火力發電廠電氣自動化控制技術的運用分析

2023年12月29日發(作者：摘柿子)

火力發電廠電氣自動化控制技術的運用分析發布時間：2021-05-07T16:16:18.117Z 來源：《當代電力文化》2021年4期 作者： 董小銀[導讀] 隨著國家電力事業的發展，我國火電機組正朝著高參數、大容量、低能耗、低污染、高自動化方向迅猛發展。火力發電廠電氣自動化控制技術的運用分析董小銀陜西渭河發電有限公司 陜西省西咸新區 712085摘要：隨著國家電力事業的發展，我國火電機組正朝著高參數、大容量、低能耗、低污染、高自動化方向迅猛發展。本文基于監控范圍確立、監控方案比對、監控軟件配置、畫面邏輯組態、通訊系統組網相關理論，對火力發電廠電氣自動化控制技術的運用進行了深入探討，為火電廠發展工作提供了指導。關鍵詞：火力發電廠；高自動化；監控范圍；組網 ；指導 發電廠是整個電力系統的重要不可組成的一部分,它直接關系影響整個國家電力系統的安全與利用經濟,電網系統調度對整個發電廠內部電氣設備的可控制性和精準度等的要求也在不斷的要求提高。電氣控制系統可以有效提高電氣設備的監控水平，也有利于實現機組的安全自動化運行。1 電氣控制系統現狀分析1.1 電氣控制系統監控范圍 電氣控制監測系統監測對象主要為兩大監控區域,如軟件圖1-1所示:高壓發電機—備用變壓器電機組監控系統、低壓電機廠房備用電機組系統。發電機—機和變壓器等機組成套系統主要包括高壓發電機、變壓器、高廠用逆變、發電機勵磁器組系統;高中低壓和高廠變專用電變組系統主要包括高高低廠用電變、廠用變等電源、電動機以及其它各種高低壓電動機等成套設備。電氣監控的主要參數為電壓、電流和頻率，現場的二次設備將一次大電流、大電壓變成為二次的標準電流、電壓，通過電壓、電流變送器變為 4-20mA 信號，送到 I/O 站后經處理顯示在畫面上。除此之外，升壓站系統的電氣參數通過 NCS 網絡通訊接入電氣控制系統中只做監測用。

圖1-1 電氣控制系統范圍

1.2 電氣控制系統的基本結構 1、站控層：主要包括工控機、服務器、大屏幕顯示器、工作站等設備。其作用是完成主控與就地監控設備之間的信息傳送，通過后臺上位機和監控軟件實現對就地設備的監控和調度。 2、通訊設備層:主要設備包括全部的無線網絡通信設備,其中主要有無線光纖、路由器、交換機、通訊控制模塊、通訊數據管理機、串口通訊服務器、網關以及計算機和相關網絡通信連接線等。通訊轉換層技術可實現多種電氣通訊技術標準規約的數據在線通訊轉換,完成對不同生產廠家各種電氣設備與總線和控制器單元的在線互聯,實現各種通訊數據的在線通信與數據處理。實現各種數據的通信與處理。 3、間隔層:主要包括電源模塊、I/O 板卡、控制器 XCU、隔離繼電器等。間隔層的作用主要完成對現場電氣設備信號的采集、保護、測控等。 4、過程層:主要產品包括直流電壓移動互感器、電流移動互感器、變送器、傳感器、保護器和測控控制裝置、斷路器、中間件和繼電器等。過程管理層的主要功能是對各種電氣設備的各種開關式測量、模擬量、報警量等信號量的采集和各種電氣控制系統命令的采集執行。

圖1-2 電氣控制系統結構圖

2 存在的問題分析 1、設備數據有效性、安全性、可靠性較差。由于通訊設備技術落后，數據在傳輸和過程中時間較長，通訊數據容易發生干擾，造成數據實時性和正確性較差。 2、監控點沒有形成監控網絡。由于設備改造，一些新增設備電氣量并沒有加入到電氣控制系統中，造成監控缺失。 3、計算機性能限制。TOSMAP-DS 系統自國泰發電機組投產至今，計算機技術作為控制系統的重要組成部分，隨著科技發展，計算機性能的落后制約著控制系統的精準化，其運算速度、CPU 負荷率、可靠性均已達不到要求。

4、操作員站存在操作指令失靈的情況。操作過程中出現“程序無法響應”現象，解決方案只能是將操作員站進行重啟。在機組啟停機過程中操作比較頻繁的情況下，出現這種現象的頻率更高，威脅機組的正常安全運行。3 電氣控制系統的監控硬件方案設計3.1 完全現場總線方案 對于此種方案，在站控層設置工程師站進行后臺操作，設置操作員站進行電氣監控，設置歷史站對歷史數據庫進行存儲；通訊層網絡采用工業以太網方式的雙冗余配置形式，對 A 網總線結構及 B 網總線結構加以應用，同時將同軸電纜作為傳輸介質，并使用以太網進行管理，則能夠使網絡通信速率得到有效提升。兩臺機組通過網橋站實現公用電氣設備信息的共享；間隔層使用 I/O 模塊、控制器、網絡板卡、通訊管理機、交換機完成對各種電氣量的采集、上網、控制指令的發出；過程層采用帶通訊端口的智能微機保護器實現對就地設備電氣量的收集。具有通信接口的綜合型智能化設備，不僅取代了大量的中間轉換和接口設備，還將原有必須的功能實現了綜合化，智能化，分散化和自動化。其經濟性是不言而喻的。電氣公用系統在站控層進行獨立組網，通過網橋計算機分別與#10、#11 機組以太網連接，設置獨立的公用機組工程師站，兩臺機組的操作員站均可對公用設備進行操作。圖3-1 完全現場總線方案結構設計

3.2 部分硬接線與現場總線相結合方案 設置一套以現場總線技術為基礎的電氣控制系統，通訊層網絡也是采用工業以太網方式的雙冗余配置形式。間隔層的綜合保護測控裝置具有保護、測量、計量、控制、通訊功能，可以將就地電氣設備的參數轉化為電流信號、電度計量信號、各設備的反饋狀態、位置、保護動作及控制指令和預報信號經通訊管理機以通訊方式直接接入系統，保留操作指令和其他重要信號以硬接線方式接入電氣控制 系統的I/O 模件，即以“硬接線+通訊”方式接入系統。

圖3-2 硬接線與現場總線方案結構設計

3.3 完全硬接線方案 傳統的接線方式是以硬接線為基礎的，通過硬接線把電磁式儀表、開關設備、互感器、控制按鈕、轉換開關等連接起來，二次線名稱的來源于此，這種接線方式比較傳統，也比較原始，以使用大量的控制電纜為基礎：所有電氣設備的狀態量接入 DI 模塊，所有控制指令接入 DO 模塊，電流電壓等模擬量接入 AI模塊。

圖3-3 完全硬接線方案結構設計

4 電氣控制系統的監控軟件模塊分析 如圖4-1所示。主程序由以下幾個部分組成：系統初始化部分、顯示部分、參數設置部分、轉換部分、數據處理部分和歷史數據查詢部分等組成。圖4-1 主程序框圖

4.1 所含模塊4.1.1 系統初始化模塊 系統初始化模塊的主要作用就是。因為漏電保護器內部有一定的存儲空間，所以當里面的數據存儲到一定數量時需要清空緩存，以方便我們采集新的數據。比如漏電電流的數據和延時設定數據。同時正常狀態指示燈的點亮，其他指示燈的熄滅等。都需要系統初始化模塊來實現。程序代碼見附錄。

4.1.2 顯示模塊

顯示模塊則是由數碼管和發光二極管組成。數碼顯示可以顯示實時的漏電電流大小。用戶還可以經過按鍵操作查看設置的漏電電流值，延時時間值和存儲的歷史漏電電流值。而發光二極管則會在漏電保護器處于不同的狀態下，點亮或熄滅。顯示漏電電流和延時時間時的狀態指示燈，則是由位于“XXXX”右邊的兩個指示燈。程序代碼見附錄。

4.1.3參數設置模塊 參數設置模塊則是通過漏電保護器面板上的按鍵，配合數碼管和指示燈的顯示，來設定漏電電流報警值和延時時間值。同時把相應數據送到內部存儲起來，以防丟失。程序代碼見附錄。4.1.4 A/D 轉換模塊

A/D 轉換模塊流程如圖4-2所示。完成轉換后會把相應的數據發送到存儲單元保存起來，在完成一定次數的轉換后，在數據處理模塊進行處理。程序代碼見附錄。圖4-2 轉換流程圖

4.2 部分實現代碼

5 結論 根據本文所述，通過分析電氣控制系統運行狀況和國內外自動控制技術的發展，分析了電氣控制系統改造的必要性和可行性。在此基礎上為了保證設備運行可靠性、提高控制系統自動化，本文不僅考慮減少系統硬接線數量，也考慮控制指令抗干擾性，確立了“硬接線+數據總線”的火力發電廠電氣自動化控制技術方案，為相關行業提供了借鑒。

參考文獻：[1] 任慧超. 電氣自控技術在工廠的應用分析[D]. 2020.

[2] 李寶華, 齊生林. 電氣自動化技術在火力發電廠中的創新應用[J]. 百科論壇電子雜志, 2020, 000(002):924.

[3] 黃建煒. 火力發電廠電氣自動化控制技術應用[J]. 建材發展導向, 2020,