综合自动化在发电厂电气系统的应用

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一、发电厂电气系统自动化的现状

自上世纪90年代以来，伴随着半导体芯片技术、计算机技术和通信技术的高速发展，我国电力系统厂站自动化水平得以迅速提高，具体表现在火电机组的热工控制全面采用分散控制系统(DCS)，水电机组的全盘自动化技术日趋成熟，变电站自动化发展更快，以分层分布为主要特征的综合自动化技术得到广泛应用。与此不相协调的是发电厂电气系统的自动化水平发展缓慢，除部分继电保护和自动装置实现微机化并具备通讯功能外，大部分电气监控仍然停留在控制屏台上一对一的硬手操和常规仪表、光字牌的水平，控制逻辑一般由控制开关、继电器和开关的辅助接点通过硬接线实现。随着电力工业的快速发展，发电机组向大容量、高参数发展，电厂规模臼益增大，随之而来的监测任务增多，控制任务愈加复杂。因此，以计算机控制技术和通讯技术为基础，实现发电厂电气系统的综合自动化，从而提高电源的安全性和可靠性是一项势在必行、意义深远的任务。

二、电气综合自动化系统

发电厂综合自动化系统按照分层分布式多CPU的体系结构，可以设计多个层次，每一层完成不同的功能，每一层由不同的设备或子系统组成。就地间隔层设备要求实现智能化，应有远方就地操控功能，并具有通讯接口。由于各种智能设备所配备的通讯协议不同，需要配置专用的通讯层进行协议转换。这样可使数据以统一规范的格式传送到监控层，简化了程序设计、提高了效率。作为上层的监控层是整个系统功能的体现。该层可以使用通用的操作系统和标准商业数据库软件，实现对内对外两方面功能。对内指对间隔层等下层设备的监控和管理，以及系统自诊断功能：对外功能指与DCS、MIS、SIS等系统的接口，实现数据共享，并提供web浏览功能。

现场总线技术、网络通讯技术和智能化设备是电气综合自动化系统的核心，智能化设备的选择与可靠故障判别是保证系统安全稳定运行的关键。

三、电气自动化控制系统的结构

发电厂电气综合自动化系统的典型网络结构，从发电厂电气自动化系统的发展历程看，网络结构有以下三种模式：

（1）集中监控方式

这种监控方式优点是运行维护方便，控制站的防护要求不高，系统设训’容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理，处理器的任务相当繁重，处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控，伴随着监控对象的大量增加随之而来的足主机冗余的下降、电缆数量增加，投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时，隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂，查线不方便，大大增加了维护量，还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。

（2）远程监控方式

远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线(如Lonworks总线，CAN总线等)的通讯速度不是很高，而电厂电气部分通讯量相对又比较大，所有这种方式适合于小系统监控，而不适应于全J一的电气自动化系统的构建。

（3）现场总线监控方式

采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I／O卡件、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可以节省火量控制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。另外，各装置的功能相对独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性大大提高，任一装置故障仅影响相应的元件，不会导致系统瘫痪。凶此现场总线监控方式是今后火力发电厂计算机监控系统的发展方向。

四、实施方案

通过现场总线，将上述众多的保护和自动装置连接起来，经通信管理装置，接至DCS系统和电气工作站，基本的控制仍由DCS系统完成，电气工作站实现监测、维护等功能，这样的方案应是能普遍接受的。如直流系统，可通过现场总线与上位机实现通讯功能，将系统的电压监控、充电装置及蓄电池运行状态、系统绝缘监视、报警及事件记录等信号反映至DCS中，以便能随时监视直流系统运行状态并在故障下实现快速的判断和处理。

实施过程中需要解决的问题：（1）现场总线标准问题。由于保护和自动装置的生产厂家不同，其支持的现场总线标准可能不同，不能简单地相连，因此可采用以下方法。将厂用电气系统的所有装置分成几大子系统。如6kV子系统、400V子系统、发一变组保护子系统、AVR子系统等，并要求同一子系统的装置支持同一种总线标准，如6kV系统的电源分支、电动机、变压器保护及厂用电快切、同期、低压备自投等，支持同一种标准；400V系统的保护或智能脱扣器应有统一的标准；发电机变压器保护和AVR可有相同或不同的标准。与DCS系统和电气工作站相连时，可以将这几块分别与DCS系统和电气工作站相连，也可以将这几块由专门的通信管理装置相连后再统一接至DCS系统和电气工作站。（2）现场总线交换的电气信息内容对这个问题，可先由电厂电气运行、管理、维护部门对电气工作站提出要、求后，由保护和自动装置的生产厂家根据要求对现有装置进行改进，通过通信口提供所需的信息，由监控系统完成总线连接、信息传送、通信管理等，并建立电气工作站。

五、结语

电厂用电气综合自动化系统可进一步提高电厂自动化水平，特别是电气运行管理水平。新建和改造电厂D CS系统时，电气系统采用综合自动化技术可节省大量的资金，提高可靠性。微机型的保护和自动装置及成熟的通信和现场总线技术是实现厂用电气综合自动化系统的必要技术保障。