关键词：发电厂；电气设备自动化技术；应用
1 电气设备自动化技术概述
传统的发电机组通常使用集散的系统控制方式来对锅炉、汽轮机、发电机及相关辅机机械设备进行简单的操控，而电气系统的操作运行也是独立于机械操作方式，且大多数采用分散式安装，这为相应的修理和维护带来了很大的困难。同时，电气系统的运行人员不能实时、全面且准确地获得电气系统在运行过程中的全部信息，导致调控的准确性和精确度不高。特别地，如果发电机组的设备单元出现问题，检修人员也缺乏对应的数据信息和分析结果支撑，无法及时地检查和排除电气设备的故障[1]。
现阶段，发电厂技术改革的重点在于对各电气设备及其相关应用技术的革新。电气设备自动化技术作为电气工程中的一个重要分支领域，可以利用电气自动化系统（Electrical Automation System，EAS）对数据进行自动采集和分析监测，从而实现对发电厂电气系统的相应控制操作和保护。该技术的使用可以简化发电厂的主体控制系统，及时对系统故障进行监测和处理，提高风险预警能力和电气系统的安全性与稳定性，具有十分重要的应用价值[2]。
2 电气设备自动化技术的实现与应用
2.1 系统监控范围
2.1.1 发电机变压器
监控范围主要是发电机、励磁系统和主变压器，监控信息包括各单元的运行参数、各相关设备的状态信息、机组的运行信号和异常信号，控制对象有发电机-变压器组220kV断路器、发电机励磁系统、主变冷却器、隔离开关、自动同期装置的投运等。
2.1.2 高压厂用工作电源及备用电源
监控范围主要是高压厂用工作变压器和相关备用变压器，监控信息包括各单元的运行参数、各相关设备的状态信息、运行信号和异常信号，控制对象有220kV工作/备用变压器断路器和隔离开关、6kV工作进线断路器、6kV备用进线断路器、6kV馈线断路器、调压开关等[3]。
2.1.3 低压厂用电源
监控范围主要是低压厂用工作变压器、照明变压器，监控信息包括各单元的运行参数、各相关设备的状态信息、运行信号和异常信号，控制对象有低压侧断路器、联络断路器及相关母线设备等。
2.1.4 单元机组、炉的DCS控制电动机
监控信息包括单元机组和锅炉的DCS控制电动机的状态信号、运行信号和异常信号，以及电流、电压等参数，并控制电动机的启停。
2.1.5 保安电源
监控信息包括保安电源系统的断路器和柴油发电机组的状态信号、运行信号和异常信号，并对保安电源系统断路器的分合闸和柴油发电机组的启停进行控制。
2.1.6 直流系统
对各直流系统设备的运行状态、故障信号和报警信号等参数进行监测。
2.2 完全现场总线监控方式
完全现场总线监控方式，是指对每台机组都设置一套以现场总线技术为基础的电气自动化监控系统，并对该机组内的所有电气设备进行相应的监控，系统拓扑图如图1所示。
由图所示，站控层分为工程师站和操作员站，通讯层网络形式采用太网方式的双冗余结构，机组和厂区的6kV系统均采用双网冗余配置、400V系统为双网配置[4]。各单元机组的通讯管理机经由网络端口与总控DCS实现数据通讯。间隔层采用了集多功能微机厂用综合保护测控管理系统，通过将所有的电气数据全部以通信的方式接入到电气自动化监控系统中，进行集中处理分析和控制，并将所有的硬接线路取消。
图1 完全现场总线监控系统拓扑图
这种监控方式的保护回路、操作回路均由综合保护装置组成，可以实时地反映出各回路的开关状态以及各个操作状态的信号反馈，并将输出的电流信号、脉冲电度信号、反馈调节信号、预报信号等通过通信的方式传输给DCS系统，供集控运行人员参考。同时，其保留了可以用于机组联锁和事故状态记录的操作指令和状态信号控制，并以硬接线的方式接入到DCS系统或PLC系统的DO、DI操作模块[5]。另外，综合保护装置也可以受到DCS系统的操作指令来控制相应电路的通断，并与DCS系统或PLC系统交换开关常开位置、开关常闭位置、回路有功功率、回路无功功率、回路电流、回路电能、回路功率因数、控制回路断线、各类保护动作情况、合闸指令、跳闸指令、保护装置故障状态等信息。
该电气自动化系统可实现的功能包括：
（1）数据采集和处理
通过现场数据测量和各控制单元的信息采集，对设备的状态参数、事件、故障状态、运行信号和故障信号等进行合理的采集校正和预处理，并不断地更新数据库。
（2）设备监视与报警
可以对主要电气设备的运行状态和相关参数进行监视，发现异常会及时向操作员的显示屏幕中进行报警，同时可以调用故障画面和历史参数值。
（3）自动操作和控制
系统既可以根据操作员的指令进行断路器、隔离开关、调压器等的分合闸操作，也可以在一定的限制逻辑和操作权限下，进行合理、正确、安全的自动控制操作，并将执行情况向主控室进行汇报。
（4）统计计算
对整个系统的有功、无功功率、电度量累计、保护开关的动作次数、线损、机组的发电量、厂用电率、利用小时数、发电煤耗、综合能耗、负荷率等参数进行实时汇总计算和记录。
2.3 技术性分析
完全现场总线监控方式采用了分层分布的设计理念，其将发电厂内的所有电气信息划分为管理信息和运行监控信息，并将运行监控信息传输至DCS操作平台，将管理信息传输至电气自动化系统的工程师站进行分析处理，实现电气设备的自动化控制和管理、电气故障的检测与排查、电气设备运行状态的信息采集和处理等管理功能，做到真正的电气系统的自动化控制[6]。因此，除了发变组、保安电源、机炉等重要电动机的控制由DCS系统借助硬接线方式实现控制外，其他电气设备的用电系统均被列入到电气自动化系统中进行监测和控制。对于一些与发变组、主厂房内保安电源相关的重要控制指令和信号，则可以同时通过电气系统和硬接线与DCS控制室相连[7]。
这种监控方式的优点是：由于不存在常规的变送器等设备，因此各回路的电气元件数量减小，使接线的回路简化；可以实现交流采样等功能；使DCS系统中的I/O点位数目变少；常规控制电路的数量减少；通讯信息量增大，可以更大地发挥电气软件的功能；可以采用全局通讯的接线方式；目前已有比较成熟的电气运行管理软件，不用投入更多的软件开发成本。
3 结语
随着电气设备自动化技术的发展，将其应用于我国发电厂电气系统的管理和控制过程中，不仅能够促进发电厂管理水平和生产效率的提升，还能带来切实的经济收益和社会效益。尤其是在当今节能减排、绿色环保的趋势下，通过电气设备自动化技术可以促进发电厂的人力、设备及各类资源等进行最优化配置，提高能源的利用效率，实现降本增效，增强发电厂的市场竞争力。
本文研究了将完全现场总线监控方式应用于电气自动化控制系统的方法和可行性，认为其可以提高电气设备的自动化水平和系统故障判断能力，降低企业成本，具有很好的应用价值。
参考文献：
[1] 刘雨辰.发电厂电气设备自动化技术的应用研究[J].科技风,2019,380(12):199.
[2] 姚鸿仟.基于电厂设备电气自动化系统的节能控制研究[J].中国石油和化工标准与质量,2019(9).
[3] 邓韶辉.发电厂电气设备自动化技术的应用研究[J].电子乐园,2019(1):148-148.
[4] 郑鸿志.发电厂电气自动化技术的应用方案[D].北京:华北电力大学,2011.
[5] 张珏麒.浅议发电厂电气设备的自动化改进策略[J].科技资讯,2018, 16(33):41+43.
[6] 黄国涛.发电厂电气设备安全运行的管理及维护[J].中国高新技术企业,2016(19):66-67.
[7] 尹雪梅.大型火力发电厂电气自动化监控系统的设计研究[D].北京:华北电力大学,2016.
论文作者:李霖滨
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年13期
论文发表时间:2019/11/18
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