电厂电气自动化方案设计探讨

摘要：基于网络通信和交流采样的电厂电气自动化系统和传统的电厂电气监控相比有着节省成本、提高管理水平的优势。本文分析了电厂电气自动化方案设计

关键词：电厂电气；自动化系统；设计

中图分类号：S972.7+4文献标识码： A 文章编号：

一、电厂电气自动化系统的应用功能

1、自动抄表功能。利用测控装置本身的计量功能或转接电度表的脉冲信号，在主站进行电量的在线统计生成报表，可实现专用的厂用电抄表系统的所有功能。

2、发电机运行状态监视，实时显示可视化发电机运行状态图，为发电机运行提供指导。

3、电气设备管理，包括保护和自动装置的台帐、档案、维修记录等。

4、定值管理，定值的远方修改及在线自动效核。未来电气主站系统还可以扩展为可视化电厂继电保护整定计算与定值管理系统。

5、故障信息管理。

6、故障诊断及电动机状态检修。通过电动机启动时的波形可以分析鼠笼断条等故障。

二、电厂电气自动化系统的特点

电厂电气自动化系统在布置方式和数量上,厂用电设备分散安装于各配电室和电动机控制中心,元件数量众多,运行管理信息量大,检修维护工作复杂。与热工系统相比较,电气设备操作频率低,有的系统或设备运行正常时,几个月或更长时间才操作一次;电气设备保护自动装置要求可靠性高,动作速度快,比如保护动作速度要求在40ms 以内完成。在电气设备本身构造上,其具有连锁逻辑较简单、操作机构复杂的特点。在控制方式上,厂用电系统的主要设备监控需要接入DCS 系统,但在两台机组共用一台起备变的情况时,由于一台机组的检修不能影响另一台机组的正常运行,因此需要考虑两台机组DCS电气控制的模式,确保对其控制权的惟一性。总结以上特点,在构建ECS 时,其系统结构、与DCS 的联网方式是确保系统高可靠性的关键。既要实现正常起停和运行操作外,又要实现实时显示异常运行和事故状态下的各种数据和状态,并提供相应的操作指导和应急处理措施,保证电气系统在最安全合理的工况下工作。

三、发电厂电气自动化系统关键技术分析

首先是间隔层终端测控保护单元。厂用电系统保护主要有线路、厂用变、电动机综合保护测控装置等，实现微机化保护、实时数据采集、远方及就地控制以及记录故障数据等功能。其次是网络通信设计，通信网络是ECS系统的关键组成部分，目前常采用电缆现场总线网络方式和光纤通信方式。通信管理层采用双冗余的设计思想，按照通信管理机双机热备用或双通道备用原则配置，当数据通信网络中出现问题时，系统能自动切换至冗余装置或通道，以提高系统可靠性。再次是监控主站系统设计，监控主站安置在站级监控层，实现厂用电电气系统监控和管理，主站配置的设备和规模需要根据发电机机组容量和运行管理要求进行设计。最后是DCS与ECS的协调控制系统设计，在系统设计阶段需要规划好DCS和ECS系统功能区分。DCS实现电动机连锁逻辑控制操作，ECS实现继电保护、故障录波和事故追忆等功能的管理。

四、电厂电器自动化系统方案的设计

随着微机保护的发展，电气综合保护测控装置可以实现基于交流采样的保护、测量、录波、控制和通信，这些新型的微机保护测控可以非常方便地采用现场总线、工业以太网等技术组成网络，电厂的电气监控也发展为以交流采样、数字通信为主要特点的综合自动化系统ECS。ECS与电厂内其他生产和管理系统（MIS、SIS、DCS、NCS 等）一起实现电厂的全面信息化。电厂电气自动化系统方案随着微机保护的发展, 电气综合保护测控装置可以实现基于交流采样的保护、测量、录波、控制和通信, 这些新型的微机保护测控可以非常方便地采用现场总线、工业以太网等技术组成网络, 电厂的电气监控也发展为以交流采样、数字通信为主要特点的综合自动化系统ECS。ECS与电厂内其他生产和管理系统一起实现电厂的全面信息化。

1、按照工艺流程组网的单台机组ECS系统典型方案

图一为按照工艺流程组网的单台机组ECS系统的典型方案。通信控制层主控单元CSN-031E的分配采用与DCS系统分配DPU的原则相同，按照工艺流程分配，把与热工生产流程密切相关的6KV和380V电动机等负荷的保护测控装置分在同一组接入主控单元，主控单元与DPU一一对应；进线、低压变压器等与生产流程关联不大的保护测控设备单独联网；发变组、高备变的保护测控设备、快切屏、同期屏、励磁调节控制屏等也接入这些主控单元。主控单元不仅完成数据处理而且还可将某个工流程中与电气相关的逻辑运算由DCS的DPU下放到主控单元，一些需要和DCS系统交换的重要信息通过主控单元和DPU交换，并且是双向数据交换，不重要的对速度要求低的信息通过站控层的转发工作站来实现交换。按照工艺流程组网方案的特点：与DCS工艺流程控制密切关联，主控单元可以与DCS的DPU一对一通信，实时性和可靠性得到了提高，DCS对电气设备的控制可以通过通信实现，从而可以取消所用硬接线。缺点是系统相对复杂，现场总线布线在电气间隔有交叉。由于按照工艺流程分配主控单元，同一主控单元同时要实现6KV和380V综保装置的数据处理，需要同时支持多种通信规约和通信接口。

图一：单台机组ECS系统典型方案

2、间隔层

间隔层设备按照不同的特点和要求，可以分成网控子系统、机组子系统、厂用子系统、同期子系统、五防子系统、遥视子系统等几个部分。间隔层采用RS485 总线，也可采用以太网通讯。间隔层保护测控装置既可以集中组屏，也可以分散安装在开关柜上。分散安装时通过通讯线缆与主控室连接，可节省大批二次控制电缆。

3、网控子系统

3.1 高压出线，66kV以上电压等级线路采用保护和测控分开配置方式，配置UT-600系列保护装置和UT-600系列测控装置。如110kV线路采用UT-611高压线路。保护装置和UT-641综合测控装置。

3.2中低压出线，35kV及以下电压等级线路采用UT-99系列保护测控一体化装置，如UT-9911线路保护测控装置机组子系统，发电机需要完善的保护功能。配置UT-9991 发电机差动保护装置UT-9992发电机后备保护测控装置、UT-9993发电机转子接地保护装置，可为中小容量发电机组提供完整的保护功能，并具有机组交流量测量和断路器控制功能。发电机组调速、调压和励磁参数采集等功能由UT-641综合测控装置完成，UT-64可实现交直流测量、信号采集、遥控等功能。集中控制的机组配置UT-ZHXH 指挥信号装置，实现机电联系。

4、厂用电子系统

4.1 高压厂用电。高压厂用电抗器或高厂变配置UT-9921综合保护测控装置，实现差动、后备保护和测控功能; 高压厂用备自投配置UT-9962备自投保护测控装置实现备自投、厂用电切换、备用分支保护，以及测控功能。

4.2 低压厂用电。低压变配置UT-9935低压变保护测控装置，低压厂用备自投配置UT-9962备自投保护测控装置。

4.3 厂用P测控。每段高低压厂用母线配置UT-302PT保护测控装置，实现母线低电压保护、接地告警和PT测控功能4)电动机2000kW以下电动机配置UT-9971 电动机综合保护测控装置2000kW以上电动机还需增加UT-9972电动机差动保护装置电动机断路器可由电气综合自动化系统控制，也可由DCS系统控制，并可以选择通讯和硬接线两种方式。

结束语

发电厂随着我国用电规模的不断攀升，其生产压力不断加大，生产成本不断提升，同时，随着国民经济发展对电力依赖程度的不断增强，发电厂的安全稳定运行对保证经济社会的平稳高效运行具有重要意义。本文在分析发电厂电气自动化系统设计方案，对指导发电厂电气自动系统系统设计与管理具有一定的指导意义。

参考文献

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