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火力发电厂电气自动化监控系统的设计浅析
摘要:本文针对大型火力发电厂的电气自动化技术进行了分析和探索,讨论了发电厂自动化中DCS系统的发展,现场总线和FCS技术正在电厂中带来新的技术革命,电厂的电气系统(包括厂用电系统、升压站系统及机组电气部分)的保护监控以及自动化正在成为新的技术热点。本文探讨了完全基于现场总线和网络通信的电厂电气自动化的主要问题和实施方案,分析了电气自动化系统经通信纳入DCS并与DCS系统在功能上相融合的技术。厂用电系统是电厂电气自动化的主体,厂用电的保护与监控技术是一项集中传感、测控、保护、通信及设备状态监测的综合技术,本文探讨了设备本体和二次保护测控装置相结合的新型智能厂用电电气设备,这种新型机电智能一体化的电气设备将成为今后发电厂电气自动化的基础环节。
关键词:发电厂自动化电气监控集散控制系统保护
第一章绪论
现代工业生产规模不断扩大,对提高产品质量和生产效率、降低劳动强度、减少材料消耗以及节省能源等方面都提出了前所未有的要求。在这种背景下,20世纪70年代中期在工业控制领域产生并发展起来了集散控制系统DCS(distributedcontrolsystem),综合了计算机技术、控制技术和通信技术的发展成果,以计算机及网络系统为核心,为企业的生产和管理的综合自动化提供了强有力的信号处理和传输手段。集散控制系统不但具有传统的数据采集和控制功能,而且可以通过计算机网络实现整个生产过程甚至一个工厂、企业的信息管理,同时也为正在发展的先进的过程控制系统的实施提供了必要的工具和手段。目前在电力、石油、化工等方面,DCS已获得广泛应用;国内大型火电站的汽机和锅炉热工自动控制均采用了DCS集散控制系统。电厂网络监控系统与变电站监控系统基本相同,目前国内用户使用和认同的方式是现场总线分层分布式系统。如以四方公司为代表的CSC2000系统,已在国内35-500kV电压等级1000多个变电站成功使用。厂用电电气保护已经由使用静态保护向微机保护发展,但实现厂用电电气监控系统的要求还刚刚开始。所以要完善SIS系统的功能必须解决厂用电监控系统问题;现阶段必须解决与DCS接口问题;远期还必须解决ECS与DCS的统一规划问题。本课题结合云南宣威电厂实际工程,重点研究火电厂厂用电电气监控系统实现方案;用现场总线方式与DCS接口方式;探讨ECS与DCS统一规划完善SIS系统功能问题。
第二章大型火力发电厂厂用电系统现状
改革开放以后,电厂厂用电系统确实在改进和进步,正在从以前“可靠的接线、简单的设备”这一传统概念,过渡到“可靠的设备、简单的接线”这一新概念上来。而大量先进电气设备的引进。也对这种新概念的实施提供了基本保障,从而大大减轻运行人员的劳动强度,为所有工艺系统都进入计算机控制奠定良好基础。
2.1厂用电系统
厂用电系统即厂用电气负荷的供电系统。按电源种类可分为交流厂用负荷及直流厂用负荷,绝大部分的厂用负荷使用交流电源,只有那些必须用直流电源或在全厂各种交流电消失后仍需继续运行的负荷,由另设的直流电源供电,如各种保护、控制、通信系统及直流电机等。UPS按其实际使用的电压亦为交流负荷。厂用负荷按其供电电压分为高压厂用负荷和低压厂用负荷。我国的火力发电厂中,高压厂用电压有10kV、6kV、3kV三种,其中6kV最常见;低压厂用电包括交流厂用电和直流厂用电,但一般将低压交流厂用电系统称为低压厂用电系统,直流厂用电系统单独划为“直流系统”。高低压厂用负荷的接线定于200kW,即:当负荷容量大于和等于200kW时,接于6kV系统,当小于200kW时,接于380V/220V系统。大型机组中,要求将直流的动力和控制系统分开供电,往往采用220V和110V两种电压,前者为动力系统电源,后者为控制系统电源。
2.2厂用电设备保护及自动装置
目前国内新建电厂大机组保护、高低压厂用变压器保护、3kV、6kV、10kV高压电动机保护均已普遍采用微机型继电保护装置,而低压厂用电系统通常都采用其开断设备的自身保护-自动开关的瞬时脱扣器、过负荷或熔断器保护。厂用电系统的自动装置状况与电厂SIS(DCS+ECS)发展有关,厂用电电气系统自动化的发展趋势有以下几个需要特别关注的问题。
2.2.1厂用电源快速切换
厂用电源快速切换对大电厂维持机炉设备稳定运行和大容量电动机免受损坏具有重要意义,在国外广泛采用,近几年国内新建电厂也开始陆续采用,采用快速切换的基本条件是使用快速断路器、具备对厂用工作和备用电源初相角检查条件。厂用电源快速切换方式有:
(1)同时切换方式。同时给工作和备用电源断路器发出跳闸和合闸脉冲,两台断路器同时动作,切换条件是使用快速分合断路器,可用于正常的手动切换和事故的自动切换。
(2)相继切换(串联切换)方式。工作电源断路器断开后才合上备用
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