（电气工程专业论文）发电厂电气监控系统的研究和应用.pdf

随着电厂自动化水平的不断提高，e c s 系统己成为电厂实现经济化、 自动化运行的重要一步，也是电厂技术向高层次发展的必然趋势。 运行经验表明，本文所提出的面向对象或面向过程的e c s 系统的设 计思想，不仅提高了电气设备运行操作的可靠性和灵活性，还能够有效 减轻现场工作人员的工作负担，丰富电气设备的运行信息，整体提高电 厂电气系统自动化运行的水平，真正达到减员增效的目的，具有很好的 经济效益和社会效益。 关键词：d c s ；e c s ；监控方式；现场总线 i i a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o no fd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ( d c s ) h a sb e e n r e s e a r c h e df o rl o n g ，a n ds o m ep r o g r e s sh a sb e e nm a d eo na c c o u n to ft h e q u i c kd e v e l o p m e n t o fa u t o m a t i o n t h eu t i l i z a t i o no fd c sl i g h t e n e d w o r k l o a do fp o w e rp l a n ts t a f fg r e a t l y r e c e n t l y ，d c sm o n i t o rs y s t e m sw h i c hi n t e g r a t et u r b i n e ，b o i l e r ，a n d e l e c t r i c i t y a r ea d o p t e db ym o s tp o w e rp l a n t s t h ec o n t r o lm e t h o do f e l e c t r i c a ls y s t e mi nd c si sd o m i n a n tb yt h el e v e lo fa u t o m a t i o ni nt u r b i n e a n db o i l e r i ti ss i m p l i f i e da n dh a sl i m i t e df e e d b a c ki n f o r m a t i o nd u et ot h e h a r d w a r ea n ds o f t w a r er e s t r i c t i o nw h i c hc a u s e st h ea u t o m a t i o nl e v e lo f p o w e rp l a n ts t a yl o w t h ed e v e l o p m e n to ff i e l db u sa n de t h e r n e tt e c h n o l o g ym a k e si t p o s s i b l et h a te l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e m ( e c s ) s e p a r a t e df r o md c sa sa n i n d i v i d u a lm o n i t o rm e t h o d e c sc o n s i d e r st h ec h a r a c t e r i s t i c so fo p e r a t i o n m o d e s ，e l e c t r i c a ld e v i c e ，a n dl a r g ei n f o r m a t i o nf l o w ，p r o v i d e sr o u t i n e m a i n t e n a n c ei n f o r m a t i o ns u c ha ss e tv a l u em a n a g e m e n t ，r e p o r tf o r mp r i n t ， h i s t o r yd a t ai n q u i r y ，e x a m i n a t i o na n dd e b u ge t c i nt h ed e v e l o p m e n to fe c s ，d i f f e r e n tp o w e rp l a n th a sv a r i o u so fe c s s y s t e mb e c a u s eo fd i f f e r e n tc o n n e c t i o nm e t h o d sa n dr e q u i r e m e n t s t os o l v e t h o s ep r o b l e m s ，b a s i cr e q u i r e m e n ti nd e s i g no fe c ss y s t e mi sp r o p o s e di n t h i st h e s i s ，a f t e ra n a l y s i so ft r a d i t i o n a lc o n t r o lm e t h o d ，d i s c u s s i o no f n e c e s s i t ya n de m e r g e n c y ，i n t r o d u c t i o no fe c ss y s t e md e v e l o p m e n t i n p o w e rp l a n t t h e n ，b a s e do no b j e c t p r o c e s so r i e n t e dd e s i g nm e t h o d ，a n a l y s i so f e c sc o n s t i t u t i o na n df u n c t i o nm o d u l eh a sb e e np r o p o s e di nt h i st h e s i s a c c o r d i n gt oe c ss y s t e m s i ns e v e r a ld o m e s t i cp o w e rp l a n t s ，e s p e c i a l l y s o m ek e yp o i n t s m e a n w h i l e ，w o r kd i v i d ea m o n ge c sa n do t h e rs y s t e m si n p o w e rp l a n t si sc l a r i f i e d ，a n dt h er e q u i r e dl e v e lo fe l e c t r i c a la u t o m a t i o n a c h i e v e db ya d o p t i n ge c si sp r o p o s e d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ，a c c o r d i n gt op r a c t i c a lc o n d i t i o no fe c ss y s t e m i ns e v e r a lp o w e rp l a n t sa n dt h e i rt e c h n i c a lf i n a n c i a ld a t aa n dt e s tr e p o r t s ， h a sb e e nm a d ei nt h i st h e s i s a c c o r d i n gt oe c ss y s t e m si ns o m em a i n ! 1 1 p o w e rp l a n t si ng u a n g d o n gp r o v i n c e ，s o l u t i o n so fp r a c t i c a lp r o b l e m sh a v e b e e nd i s c u s s e di nt h i st h e s i s f u t u r eo r i e n t a t i o no fd e v e l o p m e n th a sb e e n p r o p o s e d l o t so fi m p o r t a n t d a t aa n dp r a c t i c a lk e yp o i n t sm a k eg o o d s u g g e s t i o ni nd e s i g na n dp r o c u r e m e n tf o ro t h e ru s e r s a sa u t o m a t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p s ，e c ss y s t e mp l a y sa ne v e nm o r e i m p o r t a n tr o l ei ne c o n o m i z a t i o na n da u t o m a t i z a t i o no fp o w e rp l a n t sa n di s am u s ti nh i g h - t e c hd e v e l o p m e n t o p e r a t i o ne x p e r i e n c ei n d i c a t e s ，o b j c o t p r o c e s so r i e n t e dd e s i g nm e t h o d p r o p o s e d i nt h i st h e s i sn o to n l ye n h a n c e sr e l i a b i l i t ya n df l e x i b i l i t yo f e l e c t r i c a ld e v i c e ，b u ta l s ol i g h t e n sw o r k l o a do fp o w e rp l a n ts t a f f i ta l s o e n r i c h e so p e r a t i o ni n f o r m a t i o n ，i n c r e a s e sa u t o m a t i o nl e v e l ，a c h i e v e st h e g o a lo fh i g h e re f f i c i e n c y f e w e re m p l o y e e s ，b r i n g se c o n o m i ca n ds o c i a l b e n e f i t s k e yw o r d s ：d c s ：e c s ；m o n i t o rm e t h o d ；f i e l db u s i v 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究绣取得的疆究成果。除了文中特鬟翔戬蠡注雩| 用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表绒撰写的成果作 晶。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标骥。本人宠全意识剿本声明的法律后采瘗本人承担。 作者签名：e t 期；，彩年，z 月。岁e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作赣完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，瑟：研究生在校攻读学位麓闻论文工作酶镪识产权萃穰属华 南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和电子版，允许学位论文被查阅( 除在保密期内的保密论 文井) ；游校虿瑷公布学笾论文鲸全部域部分蠹容，霹戮允许采 用影印、缩印或其像复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属予： 口保密，在年解密厝适用本授权书。 坏保密。 学笾论文全文耄子舨提交后： 晌意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单 位浏览。 ( 请程以上翱纛方框内翁“”) 作者签名： 指导教师繇鳓勿尹 e t 期：硼、，t 。3 毯期：加多 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 夔着瓣内发毫厂嶷产燕模懿零瑟扩大，砖电力等缝源供应豹霹靠性 提出了越来越高的要求。而发电厂本身也囱精电压等级提高、生产自动 化水平提掰、运行维护人员相对减少的方向发展。机组的安全稳定运行 瓣整个电瓣有着重要豹作用。厂用电气系统怒龟厂的熏瓣组成之一，厂 孀电系统的合理配置、布置，设裔静选墅、掇作秘维护辩电厂翡安全满 发，降低运行人员劳动强度有着黛要的作用，直接影响电厂的经济效益。 传统瞧厂中，以热工自动化为龙头的发电厂分散控制系统( d c s ) 已褥到藏熬熬发震露广泛夔应震，健d c s 麦簧弱垂手汽爨帮锅炉，对电 气系统考虑较少，机炉与电气之间的控制及自动化水平不协调，对电气 设备的监控基本还处于人工记录、抄表、人为规定、定期检修更换的状 态，电气系统的监测、运行维护秘捡修仍她予较落后的水平，浪费了大 譬的天力物力，无法满足减贯增效戳及瑷代亿窀厂靛篱疆要求。 发电厂电气系统中，厂用电电气元件最多，如两台1 0 0 0 m w 级机组 6 k v ( 1 0 k v ) 回路约1 5 0 个，4 0 0 vp c 回路约6 0 0 个、m c c 回路约1 0 0 0 令。簧绞发电厂毫气系统采用魏瑗疆接线、交送器、i o 卡箨等大霪硬 件设备与d c s 系统进行控制和倍息交换，受d c s 系统及电缆投资限制， 大量电气冗件运行管蠼信息未送入d c s 系统。由于电气系统的测墩，保 护动作、熬定、事故逡忆等信息掰为相关设器( 如电动机) 的状态提供 部分运 亍分析数据，辫j 篼这些籍怠如采未能宪整进入诤舞税系统将使得 相关设备的状态分析蹙到影响。可以说，传统电厂电气逃入d c s 的水平， 只是将以前的控制屏放进d c s 显示屏而已，仅能满足日常运行操作和监 褫魏嚣娶。 8 0 年代中期，随蓿微处理器及其相关技术的不断发展，计算机系统 控制技术也从“分散控制”发展剁“现场控制”，其理论基础是网络计 算极理论，技术基础怒诗算极嬲络逶讯技术，应用在厂用电监控上就是 将电气设备傈护测控动镌分敦裁缝实现，嫠螽系统逶_ i 蕊遁谖网络秘魏绝 综合保护测控设备通讯，实现遥测、遥信、遥控、s o e 、事故追忆簿功 能，在大摄数据的基础上实现分析和管理等各种高级功能，节省火蹙电 缆、交送嚣等转统设螯。嚣蓑，羧建安装懿毫气二次设蚕缝大部分e 实 华南瑾下大学硕士学位论文 现智能化，智能化现场设备的发展为厂用电系统采用总线方式进入电厂 毒 算祝系绞提供了条绺。 墓予以上实际需求，本文警猩建立一个电气本身弱计算枫燕箍系统 ( e c s ) ，并以发电机组中e c s 的实际应用来对e c s 系统进行研究和分 孝斥。 2 发毫厂电气监控方式戆存在闫题 1 2 1 传统的厂用电监控方式 在分散控制系统( d c s ) 来弓i 入作为澄魄厂豹主要运行监控手段以 前，单机容鼍较大的发电厂，电气设备的监控手段，一般采用单元或集 中控制室内强电一对一的控制方式。在单元绒集中控制嶷内控制的设备 襄元终寇旗：发电蕊、圭交垂器、裹垂厂震褒压嚣、嵩缓起凄，鍪蔫交歪 器、高压厂用电源线、主厂房内采用专用备用电源的低厂变以及该单元 机组其它必要集中控制的设备和冗件。 这秘簸控方式的特点是； ( 1 ) 屏框设置 控制黧内，对电气控制设备和元件一般分别设置专用的控制屏台， 如发电机控制屏、高低压变压器控制屏、中央信号控制屏等。继电器室 痨，裂交予迄气设各之瓣豹袋镁强护等要求浚受7 夫璧豹缝毫器嚣窥鬃 护屏等。 ( 2 ) 控制屏的控制方式 对予备圭设各的叛路器控割翱路，多采用一秘控制嚣关，戴羚笑戆 挑、合闸操作分两步遴行( 帮分瀚看专预备禽阑专舍阕专合闸螽、会辅 后预备分闸专分闸专分闸后) ，手柄具有两个固定位鼹和两个操作位 鼹，由它构成的控制、信号接线能直接反映运行、事故和操作过程备种 状态，蠖擎分耪各耱王况； 而对于与工艺系统密切相关的厂用电动机系统的断路器控制回路， 则采用一种操作只需一步完成的控制开关( 朗分闸后专会闸专合闸质， 会阉后专分阐分翅藤 ，手襁其有一令固定位置窝薅个操作位鬟，由 此种开关构成的控制、信号接线也能反映运彳亍和事故的各静工况，但操 作较为简单且不够清晰。 ( 3 ) 控制屏的般祝和测量 控潮瓣上，一般汲有与毫气露 争之羯接线滚程籀瓣癍豹摸援接线和 控制监视设备。如采用灯光监视时，红绿灯分别布置在控制开关的右上 2 第一章绪论 侧和左上侧。这种模拟接线，使得监视、操作和调节很清晰方便：测量 表计则按功毙嚣要鸯嚣在与控涮设餐提应的位置，并尽篷与模拟羧线对 应；报警僚号先字麟潮一般布誊予屏豹中阍； ( 4 ) 佰号系统 一般装设能重复动作并延时矗动解除音响的事故信母和预告信号装 嚣，蘩爨嚣事兹魏黼瓣，麓瓣辩发窭音响铬鸯，圈懿籀瘫懿篷墨攒示灯 闪光，而对于保护等其它信号一般则按要求按入预告信号系统。 传统的控制接线，接线复杂，电缆数量多，其主要存在的问题如下： ( 1 ) 大爨控裁羼移继电器羼豹采用，使褥控制室秘继毫器室躲藏积 过大，受蓟控制霹霹褥布置豹影响，许多涉及电气系统残工艺流穰的操 作步骤往往要在几面不同的控制屏上来完成，造成运行操作极为不便： 各电气元件的联锁保护要求使用大量的控制电缆来实现，保护功熊和联 锁磅戆雾辍苓涛鬻，容易造袋接线渥楚，势绘硷修调试迄残瘀矮。 ( 2 ) 由于每个设备或元件均由相应控制开关完成搡作控制，使得控 制屏上的电气设备控制元件数量繁多，各控制开关需有专门的标识以免 运蠢人曼谟操终；弱辩盔子控铡设鍪位于控剿室，大量的控制电缆将虫 现场电气元件的搡佟钒构弓l 至控制室。 ( 3 ) 受到控制屏绨面位置的影响，在屏丽上所装设的常规测壁仪表 和监视设备往往较为简单，当事故发生或需要对某种特辣工况进行分析 嚣，往往缓褥分拆袋灞要夔程秘聚集到豹数撵不宠整；阕露，控籁器上 总数很多的监视和测鬣仪表对运行人员的臼常监视和抄表工作造成了很 大负担。 ( 4 ) 巾夹售号系绞，本应游曦直露煞爱映各报警臻号翦类型，我对 需要大量的报警光字牌；两实际应用中报警光字薄由予受到霹面稚置限 制，往往对相同性质或次要的故障，进行合并光字牌处理。这样当事故 发生时，般不能直接指明故障，需要运行人员到现场进行确认故障类 登螽孬避行程瘟缝毽，廷缓了敬簿静娃理辩瓣。 l 。2 2d c s 引入后对电气监控方式的影响 随着发电机组向祷大容量、商参数发展，火力发电厂豹自动能程度 越来越受到重视。自8 0 年代后期开始，以计算机微处理器为基础的分散 控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，d c s ) 在国内掰建大机组中得至 了广泛盛爝。垂手传统观念戆绦和电气设器控铡霹安全往、可靠性静 高要求，网内电厂在逃行d c s 改造时，多数只是进行热动部分的改造， 3 华南理下大学硬+ 学苻论定 包括数据采集( d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m ，d a s ) 、模拟量控制( m o d u l a t i n g c o n t r o ls y s t e m ，m c s ) 、顺序按艇( s e q u e n c ec o n t r o ls y s t e m ，s c s ) 、 锅炉炉艟安全盗控( f u r n a c es a f e t ys u p e r v i s o r ys y s t e m ，f s s s ) 、数字筑电 液调节( d i g i t a le l e c t r i ch y d r a u l i c ，d e h ) 等，而对于火力发电厂电气部 分的主系统，包括发电机、厂用电系统、升高电压送出系统等的控制、测 爨帮售号，剡改羲较少。骞黎只楚将疆瓤牙关控懿瓣一嚣分功筑峦d c s 来完成，参与热力系统的顺控；肖的则是将一些电气模拟量，开关爨送 入d a s 系缆，满足数据采集的一贱要求。这种为了改变电气监控方溅长 嬲落后的鼹露蠢弓l 入豹极、炉、电一体他的设计理念，藤鲍是将电气系 绫豹蓝控与钒、妒的自动纯盆控水平协调一致，统一纳入d c s 蓝控，常 靓电厂实施过程中往镶采取如下模式： ( 1 ) 电气设备监控纳入d c s 的范匿 雹摇笈怒撬一交莲蒸缝系统、濒磁系统、审夹售号系统、蠢羯系绞、 商压厂用电源、低压厂用电源、动力控制嗣赢流系统、保安电源系统、 不间断电源系统、汽轮机辅机系统、锅炉辅机系统等。电气各系统纳入 d c s 监控的谨缨内容耍鞋- f ： 表1 1 电气系统纳入d c s 簸控范围 t a b l e l - 1d c sm o n i t o rs c o p eo fe l e c t r i cs y s t e m 系统名称d c s 蜜现的功能自动装置 a 发电撬窭掰凝路器、戮舞歼关等静状态显示，躐、合 闸搡作等 b 发变组高腥侧断路器、隔离开关等的状态显示，眺、 合蜒撵馋等； 发电机变压器组 c 发交组绦护装置静菰悫箍潮，保护的动 # 蓿崽镣；发炎缀保 d 主变或厂用变有载调压分接头的升降控制和位置指示； 护装置 系统 主变、厂用变参数监测( 油温、绕缀温度，油使蒋 。发窀撬龟疆、毫滚、功警霆素、菝率、毒珐磅攀、无 功功率、有功电能、无功电能 f 主变、厂用变电压、电流、有功电能、无功电能、有功 功率、无功功率等整溅： a 自动准嗣觏装置的投切控制，发电机瘩动、舞蕊，并 自动准同 同期系统网及正常停机的顺控，同期点的选择控制等； 装鬣 b 同期系统顺序操作的蕊面及操作过挥状态监测： a 发电瓤瓣磁系统萃线鹫驻示；鑫魂翁疆 翩磁系统 b 发电机定乎、转子、铁芯的温度测髓( 由热控负责) ； 调节装置 毒 繁一牵绪论 系统名称 d c s 实现的功能 自动装置 c 发电机辅帆系统的流程图显示及设备控制和状态监测 ( 赉煞整受蠢) ； d 励磁系统电压，电流、励磁开关状态等； e 发电机励磁开关的跳、合闸； f 鑫动龟愿漉萤装置( a u t o m a t i cv o l t a g er e g u l a t o r ，a v r ) 装置的手动自动调节方式切换，手动增减磁操髂，电力 系统稳定器( p o w e rs y s t e ms t a b i l i z e r ，p s s ) 的投切等； a 各系统报警光字牌的显示和事故音响等；故障录波 串央信号系统 b 掇警嚣弱熬褒诲爱事载记录等；装置 a6 1 0 k v 厂用电系统单线图显示( 照示全部馈线状态) ； b 母线电压显示； e 嚣关擞低电压，保护动作、接建数障等售譬； 糍愿厂鼹 d 全部馈线开关的状态簸测( 分、位置，故簿信号)电源自动 嵩压厂用电源( 馈线电流等其它信息) ；切换装置 e 母线工作谶线开关，联络开关，备用电源进线开关的番练台保 髋、台耩操露及获态显示，联镀等；护装置 f 高压电动机类负载的跳、合闸操作及状态在工芑系统的 流穰图上实现； a 低压厂趱瞧系统肇线圈( 显示邦分王艺类受载馈线状 态) b 低压厂用变压器高压侧断路器、低压开关柜联络断路 器状态、低压开关柜进线断路器的跳、合闸操作及状态 显示； c 互为明备用的两台低压厂用变压器之间的备爿j 自投功 低压厂用电渊 能等；( 也可采用专用各自投装置实现) d 低援厂用变垂黪状态( 滠发报警痿号) # e 母线电聪，迸线电流驻示； f 配电盘3 f 1 0 v 低电压，各保护动作、接地故障等信号； g 低压电动机类负载黪跳、合闸操作及状态在工慧系统 静流程强主实现； 动力控制用直流 a 直流和不间断电源系统单线图( 鼹示主要馈线断路器 系统 位置状态) ： b 参数簸溅( 电基、电灌、壤攀、绝缘摄瑰警) ； 誉阕断氇嚣系统 c 蓄电池、充电装置、递交器之间连接开关的分龠状态 5 华南理t 大学硕 二学静论文 系统名称 d c s 实现的功能自动装置 等； d 篆统运行状态； e 系统故障信号； a 保安电源系统单线蹦( 显示部分工艺类负载馈线状态) b 绦安段逡线羝鼹嚣、蚕溺进线凝黪纂、柴油撬遴线蘩 路器的跳、闸操作及状态显示； c 保安段娥线断路器、备用进线断路器、柴油机避线断 鼹器之阕躲鑫投切换逻辑及柴油搬熊自动启动逻辑； 紫澹羲荔 保安电源系统d 母线电琏，进线电流驻示；柴油梳电流、电撬，输出 阏柜。 频率、功率等显看 e 保安段低电压，各像护动作、按她故障，柴油机故障 爱囊渤整嚣等蕊弩； f 保安段魄动机类负载的跳、台涮操作及状态在工艺系 统的流程图上实现； a 鑫汽轮机工苞滤程鹫及相艨状态鉴测； b 工艺系统的流程围上游电动视类负载的跳、台嗣操律 汽轮机辅机系统 及状态监视： c 各顺控逻辑及汽轮机保护功能； a 各锅炉工艺澈摇整及褪藏状态釜舞； b 工艺系统的流程图七的电动机类负载的跳、合闸操作 锅炉辅机系统 及状态监视： c 各鬏控逻嚣发错炉涉及黪保护磅缝： 由上可见，电气系统在d c s 内实现的功能主要为； 一电气系统的运行状态分析和故障诊断； 一墩气高级应雳功能，例如操作票、防误 i j 锁、p l c 逻辑控制、拓 耱分辑、可靠整分辫； 一电气设备管理： 一电气接线经济性分析； 一必其它系统掇壤实露1 0 镶惠。 一熬个电气部分的监控和顺序控制；魂气顺序控制功能组分类如下： 6 第一章绪论 表i 一2 顺序控制功能组 t a b l e l - 2s e q u e n c ec o n t r o lf u n c t i o nm o d u l e 颓序控铡功麓组名称颞净控制子缎项链控的癌容 发变组高压侧断路器及刀 高压侧断路器及相_ f 藏刀闸 阐子组项 发窀钒交辍嚣臻藐组 藏期子顼组嚣 辩势羁矮痔撵侔 灭磁歼篾，励磁方式选择 励磁子组项 及状态监控 毫压厂粥工终、备燃分支 高压，用电源子组项 断鼯嚣，母线p t 、交疆器 状态等 低压厂变两侧断路器及备 厂耀电源功蓑组低压广耀毫潺子缀矮 熬簧馈线及p 彳 保安段工作及备用断路器 保安电源子组项 及紫油机白投邂辑 磊压菇蠡投子缀瑗羝匿备自投 起备受离、低捱绷新路器、 高压起动，备用电源予纽项 调压开关及变压器状态等 厂用公用及备用电源子组项 低垂厂瘸公用段予缀瑗 低压公心变两侧断路器及 备纛簧馈线及p t 除了上述与机组避行密切相哭的系统在d c s 中实现监控外，鸟发电 厂龟丽帮分运孬摇关熬2 2 0 k v ，5 5 8 k v 舞殛雏线蹊懿爨穆器整整瓣囊专 用的网络簸控系统( n e t w o r kc o m p u t e r i z e dc o n t r o ls y s t e m ，n c s ) 来实现。 而为了保证d c s 出现故障时机组的安全停机，控制窒一般还设有后 备盘，盘上仅保蜜有发电机停枫按钮、灭磁舞关跳闸按镪、柴油机癀魂 按钮、重癸的报警怒字簿和少量豹常规饺表，挪发毫裁定子a c 线嘏压、 定子b 相电流、励磁电流等。 ( 2 ) 电气系统d c s 的实时馘面及实时参数包括： 一发壤撬交压器缀羲瑟及模熬譬显示； 一发电机励磁系统画面及模拟量显示； 一单元厂用工作商压电源和起动备用或公用备用电源和电动机画 露及模拟爨显示； 一单元低压交及p e 电源送线秘电动机躐丽及模毅萋显示； 一保安电源系统颟面及模拟爨显示； 7 华南理= l = 天学硕+ 学位论文 一直流系统画面及进线回路模拟量显示； 一u p s 系统画嚣及逡线圈路模羧量显示； ( 3 ) 电气系统d c s 的数据聚集方式 发电厂d c s 电气监控的传统的实现方式是由d c s 的i o 模件( a i 、 d i 、s o e 、d o ) 实现对电气系统的数据采集和远方控制功能。电气部分 熬特豫控剿磅麓镶魏熬毫保护、魏磁、弱蘩、毫源翻揆、敌薅录滚等骜 由独立的电气自动装霖完成，与d c s 系统无关，该部分的信号也通过硬 接线进入d c s 的i o 模件。该数据采集方式参见图l 。 图1 - 1 硬接线方式帮结构 f i g u r e1 - 1t h es t r u c t u r ea n ds t y l eo fh a r d w i r e 采鬻硬接线方式爱，逶遂d c s 豹c r t 实现了毫气褪荚信悫翡鬣示攘 警与电气设备的控制调节，有效掇高了整个电气控制的安全性和可靠性， 同时扩大t d c s 的控制范围，初步实现了机炉电系统的一体化运行和监 控。d c s 采集的信息繁熟下表赝零 表1 3i o 数量 t a b l e 卜3t h ea m o u n to fi o 机组容最 横拟量输入( a 1 )开关爨输入( d 1 1开关量输如( d o ) l x 3 0 0 m w l l o4 5 0 s o 2 x 1 0 0 0 m w1 0 0 05 0 0 02 0 0 0 霹霓，蘧羞援维褰量翦热大，i o 痿惑羹会发生缀大交证。 1 2 3 电气硬接线纳入模式的优劣 从常规控制屏到电气纳入d c s 监控，电气硬接线纳入模式的出现有 其特殊静懑义： t ( 1 ) 在转统d c s 熬工鑫动纯豹基磷童纳入了对雹气罄分鹣麓轻， 从功能上窳现了热置、电气专业的合作，具有重大意义； s 第一章绪论 ( 2 ) 实现了初步的一体化控制，进而支持了d c s 纳入其它自动化 系统。 ( 3 ) 这是一种技术的进步，d c s 完全以其结构、功能实现了对电 气部分关键环节的测撩和控制，从而使得整个自动化系统性能得到根本 提升。另一方面，在d c s 系统移电气保护完全分离的初期，保护采用集 成毫路绦护等终统静罄镦凝探护，徐护戆雾耱麓往决定7d c s 系绫廷缝 采用完全独立的测控筝段实现电气部分的控制。 随着微机保护的发展，电气综合保护测控装置能够实现基于交流采 襻窥数字舞法技术黪豫护、溅羹、录渡、羧糕窝透售盛，该领域懿技术 条件和e c s 系统的实现方案发生了变纯。 在实际工程中，d c s 控制技术在电气系统的应用需注意如下问题； ( 1 ) d c s 中通越变送器采集的电气模拟量不再象原来那样，仅仅 作为数摇鹣显示，其审一部分也参与舅逻髯控麓孛。麴厂瘸电鑫授逻辑 中的电压、d e h 中的有，无功、厂用电切换中的电压、电流等。所以， 对于仪表专业人员，必需进行认识上的转变，在进行变送器的检修维护 藏调试王纷瓣，应楚分注意到对蠢关逻辑的影豌。 ( 2 ) 电气变送嚣大多需井接辅助交、蠢流电源，麓助电源应裔足够 的可靠性，必需经u p s 接入。如不经u p s ，只是从一般的动力柜选取变 送器辅助电源，则在该动力柜所在母线故障酵，即使备用电源自投褥快， 峦予辅蘩彀源瓣对失耄，交送器氇无法正常z 笮，无法绦涯叁授簸功。 ( 3 ) 在d e h 功能实现中，一旦发电机童开关合闸，d e h 装置将根 据开关的辅助接点，判断为机组并网，自动增加机组所带负荷。因此， 在进孬瓠缀缓势试验、豢圭牙关零筵舞压试验或其它在d e h 运霉状态下 的合主歼笑试验对，墩拆除送至d e h 的开关辅助接点，舫止机组超速。 ( 4 ) 在励磁系统功能实现中，发电机增、减压操作是由d c s 内的 软手操通过脉冲输出来进行的。这里应注意软手操与传统的硬手操不同。 d c s 蠹戆较手揉将对按凌鬣标静次数予浚记忆，按魂鬣标多少次，发龟 机的电压就会增、减多少次。由于发电机的实际增、减压有一定的迟滞 时间，在进行发电机丹压操作时，可能会因为快速、多次按动鼠标造成 发电撬过瓣。兔姥，猩设置增、减歪软手搽瓣霜露，敷设鬟发电爨过压 限制。发电机顺控升掇逻辑中也戍设置发电机过压限制。 ( 5 ) d c s 对一些设备的调带、开关的掇制等都是豳d c s 内的软手 操通过脉i 申的方式实现的，如发电枫顺控、葶控增、减压操作、增、减 速操孛# 、搿关豹魏、会阕揉俸等。除注意上段所鬟妥鹣霹麓窭瑰黪操俸 9 华南理下大学硕七学位论文 记忆外，我们还必须注意脉冲的长短设置，脉冲的长短如果设置不当， 可能会存在一些问题。 如发电机电压调节，如果系统仍采用电磁励磁调节器或采用的微机 励磁调节器没有设置调节步长限制，而d c s 内的调压脉冲设置又太宽， 则电压的调节幅度可能会很大，影响机组的运行稳定。但若励磁调节器 本身设置有调节步长限制则不存在这个问题，因为只要调节器本身调节 步长设置合适，d c s 的脉冲长短则不会影响发电机电压的调整幅度。 另外，所有开关的跳、合闸控制也应该注意脉冲长短的设置。如 2 2 0 k v 、1 1 0 k v 等高压开关，其跳、合闸速度一般只有几十毫秒或1 0 0 毫秒左右；即使是一些慢速合闸开关如一些s n 2 型油开关，其合闸时间 也只是6 0 0 毫秒左右。因此，其跳合闸脉冲一般不要设置太长，只要保 证开关有足够的跳、合闸时间即可。否则，则可能出现开关跳跃、烧坏 跳、合闸线圈等现象。 ( 6 ) 目前，关于d c s 应用的有关规程都是针对热力系统的描述的， 当d c s 应用于电气监控时，由于没有相关的规程、规范，在进行电气系 统有关回路或逻辑的设计，各电厂的情况是不同的。如开关控制，有的 仅用开关接点反映开关的状态，这样原来按钮所具备的监视跳、合闸回 路功能、控制回路断线功能将不复存在。设计中应考虑设置跳、合闸位 置继电器，用跳、合闸继电器的常开接点来反映开关的状态，同时用跳、 合闸继电器的常闭接点串联来反映控制回路是否断线。 另外，在热力系统d c s 控制的有关规程中规定，屏蔽电缆屏蔽层应 一端接地，而电气二次回路有关规程则规定屏蔽电缆屏蔽层应两端接地， 两者之间存在矛盾。所以在尽快完善d c s 控制技术应用于电气监控的相 关规程、规定的同时，各发电厂还应结合d c s 设备厂家对接地的要求和 相关规程，拟订符合实际需要的接地方案。 ( 7 ) 部分电厂、d c s 供应商将厂用电的备用电源故障切换、同期 装置也纳入d c s 控制中。结合备用电源切换、同期装置的重要性、复杂 性，本人认为这些功能不应通过d c s 来实现，应采用专用装置，这主要 是基于以下考虑： 大多数d c s 供应商的开发人员并不是电气方面的专业研究人员，他 们对厂用系统、同期系统在故障情况、异常情况及其他各种情况下有关 电气量的变化规律研究并不太多，只是根据电厂专业人员提供的逻辑关 系、电气量之间的关系，通过软件予以实现。这样往往只是实现了这些 装置的一些基本功能，在一些很特殊的情况下，往往难以满足要求。如 1 0 第一章绪论 厂用系统的切换装置，只是实现丁原来的备用电源自投劝能，其i i r 嚣性 秘侠速性每强蘸在系统杰广泛使用躯快切装爨楣魄，不褥因日露落。 鉴予弼期装置、恢切装置翡鬃要性和笺杂性，这些装置在广泛应用 于系统之前，一般应缀过动模试验、专家鉴定、挂网试运行、入网许可 等程序，网内推广应用的产品应该是非常成熟、可靠、缀过考验的产品。 餐d c s 开发亵所嚣发鹃一些各躅宅滚甥歉、溺簸荠翳卡箨等一觳来经过 上述程序，如果稍有疏忽，一旦产生问题，其造成的损失将难以估麓。 同期装置、快切装鼍一旦成溅，其内部网路或程序将相对固定，经 诱试含格鼷，一般不会存在交亿懿霹能。毽一些d c s 舞发巍魇开发戆备 用电源切换、弱期并黼卡件豹逻耱组态及稳荚回路对一魏d c s 工程师站 管理专业人员是开放的。而电厂d c s 的管理一般由热工人员管理，由于 他们对这贱装置的重爱性或特点了解不多，如果出现巢魑失误也可能出 凌一些严黧豹蠲嚣。 由圈1 1 分析，墩气硬接线方式纳入d c s 的存在问题为： ( 1 ) d c s 与电气保护、自动装置无关；保护和自动装置所产难的 痿怠量缀大，僵受到d c s 卡孛 魇缝采集点数豹限制，纹缝采鼹信号会劳 的方式，造成了保护翻动信息豹不完整； 发电厂电气系统中，厂用电电器元件最多，如两台1 0 0 0 m w 机组的 6 k v ( 1 0 k v ) 回路约1 5 0 个，4 0 0 vp c 回路约6 0 0 个、m c c 回路约1 0 0 0 个。若毫气系统采雳锈疆疆接线、交送器、i o 卡终等天量硬俘没备与 d c s 系统进行控制和信息交换，蹙d c s 系统及电缆投资限制，大量电 器元件运行管理信息来送入d c s 慈统。由于电气系统的测量、保护劝作、 整定、事放遥忆等倍感霹失褪关设备( 懿电旗辊) 的状态提供部分运行 分析数据，因此这些倍息如未遂入计算机系统将也会使籀关设备豹状态 分析受到影响 ( 2 ) d c s 的l o 用大量的电缆和变送器实现电气鬟的采集和掇制； 数据一辩一传赣，安众可靠，毽转辕线多，荔受子撬影璃； ( 3 ) d c s 系统i o 卡件多，现场开关桅变送器多、继电器多，现场 设备的投资成本高；d c s 按“点”收费，每增加一个量，都要额外地增 掘一鼹电缆与d c s 豢缓稳连，逡成d c s 懿投资夔羞接入塞数嚣的壤掬 而增秀羁。 ( 4 ) 所有i o 量均通过电缆单向传输，随着d c s 数据量的不断增 大，增加火量电缆，後电缆通道拥挤不堪。闻时增大调试工作量及嬲期； 弱霹数豢爨静增大，惫缓 霉d c s 卡释l o 煮煞巡捡躅蘩变长，藤羧影响 了系统的实时性和可嚣性； 华南理t 大学颈+ 学能论文 ( 5 ) i o 点数量增大后引起的巡检周期过长，使得原设计的一些自 动切换功能( 舞柴濑糗自动投入逻辑) 懿俊速性和可纛经受到影响，影 响了桃组豹安全稳定运行； ( 6 ) 为降低电缆及d c s 卡件费用，仪采集重要的蹙，d c s 系统监 测信息不宠整，电气运行人员仍霈要裂现场才能了解鬟多设备情况的状 猛，延长远纾入受憝壤嚣翔，不髭在工程籁菇霹电气嚣律警瑾维护，运 行检修不便； ( 7 ) 不能获得电气保护动作详细信息糊定值信息，无法实现保护管 理： ( 8 ) 厂用电受嘏时，d c s 通常未完成，高压启备变、高低暇厂用 电源的远方操作无法密现，故有魑电厂保留了强电操作乎段以满足送厂 用电要求，增加了接线复杂性。 ( 9 ) 功毙簿嚣。电气纳入d c s 后，黧聚只在d c s 审有簦祝、测蠢、 动作等简单功能，并不能在深层次上提高电气系统的运行维护管理水平， 也无法体现出电气系统接入d c s 实现联网自动化的优越性，充其羹只是 凳霉褒控裁羼整令“搬”遴了诗磐壤整控。 1 3 本文的主要研究内容 零磷宠漾蘧来溺予强兹墩气绦护溅按设备静邋遮发展耪狻壶予 d c s 之外的电气监控系统( e c s ) 的出现。本文结合在汕尾电厂施工建 设过程中，对国内e c s 作的详尽调研，并缝合e c s 系统在各电厂中的 使弱壤瑰灏谖试数撼，挺密了瑟囊霹象窝甏囊逮程静e c s 豹设谤模式。 几种不同的组网方式会给电厂带来不同的自动化水平和经济效盏。 在本文第二章中将结合电气系统自身的特点，提出电气监控系统的 基本要求，并逶过e c s 系统匿魏的发展状况，提出e c s 系统不弱的嘲 络结构及e c s 系统豹主要功黥。在本文豹第三章，羹| l 通过对蘑肉e c s 的调研数据，提出电气e c s 系统的主要性能指标，并结合工程实际，给 出了对电厂建设有实际意义的技术经济分析数据。在本文的第四章，结 合濑尾毫厂王翟建设避疆孛e c s 系统懿实鼯设诗纛实藏过程遴蠢分辑， 给出了具体的配置方案和实施步骤，对工獠建设者有徽大的参考意义。 t 2 第二= 章电气箍控系统鹃总体絮搦释功能 第二章耄气监控系统的总体架构和功能 2 1 孳l 言 本文旨在建立一个基于现场总线模式的发电厂电气j l 氛控系统，充分 发挥电气保护测控设餐在电厂自动化监控中的功能。电气监控系统采用 瓣分瑟分奄式结瓣，掰保涯系统豹实懿毪帮溪靠壤。 电气监控系统e c s 后台软件所具有的强大功能，不仅能保证电厂正 常运行时采用的d c s 为主的操作模式，而且绘电厂运行维护人员提供了 事塞靛控铡搡俸、数攒分辑、摄袭统计，奁线数障查找、历史蠡线等功 能，完全掰以作蠹d c s 在出现故障或检修调试时的一种爱全运 亍筝段。 本章结合电气系统自身所具肖的特点，掇出e c s 系统的基本要求， 并将讨论e c s 系统的系统结构、缎网模式和所具有的功熊，同时分析了 覆舞踺象帮瑟彝过程熬嚣耱凌谤援式瘊带来豹不露效莱。 2 2e c s 系统目前的发展状况 2 2 1 电气系统控制的特点 要深入了解e c s 系统的发震，善先应了鳃电气系统囊隽所其鸯躲特 点。与热忑自动纯稻谶，电气系统在控制要求及运行过程中有着缀多不 同，主要特点表现为： ( 1 ) 獗向对象，功能独立 龟气滚冬程对熬z 浚备瑟言，程瓠组菱鬻运行嚣霈鬟控裁静瓣黎少， 操作频率低，有的系统或设备运行正常时，时常几个月或更长时间才操 作一次。 ( 2 ) 僚护塞动装霉动作迅速，对象静皮 电气设备保护保护及自动装嚣要求可靠经商，动终速度抉。发交组 保护动作速度要求在4 0 m s 以内；自动准同期采用电压、相位同步方式， 转速、电滕调整和滑膳控制要求程5 m s 以内：电压自动调整装置快速励 磁要求辩瓣极短；厂麓电抉镯装黧侠速韬爨辩阕一般，l 、予6 0 8 0 m s ，霜 步鉴定相彼差满足5 0 2 0 0 。 1 3 华南理_ 大学硕士学位论文 ( 3 ) 3 0 0 m w 及以上机组一般每2 台机组共用l 台起备变，任一 机组检修都不能影响另l 台机组的正常运行，因此d c s 控制应考虑其控 制方式，确保只能有l 台机组的d c s 实现对公用部分的控制，同时另一 机组d c s 能够实现实时监视，并且这种操作控制权能实现切换。 ( 4 ) 功能下放 电气设备电气系统各开关之间需要由d c s 实现的联锁逻辑均较为 简单，但电气设备本身操作机构复杂，许多联锁控制、闭锁要求在开关 柜的断路器操作机构及控制回路内部实现；而对每个回路的保护则由设 于开关柜上的综合保护装置实现。 ( 5 ) 高可靠性、准确性 正常运行时虽然电气设备操作较少，但一旦需要运行人员干预，一 般均为较紧急的情况，如停机或倒换厂用电等，此时需要的是电气元件 动作的高可靠性和准确性，因此许多功能多交由保护或自动装置完成， 以保证机组的安全稳定运行。