發(fā)電廠電氣控制與保護(hù)設(shè)計(jì)的研究

謝依宸

[摘 ? ?要]發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行離不開科學(xué)合理的監(jiān)控，在以往的技術(shù)背景下，電廠電氣控制主要由人來完成，不僅效率低而且成本高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電氣自動化技術(shù)開始走進(jìn)發(fā)電廠并成為發(fā)電廠最主要的控制技術(shù)。文章基于發(fā)電廠電氣控制現(xiàn)狀對發(fā)電廠電氣控制與保護(hù)設(shè)計(jì)的有效性策略展開研究，旨在完善發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)，提升電廠運(yùn)行管理水平。

[關(guān)鍵詞]發(fā)電廠;電氣控制;電氣保護(hù)

[中圖分類號]TM77 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]The safe and stable operation of power plant can not be separated from scientific and reasonable monitoring. Under the previous technical background， the electrical control of power plant is mainly accomplished by people， which is not only inefficient but also high in cost. With the development of science and technology， electrical automation technology began to enter the power plant and become the most important control technology of the power plant. Based on the current situation of power plant electrical control， this paper discusses the effectiveness strategy of power plant electrical control and protection design， in order to improve the power plant electrical control system and improve the level of power plant operation and management.

[Keywords]power plant; electrical control; electrical protection

目前，發(fā)電廠的電氣控制與保護(hù)技術(shù)已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，計(jì)算機(jī)、DCS等在發(fā)電廠中的應(yīng)用使得電廠安全管理水平極大提升，發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益等都有了一定保障。但盡管如此，發(fā)電廠電氣控制與保護(hù)系統(tǒng)中還是存有一些不足，具體分析如下。

1 發(fā)電廠電氣控制與保護(hù)設(shè)計(jì)現(xiàn)存問題

1.1 整體技術(shù)水平有待提升

盡管近年來我國電力生產(chǎn)、電氣控制技術(shù)等有了很大的發(fā)展與進(jìn)步，但是整體的技術(shù)水平仍有待提升，在具體的電力生產(chǎn)活動中，一些問題仍因技術(shù)限制而無法及時(shí)有效解決。如發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)中單元機(jī)組控制室的空間過大，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行效率不高，使電力生產(chǎn)成本不高。同時(shí)我國電氣控制系統(tǒng)的自動化與智能化水平還有待提升。

1.2 機(jī)組控制協(xié)調(diào)性不高

除了自動化與智能化水平有待提升外，發(fā)電廠電力控制系統(tǒng)中各機(jī)組之間的協(xié)調(diào)性也相對較低，機(jī)組之間的低協(xié)調(diào)性使發(fā)電廠生產(chǎn)效能降低，資源損耗嚴(yán)重。當(dāng)前發(fā)電廠的生產(chǎn)系統(tǒng)主要是由發(fā)電機(jī)、變流器、風(fēng)機(jī)等構(gòu)成，這些部分相互影響，任何一個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)都會對整體的發(fā)電效果產(chǎn)生直接影響。要想全面提升發(fā)電廠運(yùn)行效能，就需要實(shí)現(xiàn)對各機(jī)組的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制與統(tǒng)一指揮。但目前發(fā)電廠對各機(jī)組的協(xié)調(diào)管理水平還有待提升。

1.3 電氣設(shè)備管理效果低下

對發(fā)電廠網(wǎng)控設(shè)備檢修系統(tǒng)做深入研究后發(fā)現(xiàn)，發(fā)電廠在電氣設(shè)備控制方面還存在較多問題。風(fēng)電廠各電氣設(shè)備基本都屬于半露天狀態(tài)下，受環(huán)境影響很大。因此在生產(chǎn)運(yùn)營期間必須要高度重視對各設(shè)備的檢查與維修管理。但目前受管理手段單一、信息化水平不高等原因?qū)е码姎庠O(shè)備得不到有效管理與維護(hù)，設(shè)備中的一些潛在性隱患無法被及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決。此外，電廠電氣系統(tǒng)所采用的通信協(xié)議格式差異較大，不同傳感器的通信接口也不統(tǒng)一，這些問題導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法順利傳輸，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)維工作無法及時(shí)開展。

2 發(fā)電廠電氣控制與保護(hù)設(shè)計(jì)有效性策略

2.1 科學(xué)選擇電氣控制室

在發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)中，控制室是一個(gè)十分重要的組成，選擇哪種形式的控制室就直接決定了后續(xù)使用哪種控制方式。目前在發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)中常見到兩種形式的控制室，分別是單機(jī)一控模式與兩機(jī)一控模式。這兩種模式的控制室既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。選用單機(jī)一室的控制室時(shí)，工作人員便于開展調(diào)試、測量、監(jiān)視、操作與安裝等各項(xiàng)工作，整個(gè)控制室內(nèi)的空間會比較大，環(huán)境相對好，各單元機(jī)組也能得到相對有效的保護(hù)。而缺點(diǎn)便是管理的集中化程度不高，操作與管理時(shí)需要較多人員的參與，不利于管理程序的簡化與管理效能的提升。若選用兩機(jī)一控模式的控制室，那么整個(gè)控制系統(tǒng)的接線會比較簡單，管理的集中化程度高，人員投入少，操作便利，對電纜的使用量少，系統(tǒng)運(yùn)行成本得以降低。缺點(diǎn)是當(dāng)其中一臺設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，另一臺也會受到影響，因而在某些情況下可能無法保證發(fā)電廠的不間斷生產(chǎn)與運(yùn)作。當(dāng)前在電氣控制室選用方面還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此在進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員主要根據(jù)電廠的單機(jī)容量等因素做合理選擇。

2.2 合理比選電氣設(shè)備控制方式

目前，我國各發(fā)電廠普遍采用以下三種電氣設(shè)備控制方式：強(qiáng)電控制、弱電選線控制、微機(jī)監(jiān)控控制。這三種控制方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但從整體上來看，強(qiáng)電控制的科學(xué)性與合理性要更高一些。如相較于弱電選線控制，強(qiáng)電控制不僅接線簡單、運(yùn)行方便，而且可靠性高、安全性強(qiáng)，在開展調(diào)試等工作時(shí)也非常便利。因此這一電氣控制方式是我國大部分發(fā)電廠所采用的。微機(jī)監(jiān)控控制方式相較于強(qiáng)電控制與弱電選線控制方式，最大的優(yōu)點(diǎn)就在于自動化水平高。微機(jī)監(jiān)控控制是在現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)比較先進(jìn)的自動化控制技術(shù)，將微機(jī)監(jiān)控接入到DCS系統(tǒng)后，系統(tǒng)運(yùn)行效率將極大提高，機(jī)組運(yùn)行的自動化水平將有效提升。因此在條件允許的情況下可優(yōu)先考慮微機(jī)監(jiān)控控制方式。

2.3 機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)合理布設(shè)

發(fā)電廠有許多輔助系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的運(yùn)作標(biāo)準(zhǔn)與流程不一，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)系統(tǒng)的具體特點(diǎn)以及運(yùn)行需求合理選擇適合的控制以及保護(hù)方式，從而獲得最為理想的管控效果。對于電力系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等應(yīng)遵循統(tǒng)一設(shè)備選型、統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等原則，實(shí)現(xiàn)全CRT監(jiān)控，有效提高電廠電氣管理水平。

在設(shè)計(jì)時(shí)，可于CCS中納入電氣控制系統(tǒng)，并做到分散分層布置。為了提升系統(tǒng)的可靠性，還可配置站控層、通訊管理層以及間隔層等，使CCS與DCS之間能順暢溝通。在進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，也可按照物理分散、功能分散等原則科學(xué)設(shè)計(jì)單元機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，讓系統(tǒng)功能更加全面，運(yùn)行狀態(tài)更加穩(wěn)定。對于發(fā)電廠中電子設(shè)備間，可采用小集控室，并且按照分散布置的原則進(jìn)行電子設(shè)備間的規(guī)劃與布置，實(shí)現(xiàn)全廠監(jiān)控與管理信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化。

2.4 重視電氣設(shè)備防護(hù)設(shè)計(jì)

針對前文提到的設(shè)備監(jiān)測方式、數(shù)據(jù)采集范圍不廣泛等問題，建議設(shè)計(jì)人員能采取以下措施進(jìn)行優(yōu)化：①增加監(jiān)測系統(tǒng)中的裝置，可對系統(tǒng)中裝置類型進(jìn)行豐富，數(shù)量進(jìn)行提升，以此提高設(shè)備數(shù)據(jù)采集的全面性。如為了更及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)備螺絲松動等細(xì)小問題，可在相應(yīng)部位增設(shè)遠(yuǎn)程紅外線熱成像裝置與紅外線在線測溫裝置，利用這些裝置采集容易遺漏掉的數(shù)據(jù)，使設(shè)備螺絲松動、絕緣性能下降等問題能得到全面反映。②統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口、通信格式等，并且對監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)籌、管理等合理安排與布局，讓不同傳感器具有通信協(xié)議格式差異這一問題得到有效解決。此外，針對監(jiān)測系統(tǒng)中的權(quán)重系數(shù)評價(jià)方式缺陷，可通過改變評價(jià)方式以及對參數(shù)設(shè)置限值等方式進(jìn)行解決，讓系統(tǒng)的監(jiān)督管理水平得到有效提升。

2.5 加強(qiáng)系統(tǒng)防干擾設(shè)計(jì)

風(fēng)電廠各電氣設(shè)備基本都屬于半露天狀態(tài)下，雨雪、雷擊等會對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生較大影響。鑒于此，在進(jìn)行電氣控制與保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)認(rèn)真做好系統(tǒng)防干擾設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障的概率降到最低。設(shè)計(jì)時(shí)工作人員要詳細(xì)考察風(fēng)電場地貌條件與區(qū)域內(nèi)的氣候條件，準(zhǔn)確掌握各項(xiàng)因素對電氣設(shè)備以及系統(tǒng)的影響，在此基礎(chǔ)上做好防干擾設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。針對外部雷擊以及設(shè)備內(nèi)部噪音等干擾因素給發(fā)電設(shè)備帶來的影響，可采取屏蔽、隔離等措施來增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力，將各因素對系統(tǒng)造成的負(fù)面影響降到最低。針對線路傳送過程中產(chǎn)生的干擾問題，可通過屏蔽電纜傳輸或是在機(jī)柜一端進(jìn)行接地等方式來消除干擾，確保電力的正常穩(wěn)定傳輸。若在供電回路中存在干擾，就可利用電源低通濾波技術(shù)將高次諧波帶給系統(tǒng)的干擾消除，讓系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行。

2.6 優(yōu)化電池選擇

在發(fā)電廠直流系統(tǒng)中常用到堿性鎘鎳電池、閥控式鉛酸電池、固定型的防酸隔爆式蓄電池。在上述幾類電池中，鉛酸蓄電池被使用的最多。這種電池生產(chǎn)難度低、價(jià)格也相對合理，但是其由于體積較大因而會占據(jù)較大的面積。并且該種普通的蓄電池也存有較多質(zhì)量隱患，如鉛酸蓄電池若長時(shí)間使用就會飄散出較多的酸霧，從而導(dǎo)致環(huán)境受到污染。堿性鎘鎳蓄電池的污染性雖然相對較小，但由于生產(chǎn)技術(shù)還不夠成熟完善因此也存有一些缺點(diǎn)。如在使用過程中有可能會出現(xiàn)堿滲漏的情況，并且使用堿性鎘鎳蓄電池時(shí)還需要安排專人定期補(bǔ)液。更重要的是這類蓄電池市場價(jià)格較高。因此從整體上來講用閥控式鉛酸蓄電池的實(shí)用性要最好。①這種電池體積合理，占地面積不大，在使用過程中也不會出現(xiàn)堿滲漏或者是酸霧逸出等問題。②電池使用起來較為方便，如在電池容量較小的情況下就無需設(shè)置單獨(dú)的空間，因而極大簡化了整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了控制系統(tǒng)的性能。

2.7 合理布設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)硬接線與通信管理層

在當(dāng)前的技術(shù)背景下，設(shè)計(jì)人員在將電氣信息順利接入DCS時(shí)，多采用硬接線方式。這種接線方式雖有一定的科學(xué)性與合理性，但是也存有一些問題。如信息存儲量不大，在這種接線方式下，只能將普通的電度表安裝到電廠的用電回路中，然而普通的電度表不具備電氣管理、濾波分析以及事故追憶等功能，因此會使系統(tǒng)的管理與運(yùn)維十分困難，會導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率增加。鑒于此，建議在設(shè)計(jì)電氣控制與保護(hù)系統(tǒng)時(shí)對上述接線方式進(jìn)行更換，如使用當(dāng)前比較先進(jìn)的以太網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)場總線接線方式來替換硬接線方式，以豐富系統(tǒng)功能，提高信息傳輸速率，讓一體化、動態(tài)化監(jiān)控得以實(shí)現(xiàn)。

2.8 優(yōu)化信號與測量系統(tǒng)選擇

在發(fā)電廠運(yùn)行過程中，中央信號系統(tǒng)發(fā)出信號對其他系統(tǒng)進(jìn)行組織協(xié)調(diào)，讓電力生產(chǎn)活動能順利完整。因此信號系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)重要內(nèi)容。當(dāng)前在設(shè)計(jì)發(fā)電廠信號系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員常用到以下兩種方法：基于微機(jī)閃光報(bào)警器創(chuàng)建信號系統(tǒng)以及利用光私牌與沖擊繼電器構(gòu)建起信號系統(tǒng)。在以往的技術(shù)條件下，第二種類型的信號系統(tǒng)被應(yīng)用的最為廣泛，但近幾年技術(shù)迅速發(fā)展起來后這一類型的信號系統(tǒng)就逐漸被棄之不用。主要原因是該信號系統(tǒng)無法有效記憶瞬時(shí)信號，并且報(bào)警形式也比較單一，系統(tǒng)整體的可靠性較低。除此之外，由于技術(shù)相對落后，因而系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生較大的能耗，不符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的要求。而與由光私牌與沖擊繼電器構(gòu)建起信號系統(tǒng)相比，基于微機(jī)閃光報(bào)警器創(chuàng)建的信號系統(tǒng)則顯得十分安全可靠。這一系統(tǒng)利用先進(jìn)技術(shù)彌補(bǔ)傳統(tǒng)信號系統(tǒng)的缺陷，能實(shí)現(xiàn)對瞬時(shí)信號的準(zhǔn)確記憶，更重要的是系統(tǒng)信號回路簡單，因而降低了運(yùn)維難度以及運(yùn)行功耗，提升了發(fā)電廠生產(chǎn)效益。且該信號系統(tǒng)對接受的信號數(shù)量沒有限制，因此其更符合當(dāng)前需求。在具體的設(shè)計(jì)活動中可優(yōu)先選用基于微機(jī)閃光報(bào)警器創(chuàng)建的信號系統(tǒng)。

3 結(jié)語

健全完善的電氣控制與保護(hù)系統(tǒng)是保障發(fā)電廠安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。當(dāng)前我國發(fā)電廠電氣控制與保護(hù)水平雖有所提升，但相較于發(fā)達(dá)國家還有很大的提升空間。為此應(yīng)基于我國國情，結(jié)合發(fā)電廠實(shí)際需求進(jìn)一步加大對電氣控制與保護(hù)技術(shù)的研究，充分運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)提升電氣控制與保護(hù)水平，為我國電力事業(yè)的發(fā)展提供更有力保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟凡亮.發(fā)電廠電氣控制與保護(hù)設(shè)計(jì)問題分析[J].電力設(shè)備管理，2020（10）：114-116.

[2] 任杭州.發(fā)電廠電氣控制和保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題探究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019，27（22）：75.

[3] 楊紅兵.發(fā)電廠電氣控制和保護(hù)設(shè)計(jì)中需要注意的問題分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（3）：153.