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電廠電氣自動化方案設(shè)計
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電廠電氣自動化方案設(shè)計【1】
摘 要：近年來，我國的電廠電氣自動化得到了很大的發(fā)展，但是在電氣自動化方案的設(shè)計上存在一定問題。
本文對于電氣自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行分析，并探討了網(wǎng)絡(luò)通信自動化控制系統(tǒng)的相關(guān)問題，總結(jié)了電廠改革的意義，希望為電廠以及企業(yè)的進一步穩(wěn)定發(fā)展和我國電力相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)的整體提升來提供理論的支持。
關(guān)鍵詞：電廠電氣;電氣自動化;自動控制
前言
近年來，我國的電力發(fā)展的前景非常廣闊。
在不斷改革進步的潮流下，電廠電氣自動化技術(shù)水平的高低能在較大程度上影響電廠市場競爭力以及企業(yè)的經(jīng)濟效益，也是對降低電廠運行成本、提高生產(chǎn)效率、社會效益的提高以及電廠電力系統(tǒng)技術(shù)的整體提升有著極大的作用。
1 電廠電氣自動化系統(tǒng)目前存在問題
電廠電氣的自動化系統(tǒng)主要指的是使用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、利用工程軟件以及相關(guān)通信協(xié)議等先進技術(shù)來實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的自動控制、安全監(jiān)測、系統(tǒng)保護以及信息的有效管理等新型的自動化系統(tǒng)。
電廠電氣的自動化系統(tǒng)不僅包括了升壓站的子系統(tǒng)、機組的子系統(tǒng)，還包括了廠用子系統(tǒng)中的大部分電氣子系統(tǒng)的統(tǒng)計，可以說是較為獨立的電氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過先進的信息技術(shù)進行及時的更新和合理的應(yīng)用，進而來實現(xiàn)對于電氣設(shè)備的信息采集以及監(jiān)控工作。
另外，電廠電氣的自動化通信系統(tǒng)需要更先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來不斷的完善，應(yīng)用于經(jīng)濟性、通用性以及可擴展性方面，在這幾方面進行綜合評估得到最好的結(jié)果，其中以太網(wǎng)的使用具有非常大的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度快、信息容量大、整體成本較低以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面使用靈活等特點，這一特點的充分發(fā)揮使其在工業(yè)領(lǐng)域以及商業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，但是仍不足以在通信協(xié)議技術(shù)標準的多樣性方面體現(xiàn)其優(yōu)勢。
在工業(yè)領(lǐng)域使用的以太網(wǎng)已經(jīng)大部分能夠滿足電氣自動化系統(tǒng)在信息傳輸方面的所有信息需求，進而能夠有效的促進電廠電氣自動化系統(tǒng)在應(yīng)用效果方面的提升，這也使其在電力系統(tǒng)得到非常廣泛的應(yīng)用。
對于現(xiàn)代的電廠電氣自動化系統(tǒng)，存在突出的問題是設(shè)備和布置較多而且非常分散，在維修方面非常困難，所以這些方面需要不斷的進行完善工作，進而實現(xiàn)電廠電氣自動化系統(tǒng)先進技術(shù)應(yīng)用的目標。
2 電廠電氣自動化系統(tǒng)的方案設(shè)計
2.1 電氣自動化系統(tǒng)的構(gòu)成
電廠電氣自動化系統(tǒng)不同于熱工操作系統(tǒng)，在操作頻率上較低，但是系統(tǒng)的保護性能可靠性較高，在結(jié)構(gòu)上簡單易連鎖，只要兩臺相關(guān)的電氣控制系統(tǒng)就能保證其控制的自動性，所以，電廠電氣的自動化系統(tǒng)需要及時的構(gòu)建合理的聯(lián)網(wǎng)方式和操作系統(tǒng)來提高其可靠性，也只有這樣才能使電廠電氣的自動化系統(tǒng)能夠安全的運行下去。
電廠電氣的自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成是分層分布式系統(tǒng)，主要包括通信控制層和站控層以及間隔層。
首先，第一部分是通信的控制層，需要使用不同的通信方式實現(xiàn)不同裝置之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作。
也可以說網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)的快速發(fā)展作為電廠電氣自動化系統(tǒng)發(fā)展強有力的支持，同時也為電廠電氣的自動化系統(tǒng)在功能和結(jié)構(gòu)上的進一步發(fā)展提供了更為廣闊的發(fā)展平臺，比如通過以太網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)與工作裝置之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作，還可以通過現(xiàn)場的總線以及其他的一些主要設(shè)備來實現(xiàn)對于主控單元以及間隔層的通信工作，進而實現(xiàn)現(xiàn)代智能且有效的管理模式。
電廠電氣的自動化系統(tǒng)在逐步的向現(xiàn)代與智能控制的方面發(fā)展，其中主要的表現(xiàn)有兩個方面，即間隔層和站控層。
其次，在站控層方面，它是電廠電氣的自動化系統(tǒng)的主控裝置，不斷的收集并有效處理相關(guān)的數(shù)據(jù)對于整個的控制系統(tǒng)進行監(jiān)視和有效控制的作用，所以監(jiān)督和控制系統(tǒng)也在逐步的向自動化管理水平提高其全面高效運行的水平。
最后，在間隔層方面，存在智能設(shè)備和相關(guān)的保護裝置，這些裝置主要需要通過現(xiàn)場的總線以及其接口進行通信工作，這一趨勢主要向著系統(tǒng)的綜合化以及網(wǎng)絡(luò)化的方向快速發(fā)展。
所以，需要根據(jù)間隔層對設(shè)備不同程度的特殊要求，另外還可以采用以太網(wǎng)來實現(xiàn)通信。
2.2 電氣自動化系統(tǒng)控制方案的設(shè)計意義
電廠電氣的自動化系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電廠自動化系統(tǒng)相比較，電廠電氣的自動化系統(tǒng)能夠自動的與電波的脈沖信號連接起來，進而能夠發(fā)送出電力報表信號，這也就能實現(xiàn)廠用系統(tǒng)的智能功能，同時也能夠顯示出發(fā)電機運行的狀態(tài)是否正常，進而能夠更加精準的進行定值管理以及在線審核功能。
除此之外，能夠?qū)收系某霈F(xiàn)進行及時的診斷和維修工作，有效提升電氣系統(tǒng)的實用性以及有效性。
電氣自動化系統(tǒng)控制方案最重要的設(shè)計意義就在于，將各個獨立運行的電氣裝置通過連線或者是以太網(wǎng)來連接成一個整體的系統(tǒng)，進而減少傳統(tǒng)連接方式的缺點，而造成的高成本，這對與企業(yè)的穩(wěn)定性發(fā)展也有著非常關(guān)鍵的作用。
電廠電氣的自動化系統(tǒng)可以通過以太網(wǎng)這一通信科技技術(shù)來減少員工的勞動量或者是降低整個的運行成本并且提高其經(jīng)濟的效益，電氣自動化系統(tǒng)控制方案的設(shè)計能夠為電廠的技術(shù)帶來了進一步的提高。
2.3 電氣自動化系統(tǒng)的監(jiān)控方案
傳統(tǒng)的電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)主要能夠?qū)崿F(xiàn)對于電氣部分信息的采集以及遠程控制功能的實現(xiàn)。
但是總體來講，其信息量還是比較小的，而且信息的類型也比較單一。
但是電氣自動化系統(tǒng)的監(jiān)控方案主要側(cè)重在電氣系統(tǒng)的監(jiān)控方面以及自動化監(jiān)控技術(shù)的有效運用。
電氣自動化系統(tǒng)監(jiān)控的模式分為兩種，其一是，優(yōu)于傳統(tǒng)的監(jiān)控方案集中模式，有效集中而且非常易于管理但是可靠性很弱。
其二是，對于不同的分層結(jié)構(gòu)繼續(xù)進行管理以及數(shù)據(jù)的交換。
進行裝置間的數(shù)據(jù)交換主要通過站控層的轉(zhuǎn)發(fā)以及工作站來實現(xiàn)，有一些非常重要的信息要通過有效的方式連接。
還有一些非常重要的信息需要通過主控單元以及雙向數(shù)據(jù)進行交換，另外一些不重要的信息要通過站控層的轉(zhuǎn)發(fā)或者是相關(guān)的工作站來實現(xiàn)交換。
電氣自動化系統(tǒng)的監(jiān)控方案有很高的實時性以及可靠性。
在電廠自動化技術(shù)以及監(jiān)控方案的應(yīng)用中有許多需要注意的問題，如監(jiān)控系統(tǒng)主站設(shè)備，整個系統(tǒng)的裝置分組以及主控單元的保護等等。
3 結(jié)束語
近年來，電力市場的發(fā)展腳步在迅速加快，而且網(wǎng)絡(luò)科學(xué)技術(shù)也在不斷的進步，這就要求電廠要加快其技術(shù)水平的改革與創(chuàng)新，進而能使電氣自動化技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。
電廠電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用在加快我國電力市場化的進程的同時也提高我國電力系統(tǒng)的技術(shù)水平，進而保障我國電廠的安全穩(wěn)定運行，而且還能夠?qū)ξ覈恼w電力系統(tǒng)技術(shù)的提升有著非凡的意義。
參考文獻
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發(fā)電廠電氣自動化改造施工設(shè)計中的幾點淺見【2】
摘要：自2003年10月以來，運行了十余年的攀鋼發(fā)電廠3×1OOMW單元機組、11OkV升壓站及線路部分已成功進行了電氣綜合自動化'>自動化(計算機監(jiān)控系統(tǒng))改造'>改造，本文就攀鋼發(fā)電廠電氣計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造'>改造施工設(shè)計中碰到的一些題目進行討論，以期對其他電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)改造或新建項目有所參考。
序言
攀鋼發(fā)電廠是攀枝花鋼鐵公司的自備火力發(fā)電廠，第一臺機組于1993年并網(wǎng)發(fā)電，其裝機容量為3×100MW的單元制機組。
原電氣系統(tǒng)'>電氣系統(tǒng)控制方式為傳統(tǒng)的電氣主控制室常規(guī)控制模式。
為進步攀鋼發(fā)電廠電氣自動化'>自動化控制水平，確保發(fā)電機組與電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，攀鋼發(fā)電廠決定采用新華控制工程有限公司XDPS-400+型分散控制系統(tǒng)對原有電氣系統(tǒng)'>電氣系統(tǒng)進行電氣綜合自動化(計算機監(jiān)控系統(tǒng))改造。
該系統(tǒng)為集丈量、控制、通訊與治理功能為一體的實時監(jiān)控處理系統(tǒng)。
本次電氣自動化改造涉及到的配電裝置一次規(guī)模如下:110kV側(cè)主接線為雙母線帶旁路母線，110kV出線8回、1臺母聯(lián)開關(guān)、3臺主變、1臺高備變。
自2003年起，攀鋼發(fā)電廠依靠自身的技術(shù)氣力，在新華公司的配合下進行了電氣綜合自動化改造的研究規(guī)劃、方案制定、系統(tǒng)改造的施工圖設(shè)計，并利用機組設(shè)備分步計劃性輪流檢驗機會，成功順利地完成了現(xiàn)場施工凋試，且一次性成功投進運行。
運行至今，效果良好。
本次電氣自動化改造施工設(shè)計遵循的原則
本次改造是對發(fā)電廠電氣設(shè)備原有控制系統(tǒng)的改造，在運行中的發(fā)電廠進行電氣自動化改造，不僅要考慮改造后監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性題目，更需要重點考慮安全施工與改造施工量、改造工期的題目。
根據(jù)發(fā)電廠的機組與供電設(shè)備不可能全部停運來改造，只能分步利用電氣設(shè)備輪流的檢驗機會來進行施工改造的實際情況。
為此，必須全面地分析把握現(xiàn)場設(shè)備實際狀況，制定公道的、優(yōu)化的改造設(shè)計方案與施工方案，在滿足系統(tǒng)安金性、可靠性基礎(chǔ)上盡可能利用系統(tǒng)原有設(shè)備，以優(yōu)化改造的施工量、縮減改造工期、減小設(shè)備改造停運的影響，從而實現(xiàn)投資省、見效快的目的。
結(jié)合新華控制工程有限公司XDPS-400+型分散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點與電廠實際現(xiàn)狀，在施工設(shè)計中應(yīng)遵循如下原則:
改造后的電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足新頒《火力發(fā)電廠變電所二次設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(DL/T5136-2001)、《220~500Kv變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)沒汁技術(shù)規(guī)程》(DL/T5149-2001)與《電力系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點》的規(guī)定，并根據(jù)現(xiàn)場原有設(shè)備控制的要求、結(jié)合攀鋼電廠生產(chǎn)運行實際對監(jiān)控系統(tǒng)性能進行優(yōu)化與完善。
結(jié)合現(xiàn)場實際，盡可能利用系統(tǒng)原有電纜，減少改造施工的工作量、縮減改造工期、減小對運行設(shè)備的影響，從而實現(xiàn)投資省、見效快的目的。
在改造后增加新功能的同時，要必須保證原有的功能不減少。
在不違反電廠《運行規(guī)程》的條件下，盡量符合運行職員的原有操縱習(xí)慣。
從設(shè)計上盡量避免運行職員誤操縱的可能。
監(jiān)控系統(tǒng)必須具備較強的可擴展性，包括每種類型的I/0卡的測點量;各分散處理單元的處理器的處理能力及各存貯器的存貯量;供電電源等都必須留有相當(dāng)比例的裕量和擴展空間。
本次施工設(shè)計中碰到的題目及解決措施
1.結(jié)合電廠電氣系統(tǒng)實際情況，公道選配DPU數(shù)目
鑒于攀鋼電廠的實際情況，是在運行中的發(fā)電廠進行電氣自動化改造，不僅要考慮盡可能的節(jié)約改造用度，更需要重點考慮安全施工與改造施工量、改造工期以及改造后系統(tǒng)的安全性、可靠性、運行維護的題目。
結(jié)合攀鋼電廠電氣系統(tǒng)實際情況和新華控制工程有限公司XDPS-400+型分散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點，我們將攀綱電廠的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計成5個分散控制處理單元(即5對DPU)，這5個控制單元分別為:3臺機組及其廠用電系統(tǒng)的控制各為一個分散控制處理單元，高壓廠用備用變、220V直流系統(tǒng)與110kV升壓站除發(fā)變組設(shè)備以外的系統(tǒng)設(shè)備按其功能及設(shè)備編號尾數(shù)的單雙號而分別接進2個分散控制處理單元。
其中每臺機組的同期裝置與11OkV系統(tǒng)的同期裝置也隨這5個分散控制處理單元而分散配置同期卡件。
2.監(jiān)控系統(tǒng)的外圍回路
由于改造完畢后將全部拆除電廠主控制室內(nèi)原有控制屏(臺)，我們新制作安裝了五面監(jiān)控系統(tǒng)的前置柜，即每臺機組及相應(yīng)的廠用電系統(tǒng)各一眼前置柜，分別用于安裝該機組單元的直流控制電源保險、變送器、信號隔離中間繼電器以及轉(zhuǎn)接原接于控制屏臺上至就地設(shè)備的電纜。
另制作一面線路前置柜，用于安裝9條線路的控制保險、二組11Okv母線PT的監(jiān)控設(shè)備、母聯(lián)控制設(shè)備、220V直流系統(tǒng)變送器、高壓廠用備用變的控制回路設(shè)備;每面控制端子柜內(nèi)直流電源也按單元化原則改造設(shè)計，各自分別接進兩組直流母線并構(gòu)成不同的直流環(huán)網(wǎng)，以進步監(jiān)控系統(tǒng)可靠性、且便于分步施工改造。
有了這五面監(jiān)控系統(tǒng)的前置柜，既保證了原安裝于控制屏(臺)后的直流電源控制網(wǎng)絡(luò)與控制保險，需進進監(jiān)控系統(tǒng)的信號處理設(shè)備(如變送器、位置繼電器等)有適當(dāng)?shù)陌惭b位置;又可以盡量利用原有電纜，將該系統(tǒng)原安裝于控制屏(臺)和其它部分的電纜在前置柜集中以后，再分別按照改造后監(jiān)控系統(tǒng)的柜子布置位置，重新公道分布設(shè)計電纜的走向。
3.同期回路
攀鋼電廠原同期回路是按照典型的集中同期的方式設(shè)計的，全廠只有一套準同期回路，各個同期點通過各自控制屏(臺)上的同期開關(guān)TK的切換來實現(xiàn)。
在本次改造工程中，我們通過以下方法保證了保產(chǎn)與改造的順利進行:
改造后的監(jiān)控系統(tǒng)按照單元化思想，對每臺機組采用獨立的自動準同期裝置以實現(xiàn)準同期并網(wǎng);8條11Okv線路與母聯(lián)、旁路開關(guān)，分別采用2套同期裝置實現(xiàn)同期并列。
這樣保證了每臺設(shè)備改造時不影響其它末改造設(shè)備的正常運行。
攀鋼發(fā)電廠主變壓器的連接組別為Y/△A-11，同期回路中11Okv系統(tǒng)側(cè)采用的是AN相，發(fā)電機側(cè)采用的是AC相，但我廠11OkV系統(tǒng)側(cè)PT二次是N線接地，而發(fā)電機側(cè)PT二次采用的是B相接地，為了防止發(fā)電機同期時發(fā)電機側(cè)PT二次在同期卡內(nèi)通過系統(tǒng)側(cè)PT二次的N線發(fā)生C相接地短路，在每臺發(fā)電機的同期回路的發(fā)電機側(cè)同期電壓回路中增加一個11OV/11OV的同期隔離變壓器，隔離變壓器前增加一付同期投進的DO點。
這樣一來既防止了發(fā)電機同期時PT二次發(fā)生短路，又保證了同期隔離變壓器只在發(fā)電機同期時短時帶電，而正常情況下不帶電。
4.跳、合們監(jiān)視回路
改造前的開關(guān)分/合位監(jiān)視是由串聯(lián)在分/合位回路的紅綠燈來實現(xiàn)，其作用是:監(jiān)視開關(guān)狀態(tài);監(jiān)視分/合閘回路是否完好;監(jiān)視控制電源是否正常。
改造后，我們用分/合位監(jiān)視繼電器來替換原來的紅綠燈(選用的繼電器線圈電阻值必須≥20千歐)，將分/合閘回路監(jiān)視繼電器的接點引進監(jiān)控系統(tǒng)中而不直接引進開關(guān)的輔助位置接點，這樣在不減少原有功能的基礎(chǔ)上，方使的實現(xiàn)了從模擬回路到數(shù)字回路的功能轉(zhuǎn)換。
在改造后的開關(guān)分/合位回路中新增了一個磁保持的雙位置繼電器，實現(xiàn)記憶開關(guān)合后、分后位置的功能，以滿足"事故跳閘"信號、重合閘等回路的需要。
5.公道選用I/0卡件
根據(jù)實際需要配備I/0卡件的種類和數(shù)目，并預(yù)留20-25%的備用數(shù)目和可擴展的安裝位置。
對進進監(jiān)控系統(tǒng)的5A、lOOV交流標準信號，改造時均采用新華公司設(shè)計的精度可達0.2級的
交流采樣卡(CAI、CAV卡)直接采樣;對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、直流系統(tǒng)及其它輔助設(shè)備非標準信號的監(jiān)測信號，才采用相應(yīng)規(guī)格的有源變送器輸出4-2OmA標準信號而進進采樣卡進行監(jiān)測。
這樣可以盡可能的簡化設(shè)計、節(jié)省空間及電纜數(shù)目。
新華控制工程有限公司的BZT卡件功能比鉸簡單，無法滿足發(fā)電廠廠用電源備自投回路的要求，為此備自投回路只能通過另外的設(shè)計來實現(xiàn)。
6.公道選用擴展繼電器
改造中還必須留意到新華控工程有限公司的DO開關(guān)量輸出端子板的DO觸點容量，當(dāng)用于220V直流回路時必須擴展，否則將輕易損壞DO開關(guān)量輸出端子板的觸點。
結(jié)論
自2003年11月攀鋼發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)投進運行以來，在一次設(shè)備及其輔助設(shè)施末做任何改動且在盡量利用舊電纜的情況下，改造后的計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠、效果良好，全面進步了發(fā)電廠的自動化運行和治理水平。
實踐證實，只要規(guī)劃得當(dāng)、設(shè)計公道、現(xiàn)場施工組織完備，在老電廠進行計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造是切實可行的，且可以做到較低的投進和較大的經(jīng)濟效益回報。
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