的智能化，從而能夠?qū)﹄姎庑盘栠M(jìn)行監(jiān)控。該方案與其他類似方案相比具有無可比擬的突出優(yōu)勢，因此在本文設(shè)計的熱電廠機(jī)爐電一體化的電氣監(jiān)控方案中，間隔控制層也具有一定的技術(shù)先進(jìn)性。間隔控制層設(shè)備與負(fù)責(zé)測控、保護(hù)的智能化裝置可以通過通信管理機(jī)及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，并與DCS控制網(wǎng)絡(luò)使用共同的通信協(xié)議，從而防止通信中任何障礙的產(chǎn)生，確保通信及控制的暢通無阻。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合上文的方案三與方案二，設(shè)計出一種結(jié)合了多種技術(shù)優(yōu)勢的熱電廠機(jī)爐電一體化的監(jiān)控方案，令三大體系之間實現(xiàn)緊密聯(lián)系與共同控制，以及能夠通過編程實現(xiàn)智能化、自動化的全時監(jiān)控，同時還對強(qiáng)電控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，確?？刂撇僮鞯目煽啃?。