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浅析电气自动化控制系统的应用及发展趋势

导读: 对于发变组保护等主保护和安全自动装置,因其设备已经很成熟而且要求全部在DCS中实现其功能尚有一定难度,可能增加相当大的费用,故可以保留。但是它们与DCS间要求接口,控制采用硬接线,利用通讯方式传输自动装置信息,并可以通过DCS进行事故追忆。

一、电气综合自动化系统的功能

根据单元机组的运行和电气控制的特点,应将发电机—变压器组和厂用电源等电气系统的控制都纳入ECS监控。其基本功能为:发变组出口220kV/500kV断路器、隔离开关的控制及操作;发变组保护、厂高变保护、励磁变压器保护控制;发电机励磁系统;包括启励、灭磁操作,控制方式切换,增磁、减磁操作,PSS的投退;220kV/500kV开关自动同期并网及手动同期并网;6kV高压厂用电源监视、操作、厂用电压快切装置的状态监视、投退、手动启动等;380V低压厂用电源监视、操作、低压备自投装置控制;高压启/备变压器控制和操作;柴油发电机组和保安电源控制和操作;直流系统和LPS系统的监视。对于发变组保护等主保护和安全自动装置,因其设备已经很成熟而且要求全部在DCS中实现其功能尚有一定难度,可能增加相当大的费用,故可以保留。但是它们与DCS间要求接口,控制采用硬接线,利用通讯方式传输自动装置信息,并可以通过DCS进行事故追忆。

二、电气自动化控制系统的设计思想

2.1集中监控方式

这种监控方式优点是运行维护方便,控制站的防护要求不高,系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理,处理器的任务相当繁重,处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控,伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加,投资加大,长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时,隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线,由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位,造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂,查线不方便,大大增加了维护量,还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。

2.2远程监控方式

远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线(如Lonworks总线,CAN总线等)的通讯速度不是很高,而电厂电气部分通讯量相对又比较大,所有这种方式适合于小系统监控,而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。

2.3现场总线监控方式

目前,对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中,且已经积累了丰富的运行经验,智能化电气设备也有了较快的发展,这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统设计更加有针对性,对于不同的间隔可以有不同的功能,这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外,还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/O卡件、模拟量变送器等,而且智能设备就地安装,与监控系统通过通信线连接,可以节省大量控制电缆,节约很多投资和安装维护工作量,从而降低成本。另外,各装置的功能相对独立,装置之间仅通过网络连接,网络组态灵活,使整个系统的可靠性大大提高,任一装置故障仅影响相应的元件,不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。

三、电气自动化在火电站中的应用

近年来,高参数、大容量火电机组已成为国内电力工业的主力机组,火电站的热控技术也随着火电机组单机容量的增加和控制仪表的进步而达到崭新的水平。自动控制系统作为实现机组安全经济运行目标的有效手段,担负着机组主、辅机的参数控制、回路调节、联锁保护、顺序控制等诸多功能,已从辅助运行人员监控机组运行发展到实现不同程度的设备启停功能、过程控制和联锁保护的综合体系,成为大型火电机组运行必不可少的组成部分。

3.1机、炉协调控制系统(CCS)

机、炉协调控制系统是火电站的主控系统。协调控制系统的任务是控制机组各项输人与输出间的能量平衡和质量平衡。不断消除运行中的各种内、外干扰,满足电网对机组的负荷需求,稳定机组运行。主要功能为:接受电网的负荷调度,参与调峰和调频;实现锅炉、汽机的能量输入和输出平衡控制;锅炉内部各子系统控制动作的协调;机组出力与辅机设备实际能力的协调等等。

3.2炉膛安全保护系统(FSSS)

炉膛安全保护系统主要包括火焰监测和燃烧器切投及启停管理,通过逻辑连锁实现压力保护、熄火保护和吹扫保护等功能。系统根据锅炉炉型、煤种和燃烧系统确定合理的报警保护逻辑条件,避免信号误检或出现锅炉爆炸的事故。逻辑联锁和控制部分采用的控制仪表现已从早期的继电器或固态元件发展为可编程逻辑控制器(PLC)。由于PLC可按双机冗余配置系统,系统具有较高的控制可靠性。软件采用梯形图编制,易于组态编程和修改控制流程。

3.3汽机电液调节系统(EH)

国内早期的汽机控制采用液压控制系统,20世纪80年代由于电气元件、控制设备和电液转换器的可靠性提高,并采用高压抗燃油伺服机构,电调系统越来越多地为汽机配套,实现了转速、调节级后压力、电功率的三个回路控制,以及阀门管理、接应力启动的功能。控制汽轮发电机组从盘车开始,冲转、暖机、升速、阀切换、并网、带初负荷、加负荷,直至正常运行,参加电网一次调频和接受电网调度改变负荷。在保证机组安全的基础上,达到在运行状态变动中尽可能延长机组寿命和在稳态运行中尽可能提高机组经济性的目标。

3.4汽机旁路控制系统(BPS)

汽机旁路控制系统由高、低压旁路压力调节系统和高、低压旁路温度调节系统组成,旁路阀门的执行器则可根据系统对动作时力矩和速度的要求选择电动或电液执行器。控制系统在传统上由旁路系统供货商成套,现在也有电厂采用单回路控制器或DCS来实现汽机旁路控制系统的功能。

四、电气自动化控制系统发展趋势

OPC(OIJE for Process Control)技术的出现,IEC61131的颁布,以及Microsoft的Windows平台的广泛应用,使得未来的电气技术的结合,计算机日益发挥着不可替代的作用。IEC61131已成为了一个国际化的标准,正被各大控制系统厂商广泛采纳。Pc客户机/服务器体系结构、以太网和Internet技术引发了电气自动化的一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和IT平台的融和,电子商务的普及将加速着这一过程。Internet/Intranet技术和多媒体技术在自动化领域有着广泛的应用前景。企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务、人事等管理数据,也可以对当前生产过程的动态画面进行监控,在第一时间了解最全面和准确的生产信息。

虚拟现实技术和视频处理技术的应用,将对未来的自动化产品,如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响。相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一的组态环境变得重要了。软件的重要性在不断提高。这种趋势正从单一的设备转向集成的系统。

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