发电厂电气监控系统研究

2022-10-14

随着电子技术和信息技术的日新月异, 火电厂在自动化技术的应用方面也取得了快速发展, 厂网分家后, 竞价上网的原则要求火电厂必须最大限度地挖掘机组潜力, 提高效率, 降低成本, 在电力运营市场化的环境下, 通过采用技术更先进、自动化程度更高的技术和产品来实现生产过程自动化和管理现代化成为火电厂生存和发展的必由之路, 目前国内新建的容量300MW及以上的大型火电机组, 集散控制系统 (DCS) 、厂级监控信息系统 (SIS) 、厂级管理信息系统 (MIS) 和输煤、化水等辅助控制系统的广泛应用使电厂进入了数字化、网络化的时代, 新技术的应用使电厂的运行管理和自动化水平大大提高, 竞争能力显著提升。火电厂电气监控系统 (ECS) 正是在这种背景下应运而生, 通过接入DCS, 从而为实现火电厂机炉电的一体化运行监控提供了完整的解决方案, 本文从应用的角度出发, 分析了国内ECS的产生、发展和电气系统接入DCS的不同模式, 展望了ECS最终实现全通信的远景和目标。

1 发电厂电气监控系统发展的必要性

电厂的DCS系统侧重于机炉系统的控制, 而对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, 其与DCS系统间交换的信息很有限;而6k V、400V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一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。EC S系统一方面接入D CS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。由此可见, ECS系统的应用将大大提高电厂电气运行的自动化水平, 减少电气运行人员, 节约工程投资造价, 促进电厂的安全经济运行, 增强电厂在发电市场上的竞争力, 有利于与国际先进机组接轨。

2 电气系统监控范围和功能

2.1 监控范围

从大的方面来划分, 电气设备监控系统可以分为两大监控单元组:即发电机—变压器监控单元组和厂用电源监控单元组, 而检测范围除包括此两大单元组外, 还应包括单元机组直流系统、UPS和保安电源系统等。

2.2 单元组功能

(1) 发电机—变压器监控单元组。

发电机—变压器监控单元组应能实现程序控制和软手操控制, 使发电机由零起升速、升压直到并网带初始负荷。根据实际运行水平和设备可靠性, 机组顺控并网应该设置间断点, 分步进行, 即:第一步由DEH零起升速至额定;第二步, 启动并网, 主要完成并网前的准备工作, 如投退相关保护压板, 投入灭磁开关等;第三步, 升压过程, DCS将投入AVR, 通过AVR自动励磁调节器完成发电机零起升压至额定电压;第四步, 完成并网, 主要检查定转子的接地情况, 投入ASS自动准同步装置, 在同步过程中通过DCS控制AVR、DEH, 当同步条件满足时, 向发电机断路器发合闸指令, 在同步合闸成功、发电机电负荷达到一定值之后, DCS将高压厂用电系统快速从起/备变切换到高压工作厂变上。

机组顺控解列操作大致与此相反:即机组正常停运时, DCS控制降低机组负荷, 当机组负荷降到某一定值时, DCS将高压厂用电系统快速切换到起/备变系统供电;当机组负荷继续降到零, 跳开主开关, 联跳汽轮机 (主汽门关闭) , 发电机灭磁。

3 发电厂电气监控系统发展的问题

3.1 通信问题

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。

(1) 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。 (2) 通信方式和硬接线方式相比, 信息中转环节多, 在可靠性与实时性方面还有一定的差距。 (3) ECS节点多、分散性强, 并且多台机组需要分期建设, 对系统的容量、网络构架的可扩展性和设备厂家的售后服务能力都提出了很高的要求。

3.2 操作权限问题

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。方式二, 在间隔层控制单元上设置三位置或四位置转换开关, 将设备就地、开关柜、ECS、DCS置于不同的操作位置。此方式控制地点太多, 不方便运行。

3.3 ECS性能差异大

国家没有相关的标准明确ECS的性能各个厂家产品开发的功能五花八门, 市场很难界定产品的优劣。希望国家尽早出台相关标准, 规范各厂家产品的性能, 规范电气监控系统的健康良性发展。

4 发电厂电气监控系统发展的趋势

要建立真正意义上的全厂电气监控管理系统, 提升电气自动化水平与热工自动化水平相适应, 方便运行, ECS向功能强大化、界面友好化方向发展将是必然趋势。笔者认为, 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

5 结语

火力发电厂电气控制系统进入DCS, 将提高整个电气系统的运行管理水平, 直接关系到电厂运行的安全经济性, 影响电厂在发电市场上的竞争能力。基于DCS在热工控制系统机炉监控中的不断进步与完善, 电气控制系统也逐渐从监测走向监控从I/O集中方式到远程I/O方式逐渐开始向现场总线方式探索。随着微机和通讯技术的发展, 发电厂电气控制系统采用智能化前端设备现场总线的监控方式已成为今后火力发电厂电气监控系统的发展方向, 有待我们在今后各工程设计中不断实践、总结并将之升华。

摘要：随着提升电气自动化水平要求越来越高, 发电厂电气监控系统向深层次发展已显得非常必要。但现阶段, ECS发展却存在一定的误区、遇到了阻碍发展的一些关键性问题。文中归纳了这些问题, 并提出ECS的发展趋势。

关键词：发电厂电气监控,ECS