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陈立欣 白阳振
中国联合工程公司
摘要：以火力发电厂热控电源总体要求为着眼点，分析了电厂热控电源系统现状，指出火力发电厂热控电源系统存在主供电电源模糊、热控电源专用性较低、报警及电源监控系统不完善等问题，基于此，笔者提出了针对性解决策略，旨在消除热控电源系统安全隐患，促进热控系统安全运行稳定性的提高。
关键词：火力发电厂；热控系统；电源稳定性；冗余；对策
现阶段火力发电厂的生产过程仍以热控系统为主，一旦该系统出现障碍运行，轻则可能导致机组停止运转，重则可能影响机组设备的完好性威胁人身安全。然而，有时控制系统本身并非是热控系统发生故障的原因所在，电源故障也是导致热控系统发生故障的主要原因之一，因此，必须加强对火力发电厂热控系统电源稳定性的研究，其详细内容可见下文论述。
一、火力发电厂热控系统的电源总体要求分析
（一）热控系统电源冗余配置
1、热控系统电源分散式控制系统的冗余配置
分散控制系统（DCS）的供电电源通常采用2路相对可靠且独立的系统，为充分满足控制系统容量需求，可先行考虑独立运行系统，对2路持续性电源进行供电处理，分别向I/O站、主控制站、从控制站等提供电源模件支持，促使其在正常运行状态下各带一半负荷同时运转详见图1。当选用1路保安电源进行供电处理时，若其电压波动幅值较大，需额外增设1台稳压器以确保电源的稳定性，待其正常运行时需确保为UPS。
各通信网络设备、实时数据服务器、工程师站、操作员站等的工作电源，均独立与电源分配柜的冗余电源相接通，其介入方式采用双电源模块。
DCS内部的直流电源使用2N或互备切换且相互均衡的输出供电模式。控制站内所有驱动器、模件、控制单元等的工作电源均与冗余电源相互接通。
图1 DCS系统结构图
2、电源柜配置
2路输入电源是热控系统动力电源的配电箱形式，分别取用厂内低压母线的不同段点；2路不同段交流电源则为热控仪表电源柜及其辅助系统所采用的电源类型，和DCS机柜的电源来源以致。
3、控制装置及設备电源
危急跳闸系统（ETS）、主燃料跳闸系统（MFT）等的继电器在使用外部供电方式进行供电处理时，需有2路相对独立的110V直流电源进行自动切换处理，以免系统干扰电源使用的可靠性。
独立配置且较为重要的控制子系统，譬如：炉膛安全监控系统（FSSS）、微处理机电液调节系统（MEH）、小汽机监视仪表（TSI）等，均需配置双路电源经电源模件进行冗余供电处理。
点火等离子系统、吹灰程控柜、磨煤机、循环控制蝶阀、煤机控制柜等均采用独立配置2路电源系统。
（二）电源可靠性
1、控制系统电源可靠性
当控制系统冗余电源的任意电源独立运行时，均需确保其裕量在30%以上；控制系统电源具有报警、显示、故障诊断等功能，机组供电电源失电报警信号需进入相邻机组的DCS系统中，以供监视。若内、外部供电系统中的任意电源出现故障问题时，均能在大屏幕上发出声光报警，并显示故障诊断信息；现场驱动电源、信息查询等所需冗余电源需低于48V；电源系统自带保护功能，若高压电误入控制系统的局部通道时，则通常不会发生控制站电源故障问题；热控系统中较为重要的双路供电回路，均需使用自动且免干扰切换装置，与DCS安全系统的电源切换功能相同。
2、UPS的可靠性
按照要求USP所使用的2路供电电源需引自相对独立且可靠系数较高的不同工作段；在设计UPS时，需考虑安装隔离变压器超温报警与电源偏差过大报警功能；热控系统计算机内需设计好必要的UPS电源测试程序，并将其自检功能启动，提供自检报告。
（三）电源质量指标
1、供电电源质量指标
电压稳定度：稳定状态下电压波动值应不大于±5%的额定值，动态状态下其波动值应不大于±10%的额定值；频率稳定度：稳定状态下频率波动值应不大于±1%的额定值；动态过程下频率波动值应不大于±2的额定值，波形失真频率应不大于±5%的额定值；在切换UPS供电电源时，其切换时间需不大于5ms，在未进执行UPS供电电源切换动作时，其时间需不大于200ms。
2、DCS内部工作电源
220V直流电源的电压波动需低于±10%的额定值；48V及其以直流电压波动需低于±10%的额定值；24V直流电源的电压波动需低于±5%的额定值。
二、火力发电厂热控电源系统现状分析
（一）DCS电源配置
DCS控制电源系统选用冗余配置模式，且为确保电源使用的安全可靠性，特安装了DCS电源柜，分2路把UPS及保安电源输送至冗余配置的DPU控制器，各控制柜接收来自电源柜内的电源之后，利用切换装置输送至各使用用户手中。在该过程中，DPU控制柜所接收的电源通常利用主电源与副电源分配模块将其分配至与之对应的控制器上。DCS的I/O系统供电包含保持时间保护、输出过电流保护、输入高压保护、输入低压保护等5类保护。
（二）火焰检测系统电源配置
火焰检测系统的电源配置为2路互为冗余的电源模块与交流电源模块，火焰检测过程中并不受切换处理的影响，任意电源故障均会发出报几个信号。同时该系统的柜内风扇电源与火焰检测系统的电源需做好必要的隔离措施。
（三）ETS电源配置
2路互为冗余电源模块是EST电源配置的主要形式，在进行分别切换处理时，ETS保护回路通常不会出现误动。当使用2路110V直流供电系统进行供电时，ETS侧接地系统有防接地措施。输出继电器采用2路供电模式，当ETS电源控制器失效时，其输出继电器则会及时发出跳闸信号。
（四）小汽轮机控制系统电源配置
小汽轮机控制系统所用电源属于2路进线，其电源特性互为冗余，MEH系统运转时并不受切换处理的影响。电源回路连接方式呈环线状，任意电源发出故障均会发出报警信号。
三、火力发电厂热控系统电源稳定性及冗余系统存在的问题与对策
（一）缺少完善的电源监视与报警功能
MFT、TSI、ETS、DCS柜等均安装带有监视功能的中间继电器，但辅助控制系统中的部分控制电源中并未安装带由监视功能的电源装置，如精处理PLC系统、PLC化学处理系统等，故此，需将此类控制电源连接至相邻系统，以方便对其监视。
（二）主供电电源模糊
2路冗余电源模式是点厂内各系统的主要供电模式，但冗余切换处理时所设置的主供电电源都不够清楚，随意性较大。加之大电机因素的影响，很容易影响保安电源的电压波动值。改进方式：可将主供电电源设置为自动切换装置，以确保不同系统的主供电电源模式为UPS电源。
（三）热控电源专用性较低
中国联合工程公司
摘要：以火力发电厂热控电源总体要求为着眼点，分析了电厂热控电源系统现状，指出火力发电厂热控电源系统存在主供电电源模糊、热控电源专用性较低、报警及电源监控系统不完善等问题，基于此，笔者提出了针对性解决策略，旨在消除热控电源系统安全隐患，促进热控系统安全运行稳定性的提高。
关键词：火力发电厂；热控系统；电源稳定性；冗余；对策
现阶段火力发电厂的生产过程仍以热控系统为主，一旦该系统出现障碍运行，轻则可能导致机组停止运转，重则可能影响机组设备的完好性威胁人身安全。然而，有时控制系统本身并非是热控系统发生故障的原因所在，电源故障也是导致热控系统发生故障的主要原因之一，因此，必须加强对火力发电厂热控系统电源稳定性的研究，其详细内容可见下文论述。
一、火力发电厂热控系统的电源总体要求分析
（一）热控系统电源冗余配置
1、热控系统电源分散式控制系统的冗余配置
分散控制系统（DCS）的供电电源通常采用2路相对可靠且独立的系统，为充分满足控制系统容量需求，可先行考虑独立运行系统，对2路持续性电源进行供电处理，分别向I/O站、主控制站、从控制站等提供电源模件支持，促使其在正常运行状态下各带一半负荷同时运转详见图1。当选用1路保安电源进行供电处理时，若其电压波动幅值较大，需额外增设1台稳压器以确保电源的稳定性，待其正常运行时需确保为UPS。
各通信网络设备、实时数据服务器、工程师站、操作员站等的工作电源，均独立与电源分配柜的冗余电源相接通，其介入方式采用双电源模块。
DCS内部的直流电源使用2N或互备切换且相互均衡的输出供电模式。控制站内所有驱动器、模件、控制单元等的工作电源均与冗余电源相互接通。
图1 DCS系统结构图
2、电源柜配置
2路输入电源是热控系统动力电源的配电箱形式，分别取用厂内低压母线的不同段点；2路不同段交流电源则为热控仪表电源柜及其辅助系统所采用的电源类型，和DCS机柜的电源来源以致。
3、控制装置及設备电源
危急跳闸系统（ETS）、主燃料跳闸系统（MFT）等的继电器在使用外部供电方式进行供电处理时，需有2路相对独立的110V直流电源进行自动切换处理，以免系统干扰电源使用的可靠性。
独立配置且较为重要的控制子系统，譬如：炉膛安全监控系统（FSSS）、微处理机电液调节系统（MEH）、小汽机监视仪表（TSI）等，均需配置双路电源经电源模件进行冗余供电处理。
点火等离子系统、吹灰程控柜、磨煤机、循环控制蝶阀、煤机控制柜等均采用独立配置2路电源系统。
（二）电源可靠性
1、控制系统电源可靠性
当控制系统冗余电源的任意电源独立运行时，均需确保其裕量在30%以上；控制系统电源具有报警、显示、故障诊断等功能，机组供电电源失电报警信号需进入相邻机组的DCS系统中，以供监视。若内、外部供电系统中的任意电源出现故障问题时，均能在大屏幕上发出声光报警，并显示故障诊断信息；现场驱动电源、信息查询等所需冗余电源需低于48V；电源系统自带保护功能，若高压电误入控制系统的局部通道时，则通常不会发生控制站电源故障问题；热控系统中较为重要的双路供电回路，均需使用自动且免干扰切换装置，与DCS安全系统的电源切换功能相同。
2、UPS的可靠性
按照要求USP所使用的2路供电电源需引自相对独立且可靠系数较高的不同工作段；在设计UPS时，需考虑安装隔离变压器超温报警与电源偏差过大报警功能；热控系统计算机内需设计好必要的UPS电源测试程序，并将其自检功能启动，提供自检报告。
（三）电源质量指标
1、供电电源质量指标
电压稳定度：稳定状态下电压波动值应不大于±5%的额定值，动态状态下其波动值应不大于±10%的额定值；频率稳定度：稳定状态下频率波动值应不大于±1%的额定值；动态过程下频率波动值应不大于±2的额定值，波形失真频率应不大于±5%的额定值；在切换UPS供电电源时，其切换时间需不大于5ms，在未进执行UPS供电电源切换动作时，其时间需不大于200ms。
2、DCS内部工作电源
220V直流电源的电压波动需低于±10%的额定值；48V及其以直流电压波动需低于±10%的额定值；24V直流电源的电压波动需低于±5%的额定值。
二、火力发电厂热控电源系统现状分析
（一）DCS电源配置
DCS控制电源系统选用冗余配置模式，且为确保电源使用的安全可靠性，特安装了DCS电源柜，分2路把UPS及保安电源输送至冗余配置的DPU控制器，各控制柜接收来自电源柜内的电源之后，利用切换装置输送至各使用用户手中。在该过程中，DPU控制柜所接收的电源通常利用主电源与副电源分配模块将其分配至与之对应的控制器上。DCS的I/O系统供电包含保持时间保护、输出过电流保护、输入高压保护、输入低压保护等5类保护。
（二）火焰检测系统电源配置
火焰检测系统的电源配置为2路互为冗余的电源模块与交流电源模块，火焰检测过程中并不受切换处理的影响，任意电源故障均会发出报几个信号。同时该系统的柜内风扇电源与火焰检测系统的电源需做好必要的隔离措施。
（三）ETS电源配置
2路互为冗余电源模块是EST电源配置的主要形式，在进行分别切换处理时，ETS保护回路通常不会出现误动。当使用2路110V直流供电系统进行供电时，ETS侧接地系统有防接地措施。输出继电器采用2路供电模式，当ETS电源控制器失效时，其输出继电器则会及时发出跳闸信号。
（四）小汽轮机控制系统电源配置
小汽轮机控制系统所用电源属于2路进线，其电源特性互为冗余，MEH系统运转时并不受切换处理的影响。电源回路连接方式呈环线状，任意电源发出故障均会发出报警信号。
三、火力发电厂热控系统电源稳定性及冗余系统存在的问题与对策
（一）缺少完善的电源监视与报警功能
MFT、TSI、ETS、DCS柜等均安装带有监视功能的中间继电器，但辅助控制系统中的部分控制电源中并未安装带由监视功能的电源装置，如精处理PLC系统、PLC化学处理系统等，故此，需将此类控制电源连接至相邻系统，以方便对其监视。
（二）主供电电源模糊
2路冗余电源模式是点厂内各系统的主要供电模式，但冗余切换处理时所设置的主供电电源都不够清楚，随意性较大。加之大电机因素的影响，很容易影响保安电源的电压波动值。改进方式：可将主供电电源设置为自动切换装置，以确保不同系统的主供电电源模式为UPS电源。
（三）热控电源专用性较低