燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)設計研究

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摘要：科學設計燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)是電廠機組正常、安全、穩(wěn)定運行的基本要求。文中首先對燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)的構成與特點進行了概述，然后重點從廠用電源系統(tǒng)模塊、發(fā)電機—變壓器組系統(tǒng)模塊、電源系統(tǒng)控制模塊等方面論述了燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)設計問題，以期對提升燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)設計質量有所參考。

關鍵詞：電廠；自動化；電氣控制

與傳統(tǒng)燃煤發(fā)電相比，以天然氣作為原料的燃氣發(fā)電機組具有投資低、效率高、建設周期短、污染物排放總量少等諸多優(yōu)點。燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)事關機組的安全運行，科學、合理設計燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)是電廠機組正常、安全、穩(wěn)定運行的基本保障。

1燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)構成及特點

燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)主要由硬件設備系統(tǒng)與總體網(wǎng)絡結構系統(tǒng)兩部分組成，其中，硬件設備系統(tǒng)方面：燃機—汽機多采用分散控制方式，采用通信、硬接線的方式將各個分散控制系統(tǒng)連接在一起，達到控制燃氣機組正常運行的目的，控制器（多采用背板式PC結構等）、網(wǎng)絡層以及人機接口是核心；總體網(wǎng)絡結構系統(tǒng)方面：新建燃氣電廠多采用“機、電、爐”集中控制方式，燃氣——、汽機控制系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)是整個網(wǎng)絡結構的“核心”，主要組成部分包括數(shù)據(jù)控制中心（比如，存儲系統(tǒng)、服務器網(wǎng)卡等）、備份系統(tǒng)、實時監(jiān)控系統(tǒng)（比如，電氣網(wǎng)絡監(jiān)控、水務管理以及單元機組控制網(wǎng)等等），各變壓器組、鍋爐運行、鍋爐余熱控制以及汽機旁路等等都由其來實施控制，以促進燃氣電廠各個設備正常、安全運行目標的順利實現(xiàn)。燃氣電廠電子控制系統(tǒng)并不特別復雜，與傳統(tǒng)的燃煤電廠電氣控制系統(tǒng)相比，燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)所采集的信息源相對較少、控制對象較少、操作頻率不高以及控制系統(tǒng)設備相對較少，但是，由于“燃氣的危險性”要遠高于“燃煤”，這就對電廠電氣控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性以及快速反應性提出了較高的要求，否則，就有可能會給電廠造成巨大的經(jīng)濟損失以及產(chǎn)生重大的社會危害?？梢哉f，科學、合理設計燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)是保障電廠高效、安全運行的必然要求。

2燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)設計分析

一般而言，燃氣電廠電氣控制系統(tǒng)功能模塊設計主要包括以下幾個部分：

2.1廠用電源系統(tǒng)模塊

燃氣電廠用電源系統(tǒng)模塊主要包括廠用電源系統(tǒng)與廠用電源切換系統(tǒng)兩部分，其中，廠用電源系統(tǒng)多由6Kv、380Kv常用廠用電源系統(tǒng)與突發(fā)事故保安電源系統(tǒng)等，以6Kv為例，6Kv廠用電源系統(tǒng)主要的功能是實現(xiàn)由工作電源向備用電源或者是由備用電源向工作電源的雙向切換，一般由DCS系統(tǒng)按照事先設定的“指令”來具體執(zhí)行操作，比如，當廠區(qū)內(nèi)某段或者某個變壓設備等發(fā)生故障，DCS系統(tǒng)就會立刻發(fā)出“指令”，完成由“工作電源”向“備用電源”的快速切換，避免以外事故的發(fā)生；事故保安系統(tǒng)屬于典型的備用系統(tǒng)，主要是在燃氣機組出現(xiàn)故障無法正常運行時，啟用事故保安系統(tǒng)滿足廠區(qū)用電需求，實踐中，多數(shù)燃氣電廠都采用“柴油發(fā)電機組”作為突發(fā)事故保安系統(tǒng)，柴油發(fā)電機組多處于“熱備用”狀態(tài)，一旦發(fā)生廠區(qū)停電事故，處于“熱備用”狀態(tài)的柴油發(fā)電機組就會立即投入運行，指令仍然由DCS系統(tǒng)發(fā)出，實現(xiàn)工作機組與備用機組之間的雙向切換，確保燃氣電廠廠用電需求。廠用電源切換系統(tǒng)模塊的主要功能是確保實現(xiàn)廠用高壓電源連續(xù)、穩(wěn)定、可靠供電目標的實現(xiàn)，以MFC2000-2型的微機為例，切換系統(tǒng)模塊通過與ECS之間的“硬接線”實現(xiàn)信息源的雙向交換，其中，電流電壓計算、信號、切換動作執(zhí)行、輸入檢測以及自檢等諸多模塊主要由CPU來完成；另外，系統(tǒng)中快切手動操作控制是對DCS自動控制切換系統(tǒng)的一個補充，當備用分支、工作分支斷路器均正常切一個處于合位一個處于跳位的情況下，可以手動實現(xiàn)電源切換。

2.2發(fā)電機—變壓器組系統(tǒng)模塊

絕大多數(shù)燃氣電廠的“發(fā)電機—變壓器組系統(tǒng)模塊”涉及到的設備、元器件較多，需要對多個子系統(tǒng)實施有效控制，才能夠確保整個電廠電氣控制目標的實現(xiàn)。發(fā)電機控制方面，可采用“機島控制系統(tǒng)”來實現(xiàn)，將勵磁系統(tǒng)、燃機變頻啟動系統(tǒng)、發(fā)電機保護系統(tǒng)等控制模塊、信號源接入在線控制系統(tǒng)，按照DCS系統(tǒng)發(fā)出的指令完成對發(fā)電機運行狀態(tài)的自動控制；發(fā)電機出口開關、主變220Kv側開關均能夠實現(xiàn)“準同期”（自動控制，一般情況下，“機島控制系統(tǒng)”處于缺省狀態(tài)下視為同期點）；斷路器主要是用于提示接地刀、隔離開關所處的狀態(tài)以及通過DCS系統(tǒng)實現(xiàn)對近端、遠端的自動控制，斷路器執(zhí)行保護動作或者處于故障狀態(tài)時不能合閘，一旦執(zhí)行完合閘命令后就能夠自動解除“指令”，從而整個發(fā)電機—變壓器組系統(tǒng)模塊回復到正常運行狀態(tài)。

2.3電源系統(tǒng)控制模塊

一般情況下，燃氣電廠電源系統(tǒng)控制模塊主要由直流電源系統(tǒng)模塊、保安段電源控制系統(tǒng)模塊以及UPS不停電電源系統(tǒng)控制模塊等三部分組成，其中，直流電源系統(tǒng)模塊主要是滿足電廠儀表、自動控制、保護、事故照明以及UPS電源等負荷用電需求，一般由DC220Kv、Dc110Kv兩種等級的直流電源組成，每一臺機組的直流220Kv、110Kv系統(tǒng)都要設計為獨立運行，絕對不能相互干涉，并且要確保直流電源所有的蓄電池始終處于浮充電狀態(tài)；設計保安段電源控制系統(tǒng)目的是在燃氣電廠出現(xiàn)重大故障時，各個機組控制系統(tǒng)、大容量事故負荷以及直流系統(tǒng)始終處于運行狀態(tài)（不停電）；UPS不停電系統(tǒng)主要包括靜態(tài)開關、整流器以及逆變器等幾個部分，主要功能是在電廠機組出現(xiàn)故障時，滿足用電負荷連續(xù)的交流用電需求，該系統(tǒng)模塊電源由交流主電源、直流電源以及旁路電源，實踐中，主要是通過交流主回路控制達成供電目標?？傊細怆姀S電氣控制系統(tǒng)必須要結合燃氣電廠運行的特點，科學、合理的進行設計，以避免重大危險事故的發(fā)生，從而為電廠的安全運行典型堅實的基礎。

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作者：張煥明 單位：深圳市廣前電力有限公司