发电厂电气系统设计

发电厂电气系统设计

【摘要】发电厂电气系统设计中， 应按照示范电厂的设计原则和目标，致力于提高综合自动化水平。对于辅助系统的控制而言， 应实现发电厂监控和信息系统网络化，同时应统一设计原则，统一监控设备，并尽力使选型统一。本文就电气控制系统设计的相关范畴进行探讨。

【关键词】 发电厂； 电气；控制系统；设计

随着电力体制改革和电力市场化得推进，新建电厂普遍采用更先进的自动化技术和产品，发电厂自动化技术进入了一个新阶段。本文就电气控制系统设计的相关范畴进行探讨。

一、控制、信号和测量系统

（一）单元控制室和主控制室

发电厂的控制方式按控制地点可分为主控制室和单元控制室两类，后者还包括含网络控制的单元控制室以及设置独立单元控制室和网络控制室两种类型。一般而言，单机容量为100MW以下的发电厂，宜采用主控制室，而单机容量为200MW及以上的机组，宜采用单元控制室。采用单机一控和两机一控从电气专业来说各有优缺点。采用单机一控具有安装、运行、操作、监视、测量、调试和保护单元性强，故障处理无干扰，控制室宽敞，运行条件好的优点，同时存在两台机公用设备两地控制，两地运行，维护管理分散，联系不方便且运行人员多的缺点。采用两机一控具有操作、监视、测量、调试和保护单元性强， 两台机公用设备可相对集中布置，不存在两地控制问题，使接线简单，操作方便，同时控制室布置较紧凑，全厂值班人员少，运行维护管理集中等优点，缺点在于当一台机组安装、

调试、维护和故障处理时，对另一台机组有干扰。

通过对单机一控和两机一控方案的比较， 两机一控方案明显优于单机一控方案， 而在条件允许的情况下，取消网络控制室，将网络部分的控制纳入单元控制室，则对减小控制室面积，减少运行值班人员， 降低工程造价有着很大的现实意义。

（二）控制方式

发电厂的控制方式有强电一对一控制，弱电选线控制及微机监控三种方式。控制回路直接关系到断路器的跳合闸，对可靠性要求较高。目前， 大部分断路器的操动机构只有强电参数，如用弱电控制需要通过强弱电转换环节来实现，接线复杂，可靠性很低，因此，发电厂中为保证操作的可靠性，不采用弱电控制。强电控制具有接线简单清晰，运行方便，调试方便，安全可靠等优点，因此，大中型火力发电厂中均采用强电控制方式。

随着时代的发展，科学技术的进步，微机综合自动化技术也已成熟， 并在变电所中广泛应用， 同时取得了丰富的工程经验和运行经验。发电厂采用微机监控方式，将电气控制进入DCS系统，可极大的提高机组的自动化水平，为实现炉机电单元统一值班创造良好的条件。

（三）信号和测量系统

发电厂的中央信号系统是全厂信号的核心，现行工程设计中，有传统的采用冲击继电器及光字牌组成的能重复动作，可手动、自动复归的中央信号系统， 也有采用微机闪光报警器组成的中央信号系统。由冲击继电器组成中央信号装置，在过去的工程设计中广为应用，但随着科学技术的进步， 其存在的缺点也逐渐暴露出来，如报警信号单一，不能记忆

瞬时信号，可靠性差，光字牌灯泡寿命短，功耗大，发热严重，回路复杂，维护工作量大，在大中型火力发电厂中与热控专业选型不同，外型不美观等，现行工程设计中，已逐渐将其淘汰。而微机型闪光报警器具有信号瞬时保持，光字牌闪光，信号回路设计不须考虑重复动作问题， 信号数量从原理上讲可不受限制，接线简单，技术含量高，外型美观，功能齐全的特点，在现行工程设计中广为采用。

二、发电厂自动化设计原则和目标

对于电气控制系统而言， 存在的主要问题是：一是单元机组中锅炉、汽机和发电机、变压器组，厂用电等的控制水平不协调，多数电厂没有实现单元机组统一值班， 辅助车间和辅助系统自动化水平不高，值班人员偏多。二是单元机组控制室大， 控制系统结构没有跟上世界最新技术发展，电缆及其工程量愈来愈大。三是机组自动化功能水平与国际先进水平尚有差距。四是单元机组控制中心进一步智能化，自动化、控制室小型化，发变组和厂用电的顺序控制进入分散控制系统（DCS），使电气控制与锅炉、汽机等热工控制的方式和水平相协调，为实现炉机电单元统一值班创造良好的条件。五是单元机组监控系统全面按功能分散和物理分散的原则进行设计，电子设备间分散布置，设置小集控室，取消电缆夹层，既节省大量昂贵的控制电缆和计算机电缆。由于电缆敷设工程量减少，有利于压缩工期， 同时有利于防火和电厂安全运行。六是发电厂综合自动化水平， 实现发电厂监控和管理信息系统网络化。水泵房，水处理，输煤和除灰（渣）等辅助车间和辅助系统，以及远动和网络控制应统一设计原则， 统一监控设备选型，统一设计标准，并提高自动化水平，实现全CRT监控，不设后备，提高这些系统运行安全性和经济性，减少值班人员。

三、发电厂用电动机控制

发电厂中，除主厂房内的汽机、锅炉电动机外，还有大量的辅助系统，比较集中的系

统包括输煤系统，除灰系统，化学水系统，水工系统等。对于汽机、锅炉电动机，以往工程设计中均采用强电一对一控制方式。输煤系统控制方式可分为就地手动控制，集中控制和程序控制三种方式。实践证明，采用人工就地操作和监控，不仅岗位人员多，劳动强度大，职业病发病率高，而且由于各岗位联系不紧凑，致使设备很难达到合理运行和安全运行。对于大、中型火力发电厂输煤系统，当采用集中控制时，由继电器构成逻辑联锁回路，二次控制联锁回路繁杂，控制元件众多，且耗费大量的控制电缆，其自动化水平较低。

随着科学技术的进步， 实现输煤系统自动化已是火力发电厂现代化文明生产的迫切需要。

四、直流操作电源系统与自动装置

由蓄电池组成的直流系统包括三类， 即固定型防酸隔爆式蓄电池、阀控式铅酸蓄电池和碱性隔镍电池。普通铅酸蓄电池在现行工程设计中大量选用， 在实际应用中也存在许多缺陷，如：电池体积偏大，占据较大的蓄电池室，运行中有酸雾逸出污染环境， 需设置调酸室和调酸加液设备，运行维护复杂繁琐。碱性隔镍蓄电池包括中倍率和高倍率二种类型。碱性隔镍蓄电池具有安装维护简单，运行可靠等优点，但也存在由于制造工艺水平提高较慢，爬碱、渗漏等问题没有得到有效解决，且需要定期补液，同时，其价格大大高于普通铅酸蓄电池。阀控式铅酸蓄电池在近几年来得到了迅猛发展。在使用过程中可以保持阀控式密封，不需加酸、加水维护，无酸雾逸出，不污染环境，不腐蚀设备，不需考虑防酸问题，当容量较小时，甚至可以直接装屏布置于控制室。为保证电力系统可靠，经济运行，减轻运行人员的劳动强度， 发电厂装设各种自动装置，如备用电源自动投入装置，自动重合闸装置，自动准同期装置，发电机自动调整励磁装置等。现行工程设计中， 自动重合闸装置及发电机自动调整励磁装置均采用微机型， 而对于自动准同期装置， 以往工程设计中， 一般均采用ZZQ-3A、ZZQ-3B、ZZQ-5 型集成电路型装置，可满足大、中型火力

发电厂安全运行的要求，近年来也开始有微机型自动准同期装置问世，微机型自动准同期装置是技术发展的必然趋势，今后工程设计中应有目的，有步骤的加以使用。发电厂备用电源自动投入装置有电磁型、集成电路型和微机型三种类型， 以往工程设计中均有采用。

五、发电厂电气自动控制系统设计

第一种情况通常叫做频率的一次调整控制；第二种情况称为频率的二次调整控制；而第三种则称为频率的三次调整。这三种调整控制频率的方式是有差别的。由调速器实现调频以控制发电机组的输出功率，其响应速度较快，可适应小负荷短时间的波动；对周期在10s至多2～3min以内而幅度变化较大的负荷，已经不能由调速器本身的调频特性来进行调整控制，就需要由电力系统控制中心，根据系统的频率以及与其他地区相连的输电线上的功率的偏移程度，启动AGC来进行控制负荷；对于周期在三分钟以上的负荷波动，可以根据以往实测的负荷变化情况（即所谓的负荷曲线）和预测几分钟后总负荷变化趋势，由计算机算出发电机组最经济的输出功率，然后发出控制命令到各发电厂进行调整，即按经济调度实现负荷分配控制。

AGC是以控制调整发电机组输出功率来适应负荷波动的反馈控制。电力系统中功率的不平衡将导致频率的偏移，所以电网的频率可以作为控制发电机输出功率的一个信息。发电机组上的调速器能根据电力系统频率变化自动地调节发电机的输出功率，所以在某种意义上讲也具有自动发电控制的功能，但通常不称为自动发电控制。这里指的AGC是一种控制性能比较完善和作用较好的发电机输出功率的自动控制。它利用电子计算机来实现控制功能，是一个小型的计算机闭环控制系统，有时也称为AGC 系统。

最简单的AGC系统的结构，它是具有一台发电机组和联络线的AGC系统。自动发电控制系统具有四个基本任务和目标：使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配；将

电力系统的频率偏差调整控制到零，保持系统频率为额定值；控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，以实现各个区域内有功功率和负荷功率的平衡；在区域网内各发电厂之间进行负荷的经济分配。

自动发电控制系统包括两大部分：一是负荷分配器；根据电力系统频率和其他有关测量信号，按照一定的调节控制准则确定各发电机组的最佳设定输出功率。二是发电机组控制器根据负荷分配器所确定的各发电机组最佳输出功率，控制调速器的调节特性，使发电机组在电力系统额定频率下所发出的实际功率与设定的输出功率相一致。自动发电控制系统中的负荷分配器是根据所测量的发电机实际输出功率和频率偏差等信号按照一定的准则分配各台发电机组输出功率。

六、结论

发电厂电气系统设计中， 应按照示范电厂的设计原则和目标，致力于提高综合自动化水平。对于辅助系统的控制而言， 应实现发电厂监控和信息系统网络化，同时应统一设计原则，统一监控设备，并尽力使选型统一。

参考文献：

[1]张立波.发电厂电气自动控制系统设计[J].工业研究.2010.

[2]李宏伟.工业变电站自动控制软件的设计与开发[D].河北.华北电力大学.2005.