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摘 要 文章介绍了大型火力发电厂电气监控系统的典型配置，并阐述了该系统对大型火力发电厂的意义和作用。
关键词 大型火力发电厂 电气 监控系统
中图分类号：TM762 文献标识码：A
Discussion on the Electric Monitoring & Control
System of the Large Thermal Power Plant
SHEN Hewei[1], WANG Chunzhong[2], ZHAO Yao[1]
([1] Datang Huainan Luohe Power Plant, Huainan, Anhui, 232008;
[2] China Datang Group AnHui Branch, Hefei, Anhui, 230071)
Abstract By introducing the typical configuration of large-scale thermal power plant electrical monitoring system to explain the significance and role of the large-scale thermal power plant.
Key words large thermal power plant; electric; the Monitoring & Control System
0 引言
随着机组容量的增大，大型火力发电厂电气一、二次设备的系统及其接线型式日趋复杂，由此导致的相关监视与控制系统也日益繁复，所起到的作用也更加重要，逐渐成为发电厂控制系统一个重要的分支，对大型火力发电厂的安全稳定运行产生了至关重要的意义。一般来说，大型火力发电厂的电气监控系统主要包括以下环节：（1）主机DCS系统所包含的ECS模块；（2）监控升压变电站的NCS系统；（3）用于全厂电气设备的辅助监控系统（UACS）；（4）传统的电气仪表、继电保护及自动化装置。
1 DCS对电气系统的监控
机组DCS系统中的ECS模块包括单元机组监控网络和公用系统监控网络。
1.1 ECS对电气系统的监测监控范围
其范围包括：发电机出口开关、励磁系统，厂用高压电源（包括厂变）、低压厂变高压侧进线开关，和PC进线、分段开关，PC至MCC的馈线开关（包括主、辅厂房），各类闸刀以及单元机组的UPS、直流和柴油发电机组的重要信号部分。
1.2 ECS数据量的处理和采集
模拟量的处理具体包括：数字滤波、预防回路断线检测功能、数据有效性合理性判断、信号抗干扰、标度换算、误差补偿、梯度计算、越限报警和越复限判断，最后经格式化处理后所形成的实时数据存入实时数据库。
开关量的采集是指对继电保护的动作信号、开关及刀闸的位置信号、事故/故障信号和手动/自动方式选择的位置信号的采集。采集的方法为快速扫描。
脉冲量的采集主要是指：有功及无功电度量等的累加。脉冲量的输入为有源电脉冲或无源接点，即时采集。
1.3 ECS对电气系统的监控功能
1.3.1 调节功能
调节变压器有载调压分接开关的位置。调节自动励磁调节器（AVR）、各类辅机变频器的可控硅导通角，从而达到调节发电机、电动机电压和电流的目的。
1.3.2 控制功能
（1）发变组控制。ECS对发变组的控制有两种方式：软手操控制和顺序控制。采用哪种控制方式，由设在操作员站上的选择开关实现。软手操控制是指，运行人员通过鼠标和键盘来完成开关的操作，并且每一项操作计算机都会进行控制闭锁条件检查和合法性检查。顺序控制是指，ECS按逻辑顺序条件来完成发电机由零起升压到并网并带初始负荷的全过程。
（2）厂用电源开关的控制。正常的合闸、分闸操作，由ECS软手操发出指令实现。事故情况下，备用电源之间的互相切换，包括柴油发电机启动带载直至充当事故电源，虽然不经过操作员站发出指令，但要经过ECS逻辑判断。
（3）辅助车间的控制方式。辅助车间的电源系统控制，正常情况下为就地操作，且必需向ECS送出必要的信号量和运行数据。但辅助车间低压变压器高压侧开关的投、切需由ECS来控制。
1.3.3 事故处理
监控系统遇到发生事故、故障和越限等事件时能自动进行一系列处理，如发出音、画报警、数据变色、启动事故追忆等。
2 NCS对电气系统的监控
发电厂220kV、500kV升压站的监控由网络控制系统（NCS）实现。
2.1 NCS对电气系统的监测监控范围
控制范围包括：变压器的有载调压开关、（下转第181页）（上接第170页）500kV开关、电动接地开关、电动刀闸等。
监测范围包括：频率、功率因数、电流、电压、有功电能、无功电能、有功功率、无功功率和温度量等。
监视信号包括：继电保护装置、变压器调压开关、安全自动装置动作及报警信号、运行监视信号、闸刀以及接地开关的位置信号等。
2.2 NCS对电气系统的监控功能
（1）实时数据采集。NCS由每个电气间隔的测控装置完成实时数据的采集。该测控装置作为保护装置的通信管理单元，其功能是负责实现本间隔的遥信、遥脉、遥测、遥控、遥调等功能，提供现场总线、以太网等方式接入NCS。采集信号的类型基本与ECS相同，分为模拟量、开关量和脉冲量。
（2）控制操作电气设备。控制操作方式分为二级控制：就地控制和站控层控制。NCS操作命令的优先级为：就地控制→站控层控制。在任一时间只允许一种控制方式有效。并且对所有操作方式，必须首先保证上一次操作步骤完成，然后才能进行下一步操作。
①就地控制。NCS在间隔层控制柜上设有“就地/远方”转换开关。“就地”位置：通过人工按键实现对开关的一对一操作。“远方”位置：操作在操作员站上操作。间隔层根据操作需要实现防误操作闭锁和检同步功能。
②站控层控制。站控层控制具有防误闭锁及同步检测功能，其控制顺序为“选择—返校—执行”。当某一个任务要对多个电气设备进行操作时，在保证操作的可靠性和安全性的前提下，可按规定程序进行顺控操作。
3 UACS对电气系统的监控
厂用电气设备辅助监控系统（UACS）采用分布式控制系统，对电气设备的监控范围与ECS大致相同，硬件结构与NCS相似，其对电气设备的监控功能是ECS的补充和完善，也是未来实现发电厂总线控制的尝试。目前UACS的典型设计如下。
（1）数据采集的范围。纳入UACS数据采集的系统有：6kV厂用电系统、直流系统、发变组保护、柴油发电机组、故障录波器、AVR、UPS、400V配电系统等。
（2）6kV系统的控制方式。①电动机的监控在ECS侧进行，采用硬接线方式实现。②纯电气元件在正常运行时由ECS控制，在调试或ECS故障时可以在UACS侧进行操作控制，操作地点采用硬切换或者软切换的方式确定。③正常运行时，在UACS侧，仅监视上述电动机及纯电气元件的遥测、遥信量。④在ECS侧，可以有选择的监视需要的遥测、遥信量，通过硬接线直接控制电动机，通过UACS通讯口遥控纯电气元件的开关。
（3）400V系统的控制方式。参与ECS顺控的电动机采用硬接线方式（不纳入UACS控制范围），主厂房400V PC进线及分段开关控制、位置信号、各母线PT二次电压采用硬接线接入ECS，同时纳入UACS监测。其他各馈线及电动机回路均采用就地控制和远方通讯控制相结合的方式，在远方通讯控制方式下，由ECS通过UACS的通讯口发出控制指令。
（4）辅助厂房低压厂用电系统。除尘、除灰、化水、净化、污水、输煤、脱硫等辅助厂房低压厂用电系统，通过UACS纳入相应的辅助厂房控制系统，如PLC和脱硫DCS等。
4 结束语
大型火力发电厂的电气系统设备众多、接线复杂，其对控制系统的要求也相对较为严格。因此只有在设计初期，建立合理的电气监控系统架构，才能确保今后电气设备的可靠运行。
参考文献
[1] 印江,冯江涛.电厂分散控制系统[M].北京:中国电力出版社,2008
[2] 崔志强,杨忠彪,DCS系统在火电厂电气控制方面的应用[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2007.1.
[3] 姜冬敏,张运生.发电厂电气系统自动化技术应用分析[J].赤子,2009.6.
关键词 大型火力发电厂 电气 监控系统
中图分类号：TM762 文献标识码：A
Discussion on the Electric Monitoring & Control
System of the Large Thermal Power Plant
SHEN Hewei[1], WANG Chunzhong[2], ZHAO Yao[1]
([1] Datang Huainan Luohe Power Plant, Huainan, Anhui, 232008;
[2] China Datang Group AnHui Branch, Hefei, Anhui, 230071)
Abstract By introducing the typical configuration of large-scale thermal power plant electrical monitoring system to explain the significance and role of the large-scale thermal power plant.
Key words large thermal power plant; electric; the Monitoring & Control System
0 引言
随着机组容量的增大，大型火力发电厂电气一、二次设备的系统及其接线型式日趋复杂，由此导致的相关监视与控制系统也日益繁复，所起到的作用也更加重要，逐渐成为发电厂控制系统一个重要的分支，对大型火力发电厂的安全稳定运行产生了至关重要的意义。一般来说，大型火力发电厂的电气监控系统主要包括以下环节：（1）主机DCS系统所包含的ECS模块；（2）监控升压变电站的NCS系统；（3）用于全厂电气设备的辅助监控系统（UACS）；（4）传统的电气仪表、继电保护及自动化装置。
1 DCS对电气系统的监控
机组DCS系统中的ECS模块包括单元机组监控网络和公用系统监控网络。
1.1 ECS对电气系统的监测监控范围
其范围包括：发电机出口开关、励磁系统，厂用高压电源（包括厂变）、低压厂变高压侧进线开关，和PC进线、分段开关，PC至MCC的馈线开关（包括主、辅厂房），各类闸刀以及单元机组的UPS、直流和柴油发电机组的重要信号部分。
1.2 ECS数据量的处理和采集
模拟量的处理具体包括：数字滤波、预防回路断线检测功能、数据有效性合理性判断、信号抗干扰、标度换算、误差补偿、梯度计算、越限报警和越复限判断，最后经格式化处理后所形成的实时数据存入实时数据库。
开关量的采集是指对继电保护的动作信号、开关及刀闸的位置信号、事故/故障信号和手动/自动方式选择的位置信号的采集。采集的方法为快速扫描。
脉冲量的采集主要是指：有功及无功电度量等的累加。脉冲量的输入为有源电脉冲或无源接点，即时采集。
1.3 ECS对电气系统的监控功能
1.3.1 调节功能
调节变压器有载调压分接开关的位置。调节自动励磁调节器（AVR）、各类辅机变频器的可控硅导通角，从而达到调节发电机、电动机电压和电流的目的。
1.3.2 控制功能
（1）发变组控制。ECS对发变组的控制有两种方式：软手操控制和顺序控制。采用哪种控制方式，由设在操作员站上的选择开关实现。软手操控制是指，运行人员通过鼠标和键盘来完成开关的操作，并且每一项操作计算机都会进行控制闭锁条件检查和合法性检查。顺序控制是指，ECS按逻辑顺序条件来完成发电机由零起升压到并网并带初始负荷的全过程。
（2）厂用电源开关的控制。正常的合闸、分闸操作，由ECS软手操发出指令实现。事故情况下，备用电源之间的互相切换，包括柴油发电机启动带载直至充当事故电源，虽然不经过操作员站发出指令，但要经过ECS逻辑判断。
（3）辅助车间的控制方式。辅助车间的电源系统控制，正常情况下为就地操作，且必需向ECS送出必要的信号量和运行数据。但辅助车间低压变压器高压侧开关的投、切需由ECS来控制。
1.3.3 事故处理
监控系统遇到发生事故、故障和越限等事件时能自动进行一系列处理，如发出音、画报警、数据变色、启动事故追忆等。
2 NCS对电气系统的监控
发电厂220kV、500kV升压站的监控由网络控制系统（NCS）实现。
2.1 NCS对电气系统的监测监控范围
控制范围包括：变压器的有载调压开关、（下转第181页）（上接第170页）500kV开关、电动接地开关、电动刀闸等。
监测范围包括：频率、功率因数、电流、电压、有功电能、无功电能、有功功率、无功功率和温度量等。
监视信号包括：继电保护装置、变压器调压开关、安全自动装置动作及报警信号、运行监视信号、闸刀以及接地开关的位置信号等。
2.2 NCS对电气系统的监控功能
（1）实时数据采集。NCS由每个电气间隔的测控装置完成实时数据的采集。该测控装置作为保护装置的通信管理单元，其功能是负责实现本间隔的遥信、遥脉、遥测、遥控、遥调等功能，提供现场总线、以太网等方式接入NCS。采集信号的类型基本与ECS相同，分为模拟量、开关量和脉冲量。
（2）控制操作电气设备。控制操作方式分为二级控制：就地控制和站控层控制。NCS操作命令的优先级为：就地控制→站控层控制。在任一时间只允许一种控制方式有效。并且对所有操作方式，必须首先保证上一次操作步骤完成，然后才能进行下一步操作。
①就地控制。NCS在间隔层控制柜上设有“就地/远方”转换开关。“就地”位置：通过人工按键实现对开关的一对一操作。“远方”位置：操作在操作员站上操作。间隔层根据操作需要实现防误操作闭锁和检同步功能。
②站控层控制。站控层控制具有防误闭锁及同步检测功能，其控制顺序为“选择—返校—执行”。当某一个任务要对多个电气设备进行操作时，在保证操作的可靠性和安全性的前提下，可按规定程序进行顺控操作。
3 UACS对电气系统的监控
厂用电气设备辅助监控系统（UACS）采用分布式控制系统，对电气设备的监控范围与ECS大致相同，硬件结构与NCS相似，其对电气设备的监控功能是ECS的补充和完善，也是未来实现发电厂总线控制的尝试。目前UACS的典型设计如下。
（1）数据采集的范围。纳入UACS数据采集的系统有：6kV厂用电系统、直流系统、发变组保护、柴油发电机组、故障录波器、AVR、UPS、400V配电系统等。
（2）6kV系统的控制方式。①电动机的监控在ECS侧进行，采用硬接线方式实现。②纯电气元件在正常运行时由ECS控制，在调试或ECS故障时可以在UACS侧进行操作控制，操作地点采用硬切换或者软切换的方式确定。③正常运行时，在UACS侧，仅监视上述电动机及纯电气元件的遥测、遥信量。④在ECS侧，可以有选择的监视需要的遥测、遥信量，通过硬接线直接控制电动机，通过UACS通讯口遥控纯电气元件的开关。
（3）400V系统的控制方式。参与ECS顺控的电动机采用硬接线方式（不纳入UACS控制范围），主厂房400V PC进线及分段开关控制、位置信号、各母线PT二次电压采用硬接线接入ECS，同时纳入UACS监测。其他各馈线及电动机回路均采用就地控制和远方通讯控制相结合的方式，在远方通讯控制方式下，由ECS通过UACS的通讯口发出控制指令。
（4）辅助厂房低压厂用电系统。除尘、除灰、化水、净化、污水、输煤、脱硫等辅助厂房低压厂用电系统，通过UACS纳入相应的辅助厂房控制系统，如PLC和脱硫DCS等。
4 结束语
大型火力发电厂的电气系统设备众多、接线复杂，其对控制系统的要求也相对较为严格。因此只有在设计初期，建立合理的电气监控系统架构，才能确保今后电气设备的可靠运行。
参考文献
[1] 印江,冯江涛.电厂分散控制系统[M].北京:中国电力出版社,2008
[2] 崔志强,杨忠彪,DCS系统在火电厂电气控制方面的应用[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2007.1.
[3] 姜冬敏,张运生.发电厂电气系统自动化技术应用分析[J].赤子,2009.6.