浅谈风力发电厂电气监控系统

摘要：我国电力工业的发展异常迅猛,发电厂的装机容量越来越大,原来的零星小网已逐渐连成跨地区、跨省的大电力系统.随着越来越大的电力系统和电力工业的迅猛发展,发电厂的电气自动化水平也越来越高,发电厂的监控系统向更高层次更高水平发展已经非常必要,用常规的控制和管理手段已无法适应了.对电气自动化水平的要求也逐渐提高，电厂电气的监控系统进一步深入发展显得极为迫切，而目前这方面还存在着不少问题，如ECS的发展存在误区，遇到了许多阻碍发展的诸多问题，需要我们解决。

关键词：监控系统电气 趋势

中图分类号：F407文献标识码： A

电厂电气监控,关系到提高电厂电气系统的发展水平,目前对电厂电气系统的管理及其故障诊断是通过运用计算机、测量保护与控制、现场总线技术及通信技术得以实现的。目前,主要应用于发电厂厂用电系统。而随着机组容量的增大，大型风力发电厂电气一、二次设备的系统及其接线型式日趋复杂，由此导致的相关监视与控制系统也日益繁复，所起到的作用也更加重要，逐渐成为发电厂控制系统一个重要的分支，对大型风力发电厂的安全稳定运行产生了至关重要的意义。

一、风力发电厂电气控制原理电路设计的方法

1.1分析设计法

分析设计法是根据生产工艺的要求选择适当的基本控制环节（单元电路）或将比较成熟的电路按其联锁条件组合起来，并经补充和修改，将其综合成满足控制要求的完整线路。当没有现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计。

优点是设计方法简单，无固定的设计程序，它容易为初学者所掌握，在电气设计中被普遍采用；缺点是设计出的方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不周全时会影响线路工作的可靠性。

1.2逻辑设计法

逻辑设计法是利用逻辑代数来进行电路设计，从生产机械的拖动要求和工艺要求出发，将控制电路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，主令电器的接通与断开看成逻辑变量，根据控制要求将它们之间的关系用逻辑关系式来表达，然后再化简，做出相应的电路图。优点是能获得理想、经济的方案。缺点是这种方法设计难度较大，整个设计过程较复杂，还要涉及一些新概念，因此，在一般常规设计中，很少单独采用。

二、发电厂电气监控系统发展的必要性

电厂电气监控系统侧重于机炉控制,电气系统反映的信息量小,控制较为简单,不利于电气运行人员快捷、便利的进行操作与事故分析。一般情况下,厂用电气系统的保护及安全自动装置基本独立运行,如发变组保护、自动励磁调节装置(AVR)。

400 V电动机等通常由DCS系统完成控制,电气运行人员关心的测量、保护动作、定值及参数整定、事故追忆等信息在DCS系统都无法反应。因此,电厂电气运行人员迫切希望能提高电气自动化水平。传统的电气控制均是通过硬接线~对一的形式采集电气信号,这需要安装大量的变送器和控制电缆,而且采集信息有限。经过近几十年的经验积累和通信技术的发展,现场总线技术及智能前端设备的已趋于成熟,使得厂用电电气系统通信联网成为可能及发展的必要。ECS系统一方面接入DCS交换有关数据,另一方面,通过接入电气监控后台,充分利用电气系统联网后信息全面的优势,在深层次的数据挖掘中提高整个电气系统的运行维护管理水平。如某2×600 MW机组工程,原采用传统方式,DCS能监控到主厂房电气系统2800信息点,而采用ECS系统后,后台能监控到的信息剧增至13400信息点,信息量增加了4倍多,而此项工程投资却有所减少。由此可见,ECS系统的应用将大大提高电厂电气运行市场上的竞争力,有利于与国际先进机组接轨。

三、发电厂电气监控系统发展的问题

ECS除应将现有的厂用电监控功能向深层次发展外,还应将发电机、主变压器、SF6断路器等主要设备的在线诊断功能融入同一监控平台,有条件的电厂也可以将NCS系统也纳入ECS这个平台,甚至可以将厂用电的纯电气功能从DCS系统独立出来,也纳入ECS系统监控。

工程中普遍存在着通信接口不规范、通信可靠性和实时性差、通信设备可扩展性不强等问题。这些将成为制约ECS发展的主要瓶颈。

ECS需通信联网的不同设备厂的前端设备多,而设备制造厂技术水平的差异大,通信接口又没有统一规范,ECS系统组网的工作量相当大。很多通信接口方式需在工程现场决定实施方案、通信协议需现场开发。还有些设备尤其是进口设备通信需有偿开放,有些通信协议还需软件工程师根据经验现场破译。以上这些因素给ECS系统的通信速率及通信的稳定性埋下了隐患,给工程实施带来了巨大的阻力。统一各电气设备制造商通信接口,将是能否促进ECS系统深层次应用的关键性问题之一。

电厂电气设备一般是纳入DCS系统集中控制,ECS系统作为DCS系统的备用操做手段,往往也保留了遥控功能,此外,开关柜或设备就地还有就地操作功能。为了保证在同一时间只允许一种控制方式有效,设计中需要采取闭锁措施。方式一,在间隔层控制单元上设置两位置“就地/远方”转换开关,将DCS与ECS置于同一工作位置,通过ECS后台设置密码保护将其的操作权限屏蔽。仅当在某些应急情况下时,通过运行人员授权,ECS才能控制设备。

四、dcs对电气系统的监控

4.1 ecs对电气系统的监测监控范围

其范围包括：发电机出口开关、励磁系统，厂用高压电源（包括厂变）、低压厂变高压侧进线开关，和pc进线、分段开关，pc至mcc的馈线开关（包括主、辅厂房），各类闸刀以及单元机组的ups、直流和柴油发电机组的重要信号部分。

4.2 ecs数据量的处理和采集

模拟量的处理具体包括：数字滤波、预防回路断线检测功能、数据有效性合理性判断、信号抗干扰、标度换算、误差补偿、梯度计算、越限报警和越复限判断，最后经格式化处理后所形成的实时数据存入实时数据库。

开关量的采集是指对继电保护的动作信号、开关及刀闸的位置信号、事故/故障信号和手动/自动方式选择的位置信号的采集。采集的方法为快速扫描。

脉冲量的采集主要是指：有功及无功电度量等的累加。脉冲量的输入为有源电脉冲或无源接点，即时采集。

4.3 ecs对电气系统的监控功能

4.3.1 调节功能

调节变压器有载调压分接开关的位置。调节自动励磁调节器（avr）、各类辅机变频器的可控硅导通角，从而达到调节发电机、电动机电压和电流的目的。

4.3.2 控制功能

（1）发变组控制。ecs对发变组的控制有两种方式：软手操控制和顺序控制。采用哪种控制方式，由设在操作员站上的选择开关实现。软手操控制是指，运行人员通过鼠标和键盘来完成开关的操作，并且每一项操作计算机都会进行控制闭锁条件检查和合法性检查。顺序控制是指，ecs按逻辑顺序条件来完成发电机由零起升压到并网并带初始负荷的全过程。

（2）厂用电源开关的控制。正常的合闸、分闸操作，由ecs软手操发出指令实现。事故情况下，备用电源之间的互相切换，包括柴油发电机启动带载直至充当事故电源，虽然不经过操作员站发出指令，但要经过ecs逻辑判断。

（3）辅助车间的控制方式。辅助车间的电源系统控制，正常情况下为就地操作，且必需向ecs送出必要的信号量和运行数据。但辅助车间低压变压器高压侧开关的投、切需由ecs来控制。

4.3.3 事故处理

监控系统遇到发生事故、故障和越限等事件时能自动进行一系列处理，如发出音、画报警、数据变色、启动事故追忆等。

结束语：

大型风力发电厂的电气系统设备众多、接线复杂，其对控制系统的要求也相对较为严格。因此只有在设计初期，建立合理的电气监控系统架构，才能确保今后电气设备的可靠运行。

参考文献：

[1] 印江,冯江涛.电厂分散控制系统[m].北京:中国电力出版社,2008

[2] 姜冬敏,张运生.发电厂电气系统自动化技术应用分析[j].赤子,2009.6.