火力发电厂电气自动化控制技术的运用分析

2023年12月29日发(作者：摘柿子)

火力发电厂电气自动化控制技术的运用分析发布时间：2021-05-07T16:16:18.117Z 来源：《当代电力文化》2021年4期 作者： 董小银[导读] 随着国家电力事业的发展，我国火电机组正朝着高参数、大容量、低能耗、低污染、高自动化方向迅猛发展。火力发电厂电气自动化控制技术的运用分析董小银陕西渭河发电有限公司 陕西省西咸新区 712085摘要：随着国家电力事业的发展，我国火电机组正朝着高参数、大容量、低能耗、低污染、高自动化方向迅猛发展。本文基于监控范围确立、监控方案比对、监控软件配置、画面逻辑组态、通讯系统组网相关理论，对火力发电厂电气自动化控制技术的运用进行了深入探讨，为火电厂发展工作提供了指导。关键词：火力发电厂；高自动化；监控范围；组网 ；指导 发电厂是整个电力系统的重要不可组成的一部分,它直接关系影响整个国家电力系统的安全与利用经济,电网系统调度对整个发电厂内部电气设备的可控制性和精准度等的要求也在不断的要求提高。电气控制系统可以有效提高电气设备的监控水平，也有利于实现机组的安全自动化运行。1 电气控制系统现状分析1.1 电气控制系统监控范围 电气控制监测系统监测对象主要为两大监控区域,如软件图1-1所示:高压发电机—备用变压器电机组监控系统、低压电机厂房备用电机组系统。发电机—机和变压器等机组成套系统主要包括高压发电机、变压器、高厂用逆变、发电机励磁器组系统;高中低压和高厂变专用电变组系统主要包括高高低厂用电变、厂用变等电源、电动机以及其它各种高低压电动机等成套设备。电气监控的主要参数为电压、电流和频率，现场的二次设备将一次大电流、大电压变成为二次的标准电流、电压，通过电压、电流变送器变为 4-20mA 信号，送到 I/O 站后经处理显示在画面上。除此之外，升压站系统的电气参数通过 NCS 网络通讯接入电气控制系统中只做监测用。

图1-1 电气控制系统范围

1.2 电气控制系统的基本结构 1、站控层：主要包括工控机、服务器、大屏幕显示器、工作站等设备。其作用是完成主控与就地监控设备之间的信息传送，通过后台上位机和监控软件实现对就地设备的监控和调度。 2、通讯设备层:主要设备包括全部的无线网络通信设备,其中主要有无线光纤、路由器、交换机、通讯控制模块、通讯数据管理机、串口通讯服务器、网关以及计算机和相关网络通信连接线等。通讯转换层技术可实现多种电气通讯技术标准规约的数据在线通讯转换,完成对不同生产厂家各种电气设备与总线和控制器单元的在线互联,实现各种通讯数据的在线通信与数据处理。实现各种数据的通信与处理。 3、间隔层:主要包括电源模块、I/O 板卡、控制器 XCU、隔离继电器等。间隔层的作用主要完成对现场电气设备信号的采集、保护、测控等。 4、过程层:主要产品包括直流电压移动互感器、电流移动互感器、变送器、传感器、保护器和测控控制装置、断路器、中间件和继电器等。过程管理层的主要功能是对各种电气设备的各种开关式测量、模拟量、报警量等信号量的采集和各种电气控制系统命令的采集执行。

图1-2 电气控制系统结构图

2 存在的问题分析 1、设备数据有效性、安全性、可靠性较差。由于通讯设备技术落后，数据在传输和过程中时间较长，通讯数据容易发生干扰，造成数据实时性和正确性较差。 2、监控点没有形成监控网络。由于设备改造，一些新增设备电气量并没有加入到电气控制系统中，造成监控缺失。 3、计算机性能限制。TOSMAP-DS 系统自国泰发电机组投产至今，计算机技术作为控制系统的重要组成部分，随着科技发展，计算机性能的落后制约着控制系统的精准化，其运算速度、CPU 负荷率、可靠性均已达不到要求。

4、操作员站存在操作指令失灵的情况。操作过程中出现“程序无法响应”现象，解决方案只能是将操作员站进行重启。在机组启停机过程中操作比较频繁的情况下，出现这种现象的频率更高，威胁机组的正常安全运行。3 电气控制系统的监控硬件方案设计3.1 完全现场总线方案 对于此种方案，在站控层设置工程师站进行后台操作，设置操作员站进行电气监控，设置历史站对历史数据库进行存储；通讯层网络采用工业以太网方式的双冗余配置形式，对 A 网总线结构及 B 网总线结构加以应用，同时将同轴电缆作为传输介质，并使用以太网进行管理，则能够使网络通信速率得到有效提升。两台机组通过网桥站实现公用电气设备信息的共享；间隔层使用 I/O 模块、控制器、网络板卡、通讯管理机、交换机完成对各种电气量的采集、上网、控制指令的发出；过程层采用带通讯端口的智能微机保护器实现对就地设备电气量的收集。具有通信接口的综合型智能化设备，不仅取代了大量的中间转换和接口设备，还将原有必须的功能实现了综合化，智能化，分散化和自动化。其经济性是不言而喻的。电气公用系统在站控层进行独立组网，通过网桥计算机分别与#10、#11 机组以太网连接，设置独立的公用机组工程师站，两台机组的操作员站均可对公用设备进行操作。图3-1 完全现场总线方案结构设计

3.2 部分硬接线与现场总线相结合方案 设置一套以现场总线技术为基础的电气控制系统，通讯层网络也是采用工业以太网方式的双冗余配置形式。间隔层的综合保护测控装置具有保护、测量、计量、控制、通讯功能，可以将就地电气设备的参数转化为电流信号、电度计量信号、各设备的反馈状态、位置、保护动作及控制指令和预报信号经通讯管理机以通讯方式直接接入系统，保留操作指令和其他重要信号以硬接线方式接入电气控制 系统的I/O 模件，即以“硬接线+通讯”方式接入系统。

图3-2 硬接线与现场总线方案结构设计

3.3 完全硬接线方案 传统的接线方式是以硬接线为基础的，通过硬接线把电磁式仪表、开关设备、互感器、控制按钮、转换开关等连接起来，二次线名称的来源于此，这种接线方式比较传统，也比较原始，以使用大量的控制电缆为基础：所有电气设备的状态量接入 DI 模块，所有控制指令接入 DO 模块，电流电压等模拟量接入 AI模块。

图3-3 完全硬接线方案结构设计

4 电气控制系统的监控软件模块分析 如图4-1所示。主程序由以下几个部分组成：系统初始化部分、显示部分、参数设置部分、转换部分、数据处理部分和历史数据查询部分等组成。图4-1 主程序框图

4.1 所含模块4.1.1 系统初始化模块 系统初始化模块的主要作用就是。因为漏电保护器内部有一定的存储空间，所以当里面的数据存储到一定数量时需要清空缓存，以方便我们采集新的数据。比如漏电电流的数据和延时设定数据。同时正常状态指示灯的点亮，其他指示灯的熄灭等。都需要系统初始化模块来实现。程序代码见附录。

4.1.2 显示模块

显示模块则是由数码管和发光二极管组成。数码显示可以显示实时的漏电电流大小。用户还可以经过按键操作查看设置的漏电电流值，延时时间值和存储的历史漏电电流值。而发光二极管则会在漏电保护器处于不同的状态下，点亮或熄灭。显示漏电电流和延时时间时的状态指示灯，则是由位于“XXXX”右边的两个指示灯。程序代码见附录。

4.1.3参数设置模块 参数设置模块则是通过漏电保护器面板上的按键，配合数码管和指示灯的显示，来设定漏电电流报警值和延时时间值。同时把相应数据送到内部存储起来，以防丢失。程序代码见附录。4.1.4 A/D 转换模块

A/D 转换模块流程如图4-2所示。完成转换后会把相应的数据发送到存储单元保存起来，在完成一定次数的转换后，在数据处理模块进行处理。程序代码见附录。图4-2 转换流程图

4.2 部分实现代码

5 结论 根据本文所述，通过分析电气控制系统运行状况和国内外自动控制技术的发展，分析了电气控制系统改造的必要性和可行性。在此基础上为了保证设备运行可靠性、提高控制系统自动化，本文不仅考虑减少系统硬接线数量，也考虑控制指令抗干扰性，确立了“硬接线+数据总线”的火力发电厂电气自动化控制技术方案，为相关行业提供了借鉴。

参考文献：[1] 任慧超. 电气自控技术在工厂的应用分析[D]. 2020.

[2] 李宝华, 齐生林. 电气自动化技术在火力发电厂中的创新应用[J]. 百科论坛电子杂志, 2020, 000(002):924.

[3] 黄建炜. 火力发电厂电气自动化控制技术应用[J]. 建材发展导向, 2020,