燃气电厂电气控制系统设计研究

摘要：科学设计燃气电厂电气控制系统是电厂机组正常、安全、稳定运行的基本要求。文中首先对燃气电厂电气控制系统的构成与特点进行了概述，然后重点从厂用电源系统模块、发电机—变压器组系统模块、电源系统控制模块等方面论述了燃气电厂电气控制系统设计问题，以期对提升燃气电厂电气控制系统设计质量有所参考。

关键词：电厂；自动化；电气控制

与传统燃煤发电相比，以天然气作为原料的燃气发电机组具有投资低、效率高、建设周期短、污染物排放总量少等诸多优点。燃气电厂电气控制系统事关机组的安全运行，科学、合理设计燃气电厂电气控制系统是电厂机组正常、安全、稳定运行的基本保障。

1燃气电厂电气控制系统构成及特点

燃气电厂电气控制系统主要由硬件设备系统与总体网络结构系统两部分组成，其中，硬件设备系统方面：燃机—汽机多采用分散控制方式，采用通信、硬接线的方式将各个分散控制系统连接在一起，达到控制燃气机组正常运行的目的，控制器（多采用背板式PC结构等）、网络层以及人机接口是核心；总体网络结构系统方面：新建燃气电厂多采用“机、电、炉”集中控制方式，燃气——、汽机控制系统、DCS系统是整个网络结构的“核心”，主要组成部分包括数据控制中心（比如，存储系统、服务器网卡等）、备份系统、实时监控系统（比如，电气网络监控、水务管理以及单元机组控制网等等），各变压器组、锅炉运行、锅炉余热控制以及汽机旁路等等都由其来实施控制，以促进燃气电厂各个设备正常、安全运行目标的顺利实现。燃气电厂电子控制系统并不特别复杂，与传统的燃煤电厂电气控制系统相比，燃气电厂电气控制系统所采集的信息源相对较少、控制对象较少、操作频率不高以及控制系统设备相对较少，但是，由于“燃气的危险性”要远高于“燃煤”，这就对电厂电气控制系统的安全性、稳定性以及快速反应性提出了较高的要求，否则，就有可能会给电厂造成巨大的经济损失以及产生重大的社会危害。可以说，科学、合理设计燃气电厂电气控制系统是保障电厂高效、安全运行的必然要求。

2燃气电厂电气控制系统设计分析

一般而言，燃气电厂电气控制系统功能模块设计主要包括以下几个部分：

2.1厂用电源系统模块

燃气电厂用电源系统模块主要包括厂用电源系统与厂用电源切换系统两部分，其中，厂用电源系统多由6Kv、380Kv常用厂用电源系统与突发事故保安电源系统等，以6Kv为例，6Kv厂用电源系统主要的功能是实现由工作电源向备用电源或者是由备用电源向工作电源的双向切换，一般由DCS系统按照事先设定的“指令”来具体执行操作，比如，当厂区内某段或者某个变压设备等发生故障，DCS系统就会立刻发出“指令”，完成由“工作电源”向“备用电源”的快速切换，避免以外事故的发生；事故保安系统属于典型的备用系统，主要是在燃气机组出现故障无法正常运行时，启用事故保安系统满足厂区用电需求，实践中，多数燃气电厂都采用“柴油发电机组”作为突发事故保安系统，柴油发电机组多处于“热备用”状态，一旦发生厂区停电事故，处于“热备用”状态的柴油发电机组就会立即投入运行，指令仍然由DCS系统发出，实现工作机组与备用机组之间的双向切换，确保燃气电厂厂用电需求。厂用电源切换系统模块的主要功能是确保实现厂用高压电源连续、稳定、可靠供电目标的实现，以MFC2000-2型的微机为例，切换系统模块通过与ECS之间的“硬接线”实现信息源的双向交换，其中，电流电压计算、信号、切换动作执行、输入检测以及自检等诸多模块主要由CPU来完成；另外，系统中快切手动操作控制是对DCS自动控制切换系统的一个补充，当备用分支、工作分支断路器均正常切一个处于合位一个处于跳位的情况下，可以手动实现电源切换。

2.2发电机—变压器组系统模块

绝大多数燃气电厂的“发电机—变压器组系统模块”涉及到的设备、元器件较多，需要对多个子系统实施有效控制，才能够确保整个电厂电气控制目标的实现。发电机控制方面，可采用“机岛控制系统”来实现，将励磁系统、燃机变频启动系统、发电机保护系统等控制模块、信号源接入在线控制系统，按照DCS系统发出的指令完成对发电机运行状态的自动控制；发电机出口开关、主变220Kv侧开关均能够实现“准同期”（自动控制，一般情况下，“机岛控制系统”处于缺省状态下视为同期点）；断路器主要是用于提示接地刀、隔离开关所处的状态以及通过DCS系统实现对近端、远端的自动控制，断路器执行保护动作或者处于故障状态时不能合闸，一旦执行完合闸命令后就能够自动解除“指令”，从而整个发电机—变压器组系统模块回复到正常运行状态。

2.3电源系统控制模块

一般情况下，燃气电厂电源系统控制模块主要由直流电源系统模块、保安段电源控制系统模块以及UPS不停电电源系统控制模块等三部分组成，其中，直流电源系统模块主要是满足电厂仪表、自动控制、保护、事故照明以及UPS电源等负荷用电需求，一般由DC220Kv、Dc110Kv两种等级的直流电源组成，每一台机组的直流220Kv、110Kv系统都要设计为独立运行，绝对不能相互干涉，并且要确保直流电源所有的蓄电池始终处于浮充电状态；设计保安段电源控制系统目的是在燃气电厂出现重大故障时，各个机组控制系统、大容量事故负荷以及直流系统始终处于运行状态（不停电）；UPS不停电系统主要包括静态开关、整流器以及逆变器等几个部分，主要功能是在电厂机组出现故障时，满足用电负荷连续的交流用电需求，该系统模块电源由交流主电源、直流电源以及旁路电源，实践中，主要是通过交流主回路控制达成供电目标。总之，燃气电厂电气控制系统必须要结合燃气电厂运行的特点，科学、合理的进行设计，以避免重大危险事故的发生，从而为电厂的安全运行典型坚实的基础。

参考文献：

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[2]姜春晓,张凯生.浅析电厂电气控制系统[J].山东工业技术,2015(21):184.

[3]陈田,王雅珺.河源电厂电气控制系统中现场总线技术的应用[J].科技视界,2012(30):375+444

作者：张焕明 单位：深圳市广前电力有限公司