浅谈火力发电厂中电气自动化技术的应用

摘要：在火力发电厂引进电气自动化技术，可以最大程度上实现机、电、炉的数据共享，使得自动化孤岛、系统数据交换的瓶颈问题降至最低，大大降低了人工维护成本，提高工作效率及系统的可靠性。本文主要针对火力发电厂中电气自动化技术的应用进行讨论。

关键词：火力发电厂；电气自动化系统；应用

中图分类号： TM621 文献标识码： A 文章编号：

一、火力发电厂电气自动化系统的主要功能

火力发电厂电气自动化系统的功能十分强大，具体而言，主要有以下几个方面：

首先，数据采集及处理功能。通过自动化系统可以采集实时数据，系统中设置间隔层装置，可以实现相关元件实时数据的采集及存储，比如模拟量、开关量以及脉冲量等；并且可以进行数据的处理与记录，按照特定周期自动生成报表。其次，良好的人机交互界面，通过监控画面可以直观的看到电气主接线图、发电机接线图、励磁系统接线图、启备变接线图、厂用电系统图、直流电源系统图以及UPS电源系统图等等，而且可以显示出电压棒图及负荷曲线等。再次，系统具备控制闭锁功能，可以实现断路器、隔离开关以及接地刀闸之间的操作闭锁，并且可以由系统管理员设置相应的权限级别，以满足不同系统用户的权限要求。最后，系统具备自我诊断及自我恢复功能，系统可以对故障点进行录波，然后对诸如谐波分析、不对称运行分析等故障数据进行在线分析，并对保护定值进行自主查询与更改，大大提升了系统运行的可靠性与稳定性。此外，利用网络技术可以实现最大程度上实现系统数据的共享。

二、火力发电厂电气自动化系统的配置

常用的火力发电厂电气自动化系统的主体配置方式有两种，即I/O监控模式与现场总线控制模式：

（一）I/O监控模式

所谓I/O监控模式就是利用电气馈线将I/O设备的接口设置在现场，然后采用硬接线电缆连接集散控制系统的I/O通道，最终实现电厂DCS系统的实时监控。I/O监控模式最大的优势在于成本低、效率高；不过其对于监控站的防护等级达到中级水平，而且由于系统中所有电气设备均由DCS系统来监控，如果持续增加监控对象的总量则会导致DCS主机的冗余下降，在扩大控制面积的要求下，必然会增加电缆数量，而电缆的距离越长，对DCS系统可靠性的不良干扰也越多。针对这种情况，在I/O监控模式的基础上发展出了智能远程I/O监控系统，基于该模式下，I/O采集柜采用远程设立的方法，其与控制室保持一定距离，利用硬接线电缆把采集柜、现场I/O信号连接起来，而DCS主机则利用光纤实现与采集柜的连接。这种模式不仅降低了电缆材料的投入成本，提高了安装施工的便利性，而且有效降低了系统的控制面积，并具备自检、自校正等功能。

（二）现场总线监控模式

现场总结监控模式融合了计算机技术、通信技术以及控制技术，其将网络与信息技术全面渗透到现场与控制领域；现场总线控制技术将DCS系统的控制、对应的输出与输入单元剔除，是真正意义上的集散控制系统的创新与变革。

三、火力发电厂电气自动化系统的应用

（一）电气监控系统的构成

1、站控层

站控层的后台为双操作员工作站冗余配置，可以实现对全厂电气设备的实时监控，并自动生成相关报表；配置一台工程师站，其主要作用是进行系统的日常维护与管理，并进行故障录波分析，工程师站也可以兼作操作票专家系统工作站用。所配置的操作屏具备三屏合一的作用，所谓“三屏”即为五防模拟屏、信号返回屏以及智能手操屏等，其可以有效提高监控过程中的可靠性与直观性。系统具备遥控操作与手动操作等多种操作方式，遥控操作可用于后台机及综合操作屏，而手动操作主要应用于保护测控屏与开关柜等。整个站控层采用开放式结构，双以太网结构，大大提高了接口的灵活性。系统进行规约转换与数据通讯时，通讯管理机与DCS系统、相关智能设备接口。

2、通信层

其主要作用就是以通信管理机为核心对信息进行传输与管理，其利用以太网实现与站控层实时主干网的连接；厂用电综合保护装置则利用现场总线实现与通信管理机的连接；第三方智能设备需要进行规约格式及通信接口的转换，比如同期装置、启备变保护以及快切装置等，则通过通信管理机来完成，以保证电气系统联网的完整性；此外，信息交换通过通信管理机与机组DCS分布式处理单元的串联来实现。

3、间隔层

间隔层包括一些智能电气设备，比如发变组保护、常用电综合保护装置以及马达控制器等，其主要作用是对电气系统的现场信息进行采集、保护及控制，并具备通信功能。具体而言，间隔层包括以嵌入式软硬件技术开发出来的智能装置，比如厂用电高压系统系列保护测控装置、厂用电低压系统系列智能控制器与测控设备、厂用电源快速切换设备、低压备用自投设备、自动准同期控制设备、小电流接地选线设备以及直流接地选线设备等等。

（二）厂用电自动化技术

厂用电配电系统微机保护测控技术、厂用电起动策略控制技术等均为厂用电电气自动化的常用技术，下图2即为某火力发电厂的电气综合自动化系统方案：

图1：某火力发电厂电气自动化系统方案

其中厂用电微机保护测控系统的主要组成部分包括规约转换装置、冗余主控单元、厂用高压电抗器及变压器的保护测控装置、高压异步电动机差动保护测控装置等等。该系统最大的特点就是在DCS系统中引进了微机测控保护装置，与电气进入DCS相比，其优势体现在以下几个方面：

首先各自动化设备可以在底层自动完成测控与保护功能，大大提高了电气系统的实时响应速度，简化了DCS系统的硬件构成；其次，可以有效实现二次设备的简化，使得系统结构更加清晰，提高了系统维护与检修的便利性；再次，电气自动化设备实现了真正的分层分布，其分布地各个电气间隔，使得系统的可靠性得到大幅提升；最后，可以远程修改保护定值，且真正实现的智能化与动态化的要求，大大提升了自起动的成功率与运行的灵活性。

（三）火力发电厂设备保护中电气自动化的应用

利用电气自动化技术可以对火力发电厂的设备进行以下几个方面的保护：

首先，联锁保护，因为火力发电厂在运行过程中会遇到一些不可预见的突发事件，会对电力系统的正常运行产生直接影响，所以利用自动化技术可以有效实现设备之间的联锁保护，当机电设备发生故障时可以及时切断路闸，隔断发生问题的设备，以免电力系统中其它设备或整个系统受到影响。其次，继电保护，火力发电厂计算机系统连接继电器，可以对电厂的继电运行进行自动控制，其主要是参照电气参量、热工参数的限制对设备状态构成保护回路；再次，装置保护，该保护主要针对各种名目的保护装置而设定的，在火力发电厂生产过程中可能涉及到各类电动类、机械类的保护装置，利用电气自动化技术可色实现这些保护装置的有效搭配，保证相关保护措的有效性；最后，防雷保护，基于自动化的运行模式中，采用防雷器可以有效提高火力发电厂生产过程中的抗雷击能力，将雷击灾害所带来的损失降至最低。

参考文献：

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