电气自动化在发电站中的应用

【摘 要】电气自动化在发电站中的应用主要体现在发电站的自动化方面，综合自动化系统是进一步提高电厂自动化水平，特别是电气运行管理水平的必然趋势，新建和改造电站DCS系统时电气系统采用综合自动化技术将节省可观的投资。微机型的保护和自动装置及成熟的通信和现场总线技术是实现电站电气综合自动化系统的必要技术保障，与DCS的连接方式、现场总线的标准及通信网络的构架等问题需要进一步研究。

【关键词】电气自动化;发电站;应用

1.电气自动化在发电站应用情况的概述

随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展，电气自动化在发电站中也得到了广泛应用，这又主要体现在发电站的自动化方面。发电站的自动化是实现水轮发电机组自动化的关键部分，微机综合自动化系统普遍采用分散分布式技术，保护和测控装置就地安装于开关柜，通过现场总线连接起来，经通信管理机接至后台机。这种模式与集中式相比，具有结构简单灵活，可靠性高，安装维护方便，节省电缆等优点，将这种模式应用于发电站的电气系统是完全可行且必要的。大部分发电站都具有DCS系统，完成基本的运行、控制等功能，但火力发电厂的DCS侧重于机炉，对电气系统考虑较少。一般情况下，DCS上只有发电机变压器组、励磁系统，显示各有关电气设备的有功、无功、电压、电流等基本电气量，只能实现开关控制及励磁增减调整等简单的功能。它担负自动监测机组和辅助设备的状态，发出拟定的报警信号、执行自动操作任务。发电站自动化的程度取决于电站的规模，电站的型式及主要机电设备的性能。

发电站自动化就是要使发电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人(或少人)直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。发电站自动化程度是发电站现代化水平的重要标志，同时，自动化技术又是发电站安全经济运行必不可少的技术手段。发电站自动化具有提高工作的可靠性、提高运行的经济性、保证电能质量、提高劳动生产率、改善劳动条件等作用。

2.发电站电气自动化的运作功能

发电站自动化的内容，与发电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、发电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的来说，发电站自动化包括完成对水轮发电机组运行方式的自动控制、完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视、完成对辅助设备的自动控制、完成对主要电气设备的控制、完成对水工建筑物运行工况的控制和监视几个方面。

2.1完成对水轮发电机组运行方式的自动控制

一方面，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化，使得上述各项操作按设定的程序自动完成；另一方面，自动维持水轮发电机组的经济运行，根据系统要求和电站的具体条件自动选择最佳运行机组数，在机组间实现负荷的经济分配，根据系统负荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此外，在工作机组发生事故或电力系统频率降低时，可自动起动并投入备用机组；系统频率过高时，则可自动切除部分机组。

2.2完成对发电机组及其辅助设备运行工况的监视

数据采集和监控系统软件的基本功能包括:实时数据采集、安全监视、数据处理、告警处理、控制操作、运行记录、人机联系、制表打印、设备诊断和数据库维护等。实现对断路器、刀闸位置、分接头位置、各种设备状态、瓦斯、气压信号、母线电压、线路电流、主变温度、功率、频率、等遥测、遥信信号的采集和监控。如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等。出现不正常工作状态或发生事故时。迅速而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。

2.3完成对辅助设备的自动控制

包括对各种油泵、水泵和空压机等的控制，并发生事故时自动地投入备用的辅助设备。

2.4完成对主要电气设备(如变压器、母线及输电线路等)的控制、监视和保护

2.5完成对水工建筑物运行工况的控制和监视

如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视，上下游水位的测量监视，引水压力管的保护(指引水式电站)等。

3.发电站电气自动化系统特点

3.1完整的电站电气自动化解决方案

“以高性能的子系统构筑优异的电站电气自动化系统” 的设计思想，包含了计算机监控系统、发电机机组子系统、升压站子系统、电站用电子系统，实现与电网调度通讯、与DCS通讯以及电站内其它智能电气设备的接入等功能，构成了一个完整的电站电气自动化系统。

电站电气自动化系统采用分层分布式结构，从间隔层设备、通信网络到监控系统等各方面综合考虑，提供了完整的电站电气自动化解决方案，系统结构更加清晰，信息的获得更加快捷，系统的维护更加简便，扩展更加灵活。

3.2开放性设计思想

开放性设计思想满足了系统扩展的灵活性，在从间隔层到站控层的各个环节的设计中，除了保持其自身的系统性和完整性以外，还可以方便的实现与其他智能设备的互相联接。

在系统的互联设计中，系统提供了与其它通信方式(以太网、RS-232C、EIA422/485或现场总线)的兼容性设计，这使得电站电气自动化的设计或改造选择性更多、更灵活，能够方便的被接入DCS、SIS和远方调度。

3.3可靠性

电站控层采用以太网技术，间隔层设备采用双CAN网现场总线技术。以太网传输速率高（100M Bit/s），采用TCP/IP协议，保证了站控层通讯的快速性、开放性。现场总线采用短帧结构，传输时间短，不易受干扰；有较强的自检及纠错措施，保证了间隔层数据传输的实时性和可靠性。

间隔层设备的核心模件采用了32位微处理器，配置以大容量的RAM和Flash Memory，从间隔层设备的交流输入、直流电源、开关量输入、开关量输出以及通信等各个环节进行了整体电磁兼容设计，通过了国家级电磁兼容实验室电磁辐射、瞬变干扰等各项目的试验，性能指标大大高于国家标准，提高了间隔层设备的可靠性。

3.4实时性

间隔层设备采用CAN现场总线通讯，通讯速率最高可达1M Bit/s，站控层设备采用以太网通讯，通讯速率最高可达100M Bit/s。在通讯协议上，采用平衡式、主动上送的方式，提高了通讯速度，并将所有信息划分为不同的优先级，保证了重要信息、遥控信息的实时性。在通讯组网上，充分考虑了电站中DCS系统对电气设备监控实时性的要求，简化了DCS系统与间隔层设备的通讯环节，提高了响应速度。

总之，发电站采用综合自动化系统后不仅提高发电站运行的经济性和工作的可靠性、保证电能质量；而且提高劳动生产率、改善劳动条件和减少运行人员，从而提高电站运行的效益；另外采用计算机监控在减少人员的同时也减少了相应的生活办公设备和工资支出，因而能产生巨大的经济效益。可见，发电站综合自动化系统与发电站的生产、效益密切相关，随着国家能源结构的调整，水资源开发利用程度的加大，发电站综合自动化系统在越来越多的水利枢纽工程中得到更广泛的应用，发挥更大的作用。

【参考文献】

［１］姜冬敏,张运生.发电厂电气系统自动化技术应用分析.赤子.2009,(6).

［２］楼承仁,黄声先,李植鑫.水电站自动化.中国水利水电出版社.1995.10.

［３］何朝霞.电气自动化在水电站中的应用.现代经济信息.2009,(16).

推荐访问:发电站 电气自动化