火力發(fā)電廠電氣二次系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展

1、火力發(fā)電廠電氣二次系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展摘要：本文系統(tǒng)地介紹火力發(fā)電廠電氣二次系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，供工程設計和技術改造參考使用。 1引言火力發(fā)電廠是技術高度密集型企業(yè)，在這里，大量的高新技術得以應用，高新技術為現(xiàn)代發(fā)電技術提供了強大的技術支持?；鹆Πl(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)在短短的五十年中經(jīng)歷了從簡單分散控制系統(tǒng)到微機控制的全過程。為此，電規(guī)總院開展了2000年示范電廠設計模式的研究，責成六大院進行了2000年示范電廠的設計研究工作，為降低工程造價，提高電廠的管理水平及自動化水平打下了堅實的基礎。本文結合內(nèi)蒙西部電網(wǎng)的發(fā)展情況，分析現(xiàn)階段我國火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，針對2000年示范電廠的設計模式，

2、研究我國火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。2控制、信號和測量系統(tǒng)21單元控制室和主控制室火力發(fā)電廠的控制方式按控制地點可分為主控制室和單元控制室兩類，后者還包括含網(wǎng)絡控制的單元控制室以及設置獨立單元控制室和網(wǎng)絡控制室兩種類型。一般而言，單機容量為1OOMW以下的發(fā)電廠，宜采用主控制室，而單機容量為200MW及以上的機組，宜采用單元控制室。內(nèi)蒙西部電網(wǎng)已建電廠中，豐鎮(zhèn)電廠6x200MW機組，達拉特電廠4x330MW機組均采用了每臺機設置一單元控制室，并單獨設置網(wǎng)絡控制室的方案。而在建中的呼和浩特電廠2x200MW機組及內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電廠二期擴建2x330MW機組均采用了兩臺機設置一單元控制室

3、，不設網(wǎng)絡控制室，將網(wǎng)絡控制納入單元控制室的方案。采用單機一控和兩機一控從電氣專業(yè)來說各有優(yōu)缺點。采用單機一控具有安裝、運行、操作、監(jiān)視、測量、調(diào)試和保護單元性強，故障處理無干擾，控制室寬敞，運行條件好的優(yōu)點，同時存在兩臺機公用設備兩地控制，兩地運行，維護管理分散，聯(lián)系不方便且運行人員多的缺點。采用兩機一控具有操作、監(jiān)視、測量、調(diào)試和保護單元性強，兩臺機公用設備可相對集中布置，不存在兩地控制問題，使接線簡單，操作方便，同時控制室布置較緊湊，全廠值班人員少，運行維護管理集中等優(yōu)點，缺點在于當一臺機組安裝、調(diào)試、維護和故障處理時，對另一臺機組有干擾。通過對單機一控和兩機一控方案的比較，兩機一控方案

4、明顯優(yōu)于單機一控方案，而在條件允許的情況下，取消網(wǎng)絡控制室，將網(wǎng)絡部分的控制納入單元控制室，則對減小控制室面積，減少運行值班人員，降低工程造價有著很大的現(xiàn)實意義。22控制方式發(fā)電廠的控制方式有強電一對一控制，弱電選線控制及微機監(jiān)控三種方式?？刂苹芈分苯雨P系到斷路器的跳合閘，對可靠性要求較高。目前，大部分斷路器的操動機構只有強電參數(shù)，如用弱電控制需要通過強弱電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)來實現(xiàn)，接線復雜，可靠性很低，因此，火力發(fā)電廠中為保證操作的可靠性，不采用弱電控制。強電控制具有接線簡單清晰，運行方便，調(diào)試方便，安全可靠等優(yōu)點，因此，大中型火力發(fā)電廠中均采用強電控制方式。隨著時代的發(fā)展，科學技術的進步，微機綜合自

5、動化技術也已成熟，并在變電所中廣泛應用，同時取得了豐富的工程經(jīng)驗和運行經(jīng)驗。發(fā)電廠采用微機監(jiān)控方式，將電氣控制進入DCS系統(tǒng)，可極大的提高機組的自動化水平，為實現(xiàn)爐機電單元統(tǒng)一值班創(chuàng)造良好的條件。同時，也符合2000年示范電廠電氣自動化設計的原則和目標?；鹆Πl(fā)電廠電氣系統(tǒng)采用微機監(jiān)控是時代的要求，也是科學技術發(fā)展的必然結果。內(nèi)蒙西部電網(wǎng)中，豐鎮(zhèn)電廠6x200MW機組，達拉特電廠4x300MW機組均采用了強電一對一控制方式，而在建中的呼和浩特電廠2x200MW機組及內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電廠二期擴建2x330MW機組則分別采用了強電一對一控制和微機監(jiān)控方式，而后者則是完全按照2000年示范電廠的標準

6、進行設計的。23信號和測量系統(tǒng)發(fā)電廠的中央信號系統(tǒng)是全廠信號的核心，現(xiàn)行工程設計中，有傳統(tǒng)的采用沖擊繼電器及光字牌組成的能重復動作，可手動、自動復歸的中央信號系統(tǒng)，也有采用微機閃光報警器組成的中央信號系統(tǒng)。由沖擊繼電器組成中央信號裝置，在過去的工程設計中廣為應用，但隨著科學技術的進步，其存在的缺點也逐漸暴露出來，如報警信號單一，不能記憶瞬時信號，可靠性差，光字牌燈泡壽命短，功耗大，發(fā)熱嚴重，回路復雜，維護工作量大，在大中型火力發(fā)電廠中與熱控專業(yè)選型不同，外型不美觀等，現(xiàn)行工程設計中，已逐漸將其淘汰。而微機型閃光報警器具有信號瞬時保持，光字牌閃光，信號回路設計不須考慮重復動作問題，信號數(shù)量從原理

7、上講可不受限制，接線簡單，技術含量高，外型美觀，功能齊全的特點，在現(xiàn)行工程設計中廣為采用。當火力發(fā)電廠電氣部分采用微機監(jiān)控后，則可將中央信號進入DCS系統(tǒng)，由計算機完成中央信號的任務，既減少了中央信號系統(tǒng)相應的設備，也使系統(tǒng)簡潔明了，功能進一步加強，技術性能上處于先進地位，是最完善，性能最好的方案。內(nèi)蒙西部電網(wǎng)已建電廠中，豐鎮(zhèn)電廠6x200MW機組均采用了沖擊繼電器構成中央信號系統(tǒng)，達拉特電廠4x330MW機組均采用了微機型閃光報警器。在建中的呼和浩特電廠2x200MW機組也采用微機型閃光報警器，而在建中的內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電廠二期擴建2x330MW機組由于采用了微機監(jiān)控方式，按2000年示范

8、電廠設計，將中央信號系統(tǒng)取消，進入DCS系統(tǒng)，是最先進的方法。常規(guī)火力發(fā)電廠中，對于電氣測量而言，按規(guī)程規(guī)定設置常規(guī)的測量表計，采用槽型表或方型表，安裝于控制屏臺上，而電度表則采用常規(guī)電度表。比較先進的電廠中則選用數(shù)顯儀表，裝設智能型電度表，設置電費計量系統(tǒng)。內(nèi)蒙西部電網(wǎng)中，豐鎮(zhèn)電廠6x200MW機組均采用常規(guī)測量表計，達拉特電廠4330MW機組采用常規(guī)測量表計，但電度表改用脈沖型。在建中的呼和浩特電廠則選用數(shù)顯儀表和智能型電度表。而按2000年示范電廠設計的內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電廠二期擴建2x330MW機組由于采用了微機監(jiān)控方式，取消了常規(guī)的測量儀表，將測量進入DCS系統(tǒng)，既節(jié)省了控制屏及相關

9、電纜，也便于運行維護。32000年示范電廠自動化設計原則和目標鑒于我國火力發(fā)電廠本身存在的問題及與國際先進水平之間的差距，1997年8月，電力規(guī)劃設計總院提出了關于加快兩個根本性轉(zhuǎn)變，改革設計思路和方法，建設2000年燃煤示范電廠的建議，建議分析了當前設計的燃煤電廠與國際先進水平的七條差距，造成差距的五個原因，提出了十項改進目標，八條具體設想以及五項實施建議。對于電氣控制系統(tǒng)而言，存在的主要問題是：(1)單元機組中鍋爐、汽機和發(fā)電機變壓器組，廠用電等的控制水平不協(xié)調(diào)，多數(shù)電廠沒有實現(xiàn)單元機組統(tǒng)一值班，輔助車間和輔助系統(tǒng)自動化水平不高，值班人員偏多。(2)單元機組控制室大，控制系統(tǒng)結構沒有跟上世

10、界最新技術發(fā)展，電纜及其工程量愈來愈大。(3)機組自動化功能水平與國際先進水平尚有差距。(4)單元機組控制中心進一步智能化，自動化、控制室小型化，發(fā)變組和廠用電的順序控制進入分散控制系統(tǒng)(DCS)，使電氣控制與鍋爐、汽機等熱工控制的方式和水平相協(xié)調(diào)，為實現(xiàn)爐機電單元統(tǒng)一值班創(chuàng)造良好的條件。爐、機、電實現(xiàn)全CRT監(jiān)控，取消后備監(jiān)控設備(包括傳統(tǒng)控制盤)，網(wǎng)絡控制計算機化，同樣實現(xiàn)全CRT監(jiān)控，納入第一單元控制室，取消網(wǎng)絡控制室，兩臺單元機組的控制室面積由目前規(guī)定的350400m2縮小到150m2以下。(5)單元機組監(jiān)控系統(tǒng)全面按功能分散和物理分散的原則進行設計，電子設備間分散布置，設置小集控室，

11、取消電纜夾層，既節(jié)省大量昂貴的控制電纜和計算機電纜，初步估計可以節(jié)省3040電纜。由于電纜敷設工程量減少，有利于壓縮工期，同時有利于防火和電廠安全運行。(6)提高全廠綜合自動化水平，實現(xiàn)全廠監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡化。水泵房，水處理，輸煤和除灰(渣)等輔助車間和輔助系統(tǒng)，以及遠動和網(wǎng)絡控制應統(tǒng)一設計原則，統(tǒng)一監(jiān)控設備選型，統(tǒng)一設計標準，并提高自動化水平，實現(xiàn)全CRT監(jiān)控，不設后備，提高這些系統(tǒng)運行安全性和經(jīng)濟性，減少值班人員。2000年示范電廠關于電氣控制系統(tǒng)的設計原則和目標，是今后工程設計的方向和原則，新建工程應按此標準執(zhí)行，大中型火力發(fā)電廠的改造也應遵循這一思路進行。4廠用電動機控制火力發(fā)電

12、廠中，除主廠房內(nèi)的汽機、鍋爐電動機外，還有大量的輔助系統(tǒng)，比較集中的系統(tǒng)包括輸煤系統(tǒng)，除灰系統(tǒng)，化學水系統(tǒng)，水工系統(tǒng)等。對于汽機、鍋爐電動機，以往工程設計中均采用強電一對一控制方式。內(nèi)蒙西部電網(wǎng)中豐鎮(zhèn)電廠6x200MW機組及達拉特電廠1、2號2x330MW機組均采用強電集中控制方式。從達拉特電廠1、2號機組設計、安裝、調(diào)試、運行情況看，對于汽機、鍋爐電動機當采用強電控制時，電動機的連鎖采用繼電器組成邏輯回路，其聯(lián)鎖回路繁雜，可靠性較低，在達拉特電廠3、4號2x330MW機組工程中，將引、送風機、一次風機等鍋爐電動機進入熱工DCS系統(tǒng)，使接線簡化，收到了好的效果(但離汽機、鍋爐電動機全部進入DC

13、S系統(tǒng)尚有一定的距離。在建中的呼和浩特電廠2x200MW機組則將汽機、鍋爐電動機全部進入熱工DCS系統(tǒng)，而在建中的內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電廠擴建2x330MW機組則將電氣系統(tǒng)，包括發(fā)變組、高、低壓廠用工作、公用、備用電源、汽機、鍋爐電動機全部進入熱工DCS系統(tǒng)，是最完善，最現(xiàn)代化的設計方案，也是今后大、中型火力發(fā)電廠設計應走的道路。輸煤系統(tǒng)控制方式可分為就地手動控制，集中控制和程序控制三種方式，內(nèi)蒙西部電網(wǎng)已建大、中型火力發(fā)電廠中均采用了集中控制方式，而在小機組中也有采用就地控制的方式。實踐證明，采用人工就地操作和監(jiān)控，不僅崗位人員多，勞動強度大，職業(yè)病發(fā)病率高，而且由于各崗位聯(lián)系不緊湊，致使設備

14、很難達到合理運行和安全運行。對于大、中型火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)，當采用集中控制時，由繼電器構成邏輯聯(lián)鎖回路，二次控制聯(lián)鎖回路繁雜，控制元件眾多，且耗費大量的控制電纜，其自動化水平較低。隨著科學技術的進步，實現(xiàn)輸煤系統(tǒng)自動化已是火力發(fā)電廠現(xiàn)代化文明生產(chǎn)的迫切需要。近年來，隨著微處理機技術的高速發(fā)展，輸煤程序控制也得到了極大的發(fā)展，其技術也已成熟，并且在國內(nèi)大中型火力發(fā)電廠中推廣應用，并積累了豐富的經(jīng)驗，同時也符合2000年示范電廠的設計思路。鑒于此，內(nèi)蒙西部電網(wǎng)在建工程中，呼和浩特電廠2x200MW機組及內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電廠二期擴建2x330MW機組輸煤系統(tǒng)均采用了程序控制。同樣，除灰系統(tǒng)和化學水

15、系統(tǒng)也應盡可能的采用程序控制，以提高全廠的自動化水平。今后工程設計中，應按照2000年示范電廠的設計原則和目標，致力于提高綜合自動化水平。對于輔助系統(tǒng)的控制而言，應實現(xiàn)全廠監(jiān)控和信息系統(tǒng)網(wǎng)絡化，同時應統(tǒng)一設計原則，統(tǒng)一監(jiān)控設備，并盡力使選型統(tǒng)一。5元件繼電保護隨著時代的發(fā)展，科學技術水平的不斷提高，元件繼電保護裝置的發(fā)展經(jīng)歷了從電磁型、整流型、晶體管型、集成電路型到微機型的發(fā)展歷程。內(nèi)蒙西部電網(wǎng)已建電廠中，50MW以下機組均采用了電磁型繼電保護裝置，50MW機組采用了整流型繼電保護裝置，IOOMW機組均采用了晶體管型繼電保護裝置，已建200MW機組均采用了晶體管型繼電保護裝置，330MW機組采

16、用了集成電路型繼電保護裝置，基本上可滿足安全運行的要求。隨著科學技術的進步，微機繼電保護裝置的發(fā)展也進入新時期，微機型變壓器保護裝置在變電所中已經(jīng)大面積推廣應用，微機型線路保護裝置已完全代替了其它類型的保護裝置。而近幾年投產(chǎn)的大中型火力發(fā)電機組也有步驟的選用了微機型元件保護裝置。鑒于此，在建中的呼和浩特電廠2x200MW機組及內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電廠二期擴建2x330MW機組均選用了微機型元件繼電保護裝置。電磁型保護繼電器原理接線簡單，維護方便，容易掌握，有豐富的運行經(jīng)驗，在80年代設計的中小容量機組中廣泛應用，但有些保護裝置由于在原理判據(jù)，靈敏系數(shù)等方面不滿足大容量機組保護的要求，因此在大中型

17、火力發(fā)電機組中電磁型產(chǎn)品應用較少。整流型和晶體管型保護裝置在靈敏系數(shù)，快速性，選擇性等方面都很優(yōu)越，并具有體積小，功率消耗小，防震性能好的優(yōu)點，是80年代中期到90年代初期大中型火力發(fā)電機組的主要保護裝置。而集成電路型保護裝置做為向微機型保護裝置過渡的產(chǎn)品，沒有來得及大面積推廣應用即被性能更優(yōu)越的微機型保護裝置所取代。微處理機技術的迅猛發(fā)展，幾乎滲透到元件保護的每一個腳落，從微機型電動機、電容器、線路、變壓器綜合保護裝置到大中型火力發(fā)電廠、變電所元件繼電保護裝置，其優(yōu)良的性能，先進的技術，方便快捷的數(shù)據(jù)處理手段，為專業(yè)技術人員所青睞，其大面積推廣應用，并最終取代其它各類繼電保護裝置也是情理之中

18、的事情。今后工程設計中，對于新建大中型火力發(fā)電廠應采用微機型繼電保護裝置，而對于改建中的中、小容量機組則應根據(jù)工程的具體情況，建設方的意見及投資情況，綜合分析比較后，采用合適的保護裝置，但選用電磁型、整流型、晶體管型繼電保護裝置時，要考慮生產(chǎn)廠家是否生產(chǎn)及備品備件的供應情況。6直流操作電源系統(tǒng)火力發(fā)電廠中，為了供給控制、信號、保護、自動裝置、事故照明、直流油泵和不停電電源裝置用電，要求設置可靠的直流電源。由蓄電池組成的直流系統(tǒng)包括三類，即固定型防酸隔爆式蓄電池、閥控式鉛酸蓄電池和堿性隔鎳電池。普通鉛酸蓄電池在現(xiàn)行工程設計中大量選用，積累了豐富的生產(chǎn)制造、安裝維護、運行管理經(jīng)驗，但在實際應用中也

19、存在許多缺陷，如：電池體積偏大，占據(jù)較大的蓄電池室，運行中有酸霧逸出污染環(huán)境，需設置調(diào)酸室和調(diào)酸加液設備，運行維護復雜繁瑣。堿性隔鎳蓄電池包括中倍率和高倍率二種類型。堿性隔鎳蓄電池具有安裝維護簡單，運行可靠等優(yōu)點，但也存在由于制造工藝水平提高較慢，爬堿、滲漏等問題沒有得到有效解決，且需要定期補液，同時，其價格大大高于普通鉛酸蓄電池，因此，國內(nèi)大中型火力發(fā)電廠中很少采用，只是在遠離主廠房需要直流電源的附屬車間或輔助系統(tǒng)，選用1020AH的高倍率堿性電池。閥控式鉛酸蓄電池在近幾年來得到了迅猛發(fā)展。由于其在使用過程中可以保持閥控式密封，不需加酸、加水維護，無酸霧逸出，不污染環(huán)境，不腐蝕設備，電池可立

20、放、臥放或積木式安裝，不需考慮防酸問題，當容量較小時，甚至可以直接裝屏布置于控制室。由于閥控式蓄電池優(yōu)良的性能，雖然其起步較晚，但在大、中型火力發(fā)電廠及變電所中均有使用，而郵電通信工程中則全部選用閥控式鉛酸蓄電池。閥控式鉛酸蓄電池是替代固定型鉛酸蓄電池和隔鎳電池的理想產(chǎn)品。內(nèi)蒙西部電網(wǎng)中，豐鎮(zhèn)電廠、達拉特電廠均采用了主廠房直流系統(tǒng)，選用固定式鉛酸蓄電池，而附屬車間選用隔鎳電池的方案。而在建中的呼和浩特電廠則選用了閥控式鉛酸蓄電池。對于鉛酸蓄電池，現(xiàn)行工程設計中選用的蓄電池充電設備一般有三種方式，即硅整流充電裝置，微機型充電裝置和高頻開關電源，前二者的區(qū)別僅在于控制器是選用普通型還是選用微機型，

21、都屬于相控電源，而后者則屬于開關電源。硅整流充電裝置和微機型充電裝置在現(xiàn)行工程設計中伴隨固定型鉛酸蓄電池廣為應用，而高頻開關電源的發(fā)展則與閥控式蓄電池同步。高頻開關電源是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的產(chǎn)物，其與傳統(tǒng)相控電源比較，具有很大的優(yōu)越性，表現(xiàn)為：(1)可靠性高，因采用整流模塊并聯(lián)供電，N 1備份模式，其中一個模塊損壞，其余模快仍能正常工作，而相控電源是主從備份模式。(2)重量輕，體積小，維護方便。(3)效率高，功率因數(shù)高，開關電源功率轉(zhuǎn)換效率為65一95，而相控電源只有2030。(4)穩(wěn)壓精度高，輸出紋波系數(shù)小，有利于控制及保護設備的可靠運行，也可提高蓄電池壽命。鑒于高頻開關電源的優(yōu)良性能，呼和浩特電廠2X200MW機組選用了高頻開關電源做為充電裝置。7自動裝置為保證電力系統(tǒng)可靠，經(jīng)濟運行，減輕運行人員的勞動強度，發(fā)電廠裝設各種自動裝置，如備用電源自動投入裝置，自動重合閘裝置，自動準同期裝置，發(fā)電機自動調(diào)整勵磁裝置等?，F(xiàn)行工程設計中，自動重合閘裝置及發(fā)電機自動調(diào)整勵磁裝置均采用微機型，而對于自動準同期裝置，以往工程設計中，一般均采用ZZQ-3A、ZZQ-3B、ZZQ5型集成電路型裝置，可滿足大、中型火力發(fā)電廠安全運行的要求，