浅谈大型火力发电厂电气监控系统

浅谈大型火力发电厂电气监控系统沈贺伟1，王淳忠2，赵耀1（1大唐淮南洛河发电厂安徽淮南 2320082大唐安徽分公司安徽合肥230071）Discussion On The Electric Monitoring & Control System Of The LargeThermal Power PlantShen-hewei1,Wang-chunzhong2,Zhao-yao1(1Datang Huainan Luohe Power Plant, Huainan City, Anhui, 232008, China2 China Datang Group AnHui Branch,Hefei City,Anhui,230071,China)ABSTRACT:By Introduction Of The Electric Monitoring & Control System Of The Large Thermal Power Plant, Elaborating Tt Is To The Significance And Effect Of The Large Thermal Power Plant.KEY WORDS: The Large Thermal Power Plant; Electric; The Monitoring & Control System摘要：通过介绍大型火力发电厂电气监控系统的典型配置，阐述该系统对大型火力发电厂的意义和作用。

关键词：大型火力发电厂；电气；监控系统0 引言随着火力发电机组容量的增大，大型火力发电厂电气一、二次设备的系统及其接线型式日趋复杂，由此导致的相关监视与控制系统也日益繁复，所起到的作用也更加重要，逐渐成为发电厂控制系统一个重要的分支，对大型火力发电厂的安全稳定运行产生了至关重要的意义。

一般来说，大型火力发电厂的电气监控系统主要包括以下环节：（1）主机DCS系统所包含的ECS模块；（2）监控升压变电站的NCS系统；（3）用于全厂电气设备的辅助监控系统（UACS）；（4）传统的电气仪表、继电保护及自动化装置，如关口表计、保护装置、自动准同期装置以及故障录波器等。

1 DCS对电气系统的监控机组DCS系统中的ECS模块包括单元机组监控网络和公用系统监控网络。

1.1 ECS对电气系统的监测监控范围其范围包括：发电机出口开关、发电机励磁系统、厂用高压电源（包括厂用变压器）、低压厂用变压器高压侧进线开关及PC 进线、分段开关，PC至MCC的馈线开关（包括主厂房及辅助厂房），各类闸刀以及单元机组的直流和UPS、柴油发电机组的重要信号部分。

1.2 ECS数据量的处理与采集模拟量处理包括预防回路断线检测功能、信号抗干扰、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判断、标度换算、梯度计算、越复限判断及越限报警，最后经格式化处理后形成实时数据并存入实时数据库。

开关量采集是指对事故/故障信号、开关及刀闸的位置信号、继电保护的动作信号以及手动自动方式选择的位置信号的采集。

ECS对这些信号的采集方法为快速扫描。

脉冲量采集主要指有功及无功电度量等的累加。

脉冲量的输入为无源接点或有源电脉冲，即时采集。

开关量输出特指各类操作控制指令。

计算机在输出这些信号前进行校验，经判断无误后才能送至执行机构，为保证信号的电气独立性及准确性。

1.3 ECS对电气系统的监控功能（1）调节功能调节变压器有载调压分接开关的位置。

调节自动励磁调节器（AVR）、各类辅机变频器的可控硅导通角，从而达到调节发电机、电动机电压和电流的目的。

（2）控制功能①发变组控制对发变组的控制有二种方式，即顺序控制或软手操控制。

采用哪种控制方式，由设在操作员站上的选择开关实现。

发变组的顺序控制是按逻辑条件顺序完成发电机由零起升压直至并网，带初始负荷的全过程。

软手操控制是指运行人员通过键盘和鼠标进行开关的操作，每一项操作计算机都将进行合法性检查和控制闭锁条件检查。

②厂用电源开关的控制正常的合闸、分闸操作，由ECS软手操发出指令实现。

事故情况下，备用电源之间的互相切换，包括柴油发电机启动带载直至充当事故电源，虽然不经过操作员站发出指令，但要经过ECS逻辑判断。

③辅助车间控制方式辅助车间的电源系统控制方式，除辅助厂房低压变压器高压侧开关的投、切由ECS 控制外，其它均为常规就地操作，但须向ECS 送出必要的信号量和运行数据。

（3）事故处理当发生事故、故障和越限等事件时，监控系统应能自动作一系列处理，如发出音响，推出画面、启动事故追忆、画块或数据变色等。

2 NCS对电气系统的监控发电厂220kV、500kV升压站的监控由网络控制系统（NCS）实现。

2.1 NCS对电气系统的监测监控范围控制范围包括：500kV开关、电动刀闸、电动接地开关，变压器有载调压开关。

监测范围包括：电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数、有功电能、无功电能和温度量等。

NCS的监视信号包括：变压器调压开关、SF6开关、闸刀以及接地开关的位置信号、继电保护装置和安全自动装置动作及报警信号、运行监视信号等。

2.2 NCS的硬件结构NCS包括两部分：站控层和间隔层，它们之间通过铠装光缆连接。

（1）站控层是升压站网络设备监视、测量、控制、管理的中心。

站控层网络为以太网，按双网配置，网络拓扑结构为星型，网络传输协议为TCP/IP，通讯介质为铠装光缆。

站控层网络实现站控层各个工作站之间和来自间隔层的全部数据的传输和各种访问请求。

主要设备有主机/操作员站、工程师站、五防闭锁工作站、通信接口装置、公用接口装置、打印服务器及打印机、GPS对时装置、网络设备等。

（2）间隔层网络采用以太网，网络拓扑结构为星型，网络传输协议为TCP/IP，通讯介质为五类双绞屏蔽线。

间隔层的主要设备包括测控单元、通讯接口单元、网络设备等。

当站控层及网络失效时，间隔层仍能独立完成监测和控制功能。

2.3 NCS对电气系统的监控功能（1）实时数据的采集由每个电气间隔的测控装置完成。

该装置作为本间隔保护装置的通信管理单元，负责实现本间隔的遥测、遥控、遥信、遥脉、遥调等功能，提供以太网、现场总线等方式接入NCS。

采集信号的类型与ECS相同，分为模拟量、脉冲量和开关量。

（2）控制操作电气设备控制方式为两级控制：即就地控制、站控层控制。

操作命令的优先级为：就地控制→站控层控制。

同一时间只允许一种控制方式有效。

对任何操作方式，保证只有在上一次操作步骤完成后，才能进行下一步操作。

①就地控制在间隔层控制柜上设“就地/远方”转换开关。

“就地”位置：通过人工按键实现对开关的一对一操作。

“远方”位置：操作在操作员站上操作。

间隔层根据操作需要实现防误操作闭锁和检同步功能。

②站控层控制站控层控制按“选择—返校—执行”的过程进行，具有防误闭锁及同步检测功能。

一个任务要对多个电气设备进行操作，NCS 在保证操作的安全性、可靠性的前提下，可按规定的程序进行顺序控制操作。

③防误闭锁每个操作经防误闭锁软件判断，若发现错误，闭锁该项操作并报警，输出提示条文。

防误闭锁逻辑判断在站控层和间隔层分别进行。

具有操作权限及优先级管理。

对现场手动操作的闸刀和接地开关，采用机械编码锁加电脑钥匙的方案进行防误操作闭锁。

④同期检测NCS的现场测控装置具有捕捉同期功能，同期电压输入分别来自开关两侧CVT的单相电压。

当两侧均无压或一侧无压时，允许合闸；当两侧有压，必须满足同期条件，才允许合闸。

同步判断在间隔层测控装置上进行，同步成功与失败均有信息输出。

3 UACS对电气系统的监控厂用电气设备辅助监控系统（UACS）采用分布式控制系统，将电气系统测控层中众多的综合保护测控装置和自动装置通过10M 快速以太网连接起来，经通信模块，接入ECS，减少了硬接线的数量，提高了设备的可靠性和可维护性，还可以充分利用电气系统联网后信息全面的优势，加强电气信息的应用，完成较为复杂的电气运行管理工作。

UACS对电气设备的监控范围与ECS大致相同，硬件结构与NCS相似，其对电气设备的监控功能是ECS的补充和完善，也是未来实现发电厂总线控制的尝试。

目前UACS 的典型设计如下。

（1）数据采集范围纳入UACS的电气系统包括：发变组保护、故障录波器、直流系统、AVR、UPS、6kV 厂用电系统、400V配电系统、柴油发电机组等。

（2）6kV系统的控制方式①电动机的监控在ECS侧进行，采用硬接线方式实现。

②纯电气元件在正常运行时由ECS控制，在调试或ECS故障时可以在UACS侧进行操作控制，操作地点采用硬切换或者软切换的方式确定。

③正常运行时，在UACS侧，仅监视上述电动机及纯电气元件的遥测、遥信量。

④在ECS侧，可以有选择的监视需要的遥测、遥信量，通过硬接线直接控制电动机，通过UACS通讯口遥控纯电气元件的开关。

（3）400V系统的控制方式参与ECS顺控的电动机采用硬接线方式（不纳入UACS控制范围），主厂房400V PC 进线及分段开关控制、位置信号、各母线PT 二次电压采用硬接线接入ECS，同时纳入UACS监测。

其他各馈线及电动机回路均采用就地控制和远方通讯控制相结合的方式，在远方通讯控制方式下，由ECS通过UACS的通讯口发出控制指令。

（4）辅助厂房低压厂用电系统除尘、除灰、化水、净化、污水、输煤、脱硫等辅助厂房低压厂用电系统，通过UACS 纳入相应的辅助厂房控制系统，如PLC和脱硫DCS等。

4 结束语大型火力发电厂的电气系统设备众多、接线复杂，其对控制系统的要求也相对较为严格，因此只有在设计初期，建立合理的电气监控系统架构，才能确保今后电气设备的可靠运行。

参考文献[1] 印江，冯江涛．电厂分散控制系统[M]．北京：中国电力出版社，2008[2] 崔志强，杨忠彪．DCS系统在火电厂电气控制方面的应用[J]．沈阳工程学院学报（自然科学版），2007，1 [3] 姜冬敏，张运生．发电厂电气系统自动化技术应用分析[J]．赤子，2009，6收稿日期：作者简介：沈贺伟（1975—），男，硕士，工程师，大唐淮南洛河发电厂王淳忠（1974—），男，硕士，高级工程师，大唐安徽分公司赵耀(1978—)，男，本科，工程师，大唐淮南洛河发电厂。