發(fā)電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

高 嵩，李稼鋇

（中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引 言

近年來，隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷成熟，它在發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸廣泛。我國大多數(shù)110 kV以下的變電站都引入了電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，一定程度上降低了相關(guān)工作人員的工作量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站的遠(yuǎn)程控制操作[1]。采用自動(dòng)化系統(tǒng)，有效提升了發(fā)電廠的管理水平，降低了發(fā)電廠的成本支出，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，研究分析發(fā)電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的概述

通過電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，可以在發(fā)電廠日常運(yùn)行管理中實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電廠的發(fā)電和供電質(zhì)量的有效管理，提升整體的電力管理水平，降低電路運(yùn)行過程中故障的發(fā)生率[2]。此外，自動(dòng)化控制還降低了人工費(fèi)用的投入，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的控制管理。

現(xiàn)階段，發(fā)電廠的電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要功能表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)子系統(tǒng)的監(jiān)控管理，包括采集相關(guān)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并記錄存在的系統(tǒng)故障，監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)運(yùn)行性能，記錄電力相關(guān)設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)和內(nèi)容。

（2）借助電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可以保護(hù)相關(guān)子系統(tǒng)的微機(jī)。（3）控制和管理子系統(tǒng)中的電壓指標(biāo)、電功率指標(biāo)。（4）具有低周減載的作用，確保系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電和用電處于平衡狀態(tài)。

（5）可以對(duì)發(fā)電廠的備用電源實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切換。

2 發(fā)電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成

2.1 集中監(jiān)控方式

集中監(jiān)控方式，如圖1所示。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的集中監(jiān)控方式，運(yùn)行和維護(hù)過程都較為簡(jiǎn)單方便，對(duì)控制站的防護(hù)要求等級(jí)較低，系統(tǒng)設(shè)計(jì)也較為簡(jiǎn)單。該種方式的主要特點(diǎn)是：在進(jìn)行監(jiān)控處理時(shí)，所有功能都在一個(gè)處理器中完成，一定程度上會(huì)影響處理器的工作效率。由于所有的電氣設(shè)備都要進(jìn)行監(jiān)控，數(shù)量的增加會(huì)造成主機(jī)冗余下降，相關(guān)電纜的數(shù)量投入增多，增加了費(fèi)用支出。同時(shí)，長(zhǎng)距離電纜帶來的干擾會(huì)對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)帶來不利影響。

此外，采用硬接線的方式，實(shí)現(xiàn)隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器之間的連鎖。在進(jìn)行設(shè)置過程中，隔離刀閘的輔助接點(diǎn)經(jīng)常不處于規(guī)定位置，給設(shè)備的操作運(yùn)行帶來了嚴(yán)重影響。進(jìn)行二次接線操作相對(duì)復(fù)雜，對(duì)線路的查詢也不方便，一定程度上增大了維護(hù)工作量。

圖1 集中監(jiān)控方式

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控方式

該種電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。相比集中監(jiān)控方式，它對(duì)電纜的需求量較低，有效降低了系統(tǒng)的安裝成本，具有可靠性更好、靈活性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[3]。現(xiàn)階段，受現(xiàn)場(chǎng)總線通信速度較低的影響，在發(fā)電廠電氣相關(guān)的通信業(yè)務(wù)量較大的背景下，遠(yuǎn)程監(jiān)控方式更適用于一些較小系統(tǒng)的電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控方式

2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到發(fā)電廠的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中。尤其是智能化電氣設(shè)備的不斷發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)總線控制系統(tǒng)在電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了便利條件。通過在電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中引入電廠總線監(jiān)控方式（如圖3所示），可以提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)的針對(duì)性。對(duì)于不同的間隔，可以使用相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以達(dá)成不同的目的?，F(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式具有遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的所有優(yōu)點(diǎn)，而且可以降低隔離設(shè)備、端子柜、I/O卡件、模擬量變送器等設(shè)備的使用。在實(shí)現(xiàn)設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)的連接過程中，無需大量電纜，降低了系統(tǒng)的總體成本和維護(hù)投入。此外，由于系統(tǒng)中相關(guān)裝置的運(yùn)行相對(duì)獨(dú)立，僅通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信連接，使得網(wǎng)絡(luò)組態(tài)更加靈活。任何一組裝置出現(xiàn)故障或者問題，都不會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，提升了系統(tǒng)的安全運(yùn)行性能。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式

3 發(fā)電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

結(jié)合我國發(fā)電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀，在對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中采用了分層分布式架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電廠的監(jiān)控和運(yùn)行管理。

（1）間隔層。作為電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的底層，間隔層主要是系統(tǒng)的控制和保護(hù)測(cè)控裝置。該層次實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)、保護(hù)以及預(yù)處理功能，并可以實(shí)現(xiàn)分布式的嵌入式8CADA的HMI服務(wù)。間隔層的設(shè)備在進(jìn)行連接時(shí)，采用冗余現(xiàn)場(chǎng)總線接口，通過雙網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)了雙網(wǎng)運(yùn)行，且可以實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)的無障礙切換。一旦其中一條網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)仍然可以正常運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）通信層。通信層是電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸核心。借助通信層，可實(shí)現(xiàn)不同廠家、通信協(xié)議以及傳輸速度等通信信息的統(tǒng)一性轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控層和間隔層之間的實(shí)時(shí)通信。根據(jù)電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的不同規(guī)模和不同配置要求，設(shè)計(jì)過程中可以通過設(shè)置多套通信層的設(shè)備來分層實(shí)現(xiàn)。每套通信層設(shè)備主要由網(wǎng)絡(luò)處理機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議和轉(zhuǎn)換器組成。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)路的選擇，采用光纖作為主要網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，可提升系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離傳輸性能。

（3）監(jiān)控層。監(jiān)控層是電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能核心。電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的SCADA/HMI功能一般采用PowerView系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；保護(hù)管理功能則采用PMS實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行監(jiān)控層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，采用雙以太網(wǎng)，根據(jù)發(fā)電廠的相關(guān)功能和數(shù)量進(jìn)行設(shè)置。一般情況下，監(jiān)控層的主要功能是：對(duì)外完成對(duì)ECS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)的接口功能；對(duì)系統(tǒng)間隔層設(shè)備進(jìn)行間隔和管理，并對(duì)系統(tǒng)本身進(jìn)行自檢，查看是否存在故障。主要管理功能通過對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)、對(duì)間隔層的設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和修改實(shí)現(xiàn)的，并記錄、分析和管理歷史信息[4]。自診斷功能則是借助監(jiān)控層實(shí)現(xiàn)對(duì)本身的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢查以及故障的診斷。

4 發(fā)電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 聯(lián)鎖保護(hù)

火電廠正常運(yùn)行過程中，很容易受到外界因素的影響，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。借助電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)，一旦發(fā)生意外情況，可以通過跳閘對(duì)出現(xiàn)問題的系統(tǒng)或者相關(guān)設(shè)備進(jìn)行關(guān)停，避免火電廠的其他系統(tǒng)和設(shè)備受到損壞。

4.2 繼電保護(hù)

通過繼電器，發(fā)電廠可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，并有效調(diào)控繼電的運(yùn)行。所謂繼電保護(hù)，是指通過限定電氣參量和熱工參數(shù)的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備回路的保護(hù)。

4.3 裝置保護(hù)

在發(fā)電廠運(yùn)行過程中，相關(guān)設(shè)備不僅繁多而且較為復(fù)雜。借助電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可確保設(shè)備可以有效搭配，共同協(xié)作，保障發(fā)電廠的整體工作效率，避免電力設(shè)備受到外界因素的干擾而無法正常工作運(yùn)行。

4.4 防雷保護(hù)

借助電氣綜合自動(dòng)化程序，可以通過增加防雷設(shè)施，使發(fā)電廠的相關(guān)設(shè)備不因雷電而影響正常運(yùn)行。

5 結(jié) 論

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并將其應(yīng)用到發(fā)電廠中，可以有效提升發(fā)電廠的運(yùn)行管理水平和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)的雙豐收。因此，相關(guān)工作者應(yīng)當(dāng)充分了解電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，正確進(jìn)行發(fā)電廠的電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，推動(dòng)我國電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。