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      中石化上海高橋分公司動力中心發(fā)電廠電氣自動化改造構(gòu)思

      2012-08-15 00:46:26
      電氣技術(shù) 2012年4期
      關(guān)鍵詞:空分相電流發(fā)電廠

      趙 森

      (上海高橋捷派克石化工程建設(shè)有限公司,上海 200137)

      1 電氣自動化改造的必要性

      中石化上海高橋分公司動力中心發(fā)電廠現(xiàn)有設(shè)備是1988年前后安裝投運(yùn)的,其中各臺機(jī)爐的DCS控制改造均已完成,而全廠的電氣部分卻仍然保留著最初的測控模式。日常的開停機(jī)、電源控制、狀態(tài)監(jiān)測、故障判斷及數(shù)據(jù)分析等工作全靠人為進(jìn)行,效率不高;同時全廠110kV與35kV母差保護(hù)、發(fā)電機(jī)支接保護(hù)、6kV與380V備用電源保護(hù)及自切裝置皆為1988年安裝的電磁型繼電器,電氣測控屏、聲光報警裝置(預(yù)告信號、事故信號等)的部分備品備件已無法采購;而發(fā)變組保護(hù)、110kV與35kV線路保護(hù)、廠變與外圍變保護(hù)于1998年至2002年進(jìn)行微機(jī)保護(hù)改造,目前該批設(shè)備也已運(yùn)行10年,已進(jìn)入高橋公司規(guī)定的電氣關(guān)鍵易損件的預(yù)防性更換周期。為動力中心發(fā)電廠更安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行,提高在發(fā)電市場的競爭力,打造高橋公司真正安全可靠的動力中心,發(fā)電廠電氣自動化改造勢在必行。

      發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng),簡稱EFCS或ECS,是發(fā)電廠自動化領(lǐng)域近年來興起的一個新的熱點。發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)的功能是以監(jiān)視控制設(shè)備為主,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換信號反饋為輔助功能的系統(tǒng),在監(jiān)控設(shè)備過程中,以主接線圖、曲線等形式測量設(shè)備的數(shù)據(jù)信息與運(yùn)行狀態(tài),并且可以及時上報設(shè)備的警告信號,動作事件異常等情況,這樣可以避免危險情況與操作失誤的發(fā)生。電氣自動化系統(tǒng)還能夠提供出自動抄表、設(shè)備管理、定值管理、故障信息管理、設(shè)備在線診斷等,電氣自動化系統(tǒng)可以很方便的利用工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)組成網(wǎng)絡(luò),從而實現(xiàn)電廠的信息化管理。這樣通過網(wǎng)絡(luò)和后臺軟件,可以方便實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制、故障分析和運(yùn)行管理,能夠大大提高整個發(fā)電廠的自動控制水平和運(yùn)行管理水平。

      2 電氣自動化改造涉及設(shè)備考慮

      電氣自動化改造的目的是想實現(xiàn)對整個發(fā)電廠的一次主設(shè)備遙測、遙控、遙信、遙調(diào)功能,對二次設(shè)備和輔助設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)方的控制和管理功能,從而實現(xiàn)對全部的一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測量、控制、記錄和報警功能,并與保護(hù)設(shè)備和遠(yuǎn)方控制中心通信,實現(xiàn)電氣系統(tǒng)自動化。為達(dá)到次目的,初步構(gòu)思納入電氣自動化系統(tǒng)改造的主要設(shè)備為以下6大單元。

      2.1 110kV 配電裝置

      需要遙測高煉1134、高煉1118、銀煉1518、高東1511、高東1512 的三相電流、有功功率和無功功率,110kV 母聯(lián)開關(guān)三相電流,110kV 正、付母線三相電壓;遙控上述斷路器(包括同期功能);采集上述斷路器及所有閘刀的位置信號,采集上述設(shè)備的保護(hù)動作信號(包括110kV 母差保護(hù)、低周減載保護(hù))。

      2.2 35kV 配電裝置

      需要遙測高煤460、高陶461、高化462、高南463、高溝464、高煤465、高南486、高煉466、東農(nóng)3874、高煉468、高環(huán)901、高環(huán)902 的三相電流、有功功率和無功功率,35kV 母聯(lián)及35kV 旁路開關(guān)的三相電流,35kV 正、付母三相電壓;遙控上述斷路器(包括同期功能);采集上述斷路器及所有閘刀的位置信號,采集上述設(shè)備的保護(hù)動作信號(包括35kV 母差保護(hù)、35kV 小電流接地選線等)。

      2.3 發(fā)電機(jī)變壓器(包括勵磁機(jī))

      需要遙測#4—#8 發(fā)電機(jī)的三相電流、有功功率、無功功率、定轉(zhuǎn)子電壓、頻率、勵磁機(jī)和調(diào)節(jié)器電壓電流,備用勵磁機(jī)的電流和調(diào)節(jié)器電壓電流,#4和#8 主變110kV 和35kV 側(cè)的三相電流、有功功率、無功功率、溫度,#5—#7 主變35kV 側(cè)的三相電流、有功功率、無功功率、溫度,廠總變1、3 號廠總變35kV 側(cè)的三相電流、有功功率、無功功率、溫度,2 號廠總變110kV 側(cè)的三相電流、有功功率、無功功率、溫度;遙控上述主變各側(cè)斷路器(包括同期功能);采集上述主變各斷路器及閘刀的位置信號,采集上述發(fā)變組、勵磁機(jī)、調(diào)節(jié)器、滅磁系統(tǒng)的保護(hù)動作信號并能實現(xiàn)相關(guān)控制功能。

      2.4 高低壓廠用電源

      需要遙測6kV 四段甲、四段乙、五段、六段、七段、八段進(jìn)線的單相電流、有功功率、母線電壓,6kV 備四段、備五段、備六段、備七段、備八段進(jìn)線的單相電流、母線電壓,380V 四段甲、四段乙、五段、六段、七段、八段進(jìn)線的單相電流、母線電壓,380V 備四段、備五段、備六段、備七段、備八段進(jìn)線的單相電流、母線電壓;遙控上述各斷路器;采集上述各斷路器的位置信號,采集上述各設(shè)備和機(jī)4 支接甲、機(jī)4 支接乙、機(jī)5 支接、機(jī)6 支接、機(jī)7 支接、機(jī)8 支接、廠變4 甲、廠變4 乙、廠變5、廠變6、廠變7、廠變8、廠變01、廠變02 的保護(hù)動作信號,同時考慮6kV 和380V 電源的自合閘改為快切并接入自動化系統(tǒng)工作。

      2.5 高低壓外圍電源

      需要遙測6kV 空分一段、6kV 空分二段進(jìn)線的單相電流、母線電壓,6kV 空分分段開關(guān)的單相電流,380V 化水一段、化水二段、煤場一段、煤場二段、碼頭一段、碼頭二段、空分一段、空分二段、空分三段、空分四段、除塵一段、除塵二段、雜用段、井外段、冷作段進(jìn)線的單相電流、母線電壓,化水一/二段分段開關(guān)、煤場一/二段分段開關(guān)、碼頭一/二段分段開關(guān)、空分一/二段分段開關(guān)、空分三/四段分段開關(guān)、除塵一/二段分段開關(guān)的單相電流;遙控上述各斷路器;采集上述各斷路器的位置信號,采集上述各設(shè)備和化水變1、化水變2、煤場變1、煤場變2、碼頭變1、碼頭變2、空分變1、空分變2、空分變3、空分變4、除塵變1、除塵變2、雜用變、井外變、冷作變及相應(yīng)備用電源自投裝置的保護(hù)信號。遙測#1、#2、#3 高壓消防泵的電流,遙控各設(shè)備的斷路器。

      2.6 直流系統(tǒng)

      需要遙測直流母線一段、直流母線二段的電壓、電流;采集直流系統(tǒng)的保護(hù)動作信號,最好能實現(xiàn)對蓄電池組的在線監(jiān)測。

      3 電氣自動化改造初步設(shè)想

      電氣自動化改造考慮新上一套ECS系統(tǒng),采用集中控制方式,5臺機(jī)組共用一個集中控制室,放在原電氣主控室。上述所列主要電氣設(shè)備如:發(fā)電機(jī)變壓器(包括勵磁機(jī))、110kV配電裝置、35kV配電裝置及高低壓廠用電源、高低壓外圍電源、同期系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、解列裝置等均納入ECS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。ECS系統(tǒng)將代替現(xiàn)有的電氣集中控制室內(nèi)的電氣測控柜,替換后達(dá)到使全廠電氣系統(tǒng)的管理及運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的目的。

      電氣自動化系統(tǒng)采用分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分上位機(jī)系統(tǒng)層、通信管理層、現(xiàn)場保護(hù)測控單元層三層。

      3.1 上位機(jī)系統(tǒng)層

      上位機(jī)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兼運(yùn)行工作站和MΙS、SΙS系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)、操作員站工作及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成,完成對全廠所有電氣系統(tǒng)的模擬量、交流量、開關(guān)量、脈沖量、數(shù)碼量、溫度量、保護(hù)信息等的數(shù)據(jù)采集、計算、判別、報警、保護(hù),事件順序記錄(SOE),報表統(tǒng)計,曲線分析,并能根據(jù)需要向現(xiàn)場保護(hù)測控單元層發(fā)布命令實現(xiàn)對電氣設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)。同時要求此系統(tǒng)的高級應(yīng)用軟件可對電廠進(jìn)行優(yōu)化控制、設(shè)備管理,運(yùn)行管理、定值管理。系統(tǒng)最好采用100M雙以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),各節(jié)點機(jī)功能相對獨立。初步構(gòu)想此系統(tǒng)主要硬件和功能配置要求如下:

      1)配置兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。采用兩臺服務(wù)器作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器冗余工作,單個硬件故障不會引起任何實時數(shù)據(jù)丟失和基本功能失效。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實現(xiàn)全廠數(shù)據(jù)的采集、處理、記錄,報表等SCADA功能,是整個自動化系統(tǒng)的核心,擔(dān)負(fù)著自動化系統(tǒng)的主要任務(wù),它將采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理,建立相應(yīng)的實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫,經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)各工作站的各種服務(wù)請求,并接收和響應(yīng)操作員工作站的各類操作命令,通過光纖總線同各功能子站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,將各子站采集的實時信息處理后,送往工作站,并接收GPS的對時,并同各種智能裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,同時也把實時信息送往調(diào)度系統(tǒng)。

      2)配置1臺工程師工作站,供運(yùn)行維護(hù)技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)庫、界面、報表等修改維護(hù)、以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視維護(hù)等功能。

      3)配置5臺操作員工作站。5臺操作員工作站作為單元機(jī)組的操作平臺,分別對5臺機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控及運(yùn)行管理。

      3.2 通信管理層

      發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)共需配置約13臺通信管理單元。6kV每段各配置一臺,與6kV段及380V段的保護(hù)裝置、快切等智能設(shè)備進(jìn)行通信。35kV開關(guān)站就地繼電器室配置1臺通信管理機(jī),110kV開關(guān)站就地繼電器室配置1臺通信管理機(jī),電氣主控樓繼電器室配置1臺通信管理機(jī),與繼電器室內(nèi)的智能設(shè)備進(jìn)行通訊。通信管理單元通過以太網(wǎng)交換機(jī)接入100M雙以太網(wǎng)的ECS系統(tǒng)。

      3.3 現(xiàn)場測控層

      所有現(xiàn)場的模擬信號、開關(guān)量信號、脈沖信號的采集均由現(xiàn)場測控層安裝的智能裝置完成,通過通信上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。

      3.4 電氣自動化系統(tǒng)組屏設(shè)想

      1)電廠監(jiān)控屏1 面,安裝在電氣主控室繼保室(包括:主備數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、顯示器)。

      2)工程師站放在電氣主控室。

      3)在35kV 開關(guān)站就地繼電器室的交換機(jī)和1臺通信管理機(jī)可安裝在相應(yīng)的柜內(nèi)。

      4)在電氣主控樓繼電器室的交換機(jī)和1 臺通信管理機(jī)可安裝在相應(yīng)的柜內(nèi)。

      5)6kV 和380V 交換機(jī)和1 臺通信管理機(jī)可安裝在相應(yīng)的開關(guān)室內(nèi),而相關(guān)設(shè)備的測控單元均放就地開關(guān)柜內(nèi)。

      4 電氣自動化改造難點思考與分析

      1)動力中心原設(shè)備過于陳舊,許多電氣一次設(shè)備需要改造,工程量非常大

      (1)110 kV 母差保護(hù)用CT、35 kV 母差保護(hù)用CT、發(fā)電機(jī)和變壓器差動保護(hù)用CT、高東1511和高東1512 線路差動保護(hù)用CT 的性能已不能滿足現(xiàn)有差動保護(hù)裝置的要求,必須結(jié)合此次保護(hù)改造進(jìn)行更新。

      (2)目前所有隔離開關(guān)均無電動機(jī)構(gòu),不能遠(yuǎn)程操作。6kV 隔離開關(guān)和發(fā)電機(jī)出口隔離開關(guān)均無輔助接點無法進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視,需要加裝輔助接點或進(jìn)行徹底改造,35kV 和110kV 隔離開關(guān)輔助接點數(shù)量少已基本上用完,需要改造增加輔助接點。

      飼養(yǎng)環(huán)境:山東欣博藥物安全評價研究中心SPF屏障系統(tǒng),溫度20~26℃,濕度40%~70%,換氣次數(shù)≥15次/h,動物照度15~20 Lx,工作照度≥200 lx,照明時間12 h/12 h明暗交替;實驗動物使用許可證號SYXK(魯)2016‐0011;SPF大小鼠生長繁殖飼料和墊料均購自北京科澳協(xié)力飼料有限公司,各項檢測符合規(guī)定。

      (3)110kV 線路計量PT、35 kV 線路計量PT、發(fā)電機(jī)計量PT 已經(jīng)不滿足計量精度要求,需要考慮更新。

      (4)目前發(fā)電機(jī)勵磁裝置均無通信接口,操作控制系統(tǒng)中需要有功和無功的調(diào)節(jié)功能。這都需要考慮更新一次設(shè)備,尤其是機(jī)5 和機(jī)6 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng),采用的仍是KFD-3 調(diào)節(jié)器,該產(chǎn)品也是淘汰產(chǎn)品,備品無法采購,不更新根本無法接入自動化系統(tǒng)。

      (5)考慮到廠變6kV 系統(tǒng)增加快切裝置,由于1#、2#廠總變6kV 側(cè)均未裝PT,因此需要加裝兩組6kV PT。同樣道理廠變01、廠變02 380V 側(cè)也需加裝PT,由于無備用倉,也需考慮更換開關(guān)柜。

      (6)廠變6kV 開關(guān)室內(nèi)的保護(hù)為早期微機(jī)保護(hù),無通信接口,且超過了使用壽命,需要更換,但由于更換綜保和增加測控裝置必須對開關(guān)柜面板進(jìn)行更換,工作量大,考慮到這些開關(guān)柜均為GGΙA型開關(guān)柜,為明令淘汰產(chǎn)品,也必須考慮更新,廠變6kV 開關(guān)室內(nèi)新上自動化系統(tǒng)需結(jié)合開關(guān)柜改造進(jìn)行,改造工作量非常大。

      2)動力中心原二次設(shè)備陳舊,幾乎所有繼電保護(hù)裝置都需更換,涉及面非常廣

      (1)全廠設(shè)備只有1#、2#廠總變的保護(hù)、脫硫6kV 開關(guān)室內(nèi)的保護(hù)、空分6kV 開關(guān)室內(nèi)的保護(hù)為近年投入的微機(jī)保護(hù),原則上可考慮不更換,但測控單元需要增加。其余上百套繼電保護(hù)均需要改造,幾乎涉及全廠所有重要設(shè)備,涉及面非常廣,施工難度極大。

      (2)5#、6#、7#主變壓器需要增加倒帶微機(jī)保護(hù),即發(fā)電機(jī)停運(yùn),變壓器作為降壓變壓器帶6kV母線時的保護(hù)。

      (4)110kV、35kV、6kV、380V 所有壓變需增加測控和保護(hù)單元。

      (5)所有380V 設(shè)備保護(hù)均無通信借口,需改造,而且原多為斷路器自帶保護(hù),可能要更新開關(guān)。

      3)改造涉及許多公用系統(tǒng),風(fēng)險非常大

      (1)110kV 母差、35kV 母差保護(hù)原均為電磁型保護(hù),此次自動化系統(tǒng)改造需將其改為微機(jī)保護(hù),改造時設(shè)備不可能同時停,一旦接錯線或動作試驗錯誤,會導(dǎo)致全廠停電,后果嚴(yán)重。

      (2)6kV 電源、380V 母線備用電源自合閘回路,原來是采用廠高備變、廠低備變單向自合閘的方式來實現(xiàn)的,所有母線備用電源的控制回路公用一套回路,接線錯誤或調(diào)試不當(dāng),會導(dǎo)致其他母線誤失電,容易導(dǎo)致鍋爐熄火或發(fā)電機(jī)跳機(jī),風(fēng)險很大。

      (3)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(zhǔn)同期回路,各個同期點通過各自控制屏(臺)上的同期開關(guān)的切換來實現(xiàn),涉及幾乎所有110kV 線路、35kV 線路和發(fā)電機(jī)組,改造時要做到不影響其他設(shè)備,需考慮好施工方案,可考慮配備兩臺同期裝置。

      (4)考慮到此次電氣系統(tǒng)綜合自動化改造是在原有設(shè)備上進(jìn)行改造,設(shè)備是邊運(yùn)行,邊進(jìn)行改造,在改造中現(xiàn)有的保護(hù)屏、操作屏和模擬屏不能先拆除,因此新的保護(hù)屏和模擬屏如何安裝,需考慮切實可行的改造方案。

      4)改造幾乎涉及全廠設(shè)備,工期跨度大

      改造工作需結(jié)合鍋爐大修、發(fā)電機(jī)組大修、110kV 線路大修、35kV 線路大修等同步進(jìn)行,施工估計要跨越兩到三年,工期很長,對施工、對新舊兩套設(shè)備的特殊情況運(yùn)行都是一個考驗。

      5)自動化系統(tǒng)環(huán)境要求高,配電間都需重新整改裝修

      為了確保微機(jī)保護(hù)和測控裝置的安全運(yùn)行,110kV 開關(guān)室、35kV 開關(guān)室和6 kV 開關(guān)室必須加裝空調(diào)設(shè)施。110kV 開關(guān)室、35kV 開關(guān)室需準(zhǔn)備房間放置保護(hù)屏和通信設(shè)備,需重新改建。

      6)環(huán)丙站自動化系統(tǒng)需要通過通信裝置將信號引至電氣主控室,光纖無敷設(shè)路徑

      由于使用時間較長、故障多,本身自動化需要升級,且原載波通信裝置因傳播速度問題無法傳遞圖像,而且現(xiàn)已經(jīng)故障無法通信,需改為光纖通信,但光纜敷設(shè)需經(jīng)過許多廠區(qū),難度相當(dāng)大,需先考慮好光纖敷設(shè)路徑。

      5 結(jié)論

      發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)能進(jìn)一步提高發(fā)電廠自動化水平,能提高電氣設(shè)備運(yùn)行和管理水平,而微機(jī)型的保護(hù)和自動裝置及成熟的通信和現(xiàn)場總線技術(shù)又為實現(xiàn)電廠電氣綜合自動化系統(tǒng)的必要技術(shù)保障,所以說發(fā)電廠電氣自動化改造是發(fā)電廠發(fā)展的必然趨勢。當(dāng)然作為老電廠老設(shè)備的改造,難度和風(fēng)險肯定是存在的。有理由相信只要規(guī)劃得當(dāng)、設(shè)計合理、現(xiàn)場施工組織完備,在老電廠進(jìn)行電氣自動化系統(tǒng)改造是切實可行的,在一次設(shè)備及其輔助設(shè)施做適當(dāng)改造的情況下,發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)改造一定能全面提高動力中心發(fā)電廠的自動化運(yùn)行和管理水平。

      [1] 王遠(yuǎn)璋.變電站綜合自動化[M].北京:中國電力出版社,2004.9.

      [2] CCZ-8000 火電廠電氣自動化系統(tǒng)技術(shù)說明書.許繼電氣股份.2006.7.

      [3] CSPA-2000 發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)說明書.北京四方繼保.2004.7.

      [4] 曹利敏.火電廠廠用電氣自動化系統(tǒng)(ECS)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].內(nèi)蒙古石油化工,2008(19).

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