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摘 要：本文主要分析了发电厂电气系统综合自动化的现状及其综合自动化技术的可行性，并进一步的介绍了电气系统综合自动化的实现方式，与此同时还提出了将微机综合自动化技术应用于发电厂电气系统的新思路。最后笔者结合现阶段的发展状况，针对发电厂电气自动化的改造谈了几点自己的看法。
关键词：发电厂；电气系统；综合自动化
1 引言
伴随着科技的进步，电气自动化技术在发电厂厂用电气系统中的综合应用愈来愈广泛，集监控、测量、继电保护、通讯、安全自动装置等位一体的电气自动化系统也越来越成熟。大多数110kV以下的变电站都实现了全自动化，无需人员作业；220kV以上的变电站其电气系统的自动化水平也越来越高，作业人员大幅减少。由于发电厂的电气系统自动化有其特殊性，目前微机综合自动化技术还未能得以应用，因此，电气系统的保护及安全自动装置等都尚且处在一种相对独立的运行状态。由此可见，对发电厂电气系统的综合自动化进行改造已成为一种必然，这也是保证发电厂安全稳定运行的关键。
2 电气系统自动化监控系统组成及功能
2.1 发电机-变压器组监控，包括发变组高压侧断路器、励磁系统的灭磁开關、励磁调节器开关、整流柜开关、AVR 增、减磁控制，发电机并网、解列程序控制和软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能、温度、开关状态等监测。实现了励磁系统开关的联锁跳闸，发电机顺序并网、顺序解列，无功自动调节，失磁快减等功能。
2.2 励磁系统的监控，同步发电机的一个重要组成部分，它的主要任务是向发电机励磁绕组提供一个可调节的直流电流，励磁系统的安全可靠性是非常重要的，直接关系到电网和机组的安全稳定运行，因此，在电气控制系统改造中仍采用原有的专用励磁装置，通过硬接线方式与DCS接口，实现发电机并网、解列程序控制、失磁快减和软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能等参数监测的功能。
2.3 高压厂用电系统的监控，包括高压厂用电源系统的高压厂用电源变压器（断路器）
高压启/备变压器（断路器）、低压厂用电源系统的单元低压、公用低压变压器（断路器）、交流380V/220V保安电源系统的进出线断路器等开关的联锁、闭锁程序控制和软手操控制，公用系统的联锁、闭锁控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能、温度、开关状态、直流电源和UPS电源等监测。实现了开关的联锁、闭锁控制，厂用电源备自投（BZT）功能。
2.4 继电保护系统的监控，其原理复杂、专业性强，在火力发电厂中占据非常重要的地位，将电气系统纳入DCS分散控制系统的首要原则是满足（火力发电厂设计技术规程、继电保护等有关规程）的要求，保证电气系统纳入DCS后的安全可靠性。
2.5 自动准同期装置（ASS）的监控，发电机和电网的同期并列操作是电气运行中最复杂、最重要的操作，发电机在并网过程中，必须满足（1）发电机和电网的相序必须相同；（2）发电机和电网的电压接近相等；（3）发电机和电网的频率接近相等；（4）发电机电压和电网电压的相位接近相等。否则将发生非同期并列事故，严重时损坏发电机的定子绕组或造成大轴损坏事故。因此，在电气控制系统改造中仍采用专用的自动准同期装置（ASS），通过硬接线方式与 DCS 接口，实现发电机并网、解列程序控制、软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功等参数监测的功能。
2.6 直流系统和 UPS 系统的监控，只是监视，不参与控制；对直流系统的母线电压、充电器工作状态；UPS充电电流、工作状态等进行监视、报警。
2.7 启、备变电源自动投切的监控，正常运行时进行电源切换，采用经同期并联切换，并且以慢速断电切换作为后备方式。当正常运行中工作电源事故跳闸时，启动备用电源自投回路。当工作电源与备用电源的电动势夹角<20度时，启动备用电源断路器合闸回路；当工作电源与备用电源的电动势夹角>20度时，闭锁备用电源断路器合闸回路。
只有当工作电源母线残压衰减到20%Un 时，才能接通备用电源断路器合闸回路，即慢速断电切换。
2.8柴油发电机和保安电源的监控，实现柴油发电机母线电压，柴油发电机出口电流、功率，柴油发电机主开关状态和故障报警的监视；完成柴油发电机的启停控制。
3 电气系统综合自动化的实现
通过现场总线和电气保护自动装置的综合形成电厂的电气监控系统，并与DCS的有效结合来实现发电厂的电气综合自动化。其中，DCS系统是电厂中自动化系统的核心。在电厂电气综合自动化实现过程中要解决以下两方面的问题。
3.1 注意现场总线的标准
对于现场总线，由于保护和自动装置的生产厂家不同，其标准可能不同，不能简单地相连接。可行的办法是：将厂用电气系统的所有装置按照同一总线标准分为子系统，每一子系统里的设备及装置与同一种总线标准适合。再将这几部分的子系统与DCS系统和电气工作站相连，并由监控系统完成总线连接及信息传送等。
3.2 电气综合自动化系统的构建
整个系统分为三层，由里到外依次是测控保护层、通信管理层、后台机系统，各层间相互联系，履行各自的功能。对于测控保护层，其功能是测量与控制保护，由各种保护和自动装置构成。利用现场总线技术能很好的解决该层装置多且分散的问题，实现分散控制；对于通信管理层，该层行使传递和反馈信息的功能，它将DCS对上一层的控制命令送往各个相关的装置，并将各装置上的信息反馈到DCS系统。根据通信管理层与上位机系统的连接方式、现场总线方式、测控保护装置的数量等，可有不同的配置；对于后台机系统，其主要由DCS系统和电气工作站组成。DCS系统不仅可依靠DO、DI控制各类电气设备，还可以通过信息管理层获得所需的诸如开关状态等其他信息，并将这些信息传送至工作站。 DCS的控制层可实现DCS与通信管理层的连接。而电气工作站，主要就是接收来自通信管理装置上传的所有信息，进行相应的分析处理，并完成画面的反映及相关电气量的显示，实现厂用电系统的计算机监控功能。
4 对发电厂电气自动化改造的几点意见
第一，事先要规划好发电厂电气自动化的改造，把握科学、合理、节约的原则，提前准备好需要改造和更新的设备，同时，要综合考虑诸如继电保护装置、断路器、五防系统等设备在型号、盘位布置、预留接口方面将来接入综合自动化系统的问题。只有这样，对电气自动化的改造才能合理又节省了人力物力。
第二，在设计电气自动化的过程中要把握实用的原则。由于发电厂现有的监控、远动、五防、保护等设备装置其原理和性能的不同，在进行改造时要整体上把握，综合考虑，避免出现功能重复的设备并列运行。
第三，改造的目的是为了发电厂将来更好的高效运行，因此，电气自动化改造要注重远期目标。比如，有的发电厂由于老化或厂房实际条件的限制，不可能所有的监控设备都可以纳入电气综合自动化系统的改造中。就需要在改造时，把这些不具备改造的设备考虑到，在整体框架下，预留接口，便于后期的改造。
5 结束语
在电厂的电气自动化亟待提高的今天，探讨火电厂电气自动化系统具有很好的实际意义。火電厂电气自动化系统的应用，提高了火电厂电气系统的自动化水平及运行管理水平。系统综合应用计算机、保护、测量、分层分布控制及通信技术的最新成果，实现火电厂电气系统的运行、保护、控制、故障信息管理、故诊断、电气性能优化等功能的综合自动化。
充分利用电气系统联网后信息全面的优势，加强电气信息的应用，完成较为复杂的电气运行管理工作。改造后所产生的综合经济效益在不同程度上补偿了投资费用，不久将收回投资，而且换来了良好的设备性能，提高了机组整体自动化水平，确保了机组安全、稳定、经济运行，为今后参与电力市场的竞争打下了良好的基础。
参考文献：
[1] 贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，1994.
[2] 陈文高.配电系统可靠性实用基础[M].北京：中国电力出版社，1998.
（作者单位：1.江苏常熟发电有限公司；
2.中电（洪泽）热电有限公司）
关键词：发电厂；电气系统；综合自动化
1 引言
伴随着科技的进步，电气自动化技术在发电厂厂用电气系统中的综合应用愈来愈广泛，集监控、测量、继电保护、通讯、安全自动装置等位一体的电气自动化系统也越来越成熟。大多数110kV以下的变电站都实现了全自动化，无需人员作业；220kV以上的变电站其电气系统的自动化水平也越来越高，作业人员大幅减少。由于发电厂的电气系统自动化有其特殊性，目前微机综合自动化技术还未能得以应用，因此，电气系统的保护及安全自动装置等都尚且处在一种相对独立的运行状态。由此可见，对发电厂电气系统的综合自动化进行改造已成为一种必然，这也是保证发电厂安全稳定运行的关键。
2 电气系统自动化监控系统组成及功能
2.1 发电机-变压器组监控，包括发变组高压侧断路器、励磁系统的灭磁开關、励磁调节器开关、整流柜开关、AVR 增、减磁控制，发电机并网、解列程序控制和软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能、温度、开关状态等监测。实现了励磁系统开关的联锁跳闸，发电机顺序并网、顺序解列，无功自动调节，失磁快减等功能。
2.2 励磁系统的监控，同步发电机的一个重要组成部分，它的主要任务是向发电机励磁绕组提供一个可调节的直流电流，励磁系统的安全可靠性是非常重要的，直接关系到电网和机组的安全稳定运行，因此，在电气控制系统改造中仍采用原有的专用励磁装置，通过硬接线方式与DCS接口，实现发电机并网、解列程序控制、失磁快减和软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能等参数监测的功能。
2.3 高压厂用电系统的监控，包括高压厂用电源系统的高压厂用电源变压器（断路器）
高压启/备变压器（断路器）、低压厂用电源系统的单元低压、公用低压变压器（断路器）、交流380V/220V保安电源系统的进出线断路器等开关的联锁、闭锁程序控制和软手操控制，公用系统的联锁、闭锁控制，以及电压、电流、频率、有功、无功、电能、温度、开关状态、直流电源和UPS电源等监测。实现了开关的联锁、闭锁控制，厂用电源备自投（BZT）功能。
2.4 继电保护系统的监控，其原理复杂、专业性强，在火力发电厂中占据非常重要的地位，将电气系统纳入DCS分散控制系统的首要原则是满足（火力发电厂设计技术规程、继电保护等有关规程）的要求，保证电气系统纳入DCS后的安全可靠性。
2.5 自动准同期装置（ASS）的监控，发电机和电网的同期并列操作是电气运行中最复杂、最重要的操作，发电机在并网过程中，必须满足（1）发电机和电网的相序必须相同；（2）发电机和电网的电压接近相等；（3）发电机和电网的频率接近相等；（4）发电机电压和电网电压的相位接近相等。否则将发生非同期并列事故，严重时损坏发电机的定子绕组或造成大轴损坏事故。因此，在电气控制系统改造中仍采用专用的自动准同期装置（ASS），通过硬接线方式与 DCS 接口，实现发电机并网、解列程序控制、软手操控制，以及电压、电流、频率、有功、无功等参数监测的功能。
2.6 直流系统和 UPS 系统的监控，只是监视，不参与控制；对直流系统的母线电压、充电器工作状态；UPS充电电流、工作状态等进行监视、报警。
2.7 启、备变电源自动投切的监控，正常运行时进行电源切换，采用经同期并联切换，并且以慢速断电切换作为后备方式。当正常运行中工作电源事故跳闸时，启动备用电源自投回路。当工作电源与备用电源的电动势夹角<20度时，启动备用电源断路器合闸回路；当工作电源与备用电源的电动势夹角>20度时，闭锁备用电源断路器合闸回路。
只有当工作电源母线残压衰减到20%Un 时，才能接通备用电源断路器合闸回路，即慢速断电切换。
2.8柴油发电机和保安电源的监控，实现柴油发电机母线电压，柴油发电机出口电流、功率，柴油发电机主开关状态和故障报警的监视；完成柴油发电机的启停控制。
3 电气系统综合自动化的实现
通过现场总线和电气保护自动装置的综合形成电厂的电气监控系统，并与DCS的有效结合来实现发电厂的电气综合自动化。其中，DCS系统是电厂中自动化系统的核心。在电厂电气综合自动化实现过程中要解决以下两方面的问题。
3.1 注意现场总线的标准
对于现场总线，由于保护和自动装置的生产厂家不同，其标准可能不同，不能简单地相连接。可行的办法是：将厂用电气系统的所有装置按照同一总线标准分为子系统，每一子系统里的设备及装置与同一种总线标准适合。再将这几部分的子系统与DCS系统和电气工作站相连，并由监控系统完成总线连接及信息传送等。
3.2 电气综合自动化系统的构建
整个系统分为三层，由里到外依次是测控保护层、通信管理层、后台机系统，各层间相互联系，履行各自的功能。对于测控保护层，其功能是测量与控制保护，由各种保护和自动装置构成。利用现场总线技术能很好的解决该层装置多且分散的问题，实现分散控制；对于通信管理层，该层行使传递和反馈信息的功能，它将DCS对上一层的控制命令送往各个相关的装置，并将各装置上的信息反馈到DCS系统。根据通信管理层与上位机系统的连接方式、现场总线方式、测控保护装置的数量等，可有不同的配置；对于后台机系统，其主要由DCS系统和电气工作站组成。DCS系统不仅可依靠DO、DI控制各类电气设备，还可以通过信息管理层获得所需的诸如开关状态等其他信息，并将这些信息传送至工作站。 DCS的控制层可实现DCS与通信管理层的连接。而电气工作站，主要就是接收来自通信管理装置上传的所有信息，进行相应的分析处理，并完成画面的反映及相关电气量的显示，实现厂用电系统的计算机监控功能。
4 对发电厂电气自动化改造的几点意见
第一，事先要规划好发电厂电气自动化的改造，把握科学、合理、节约的原则，提前准备好需要改造和更新的设备，同时，要综合考虑诸如继电保护装置、断路器、五防系统等设备在型号、盘位布置、预留接口方面将来接入综合自动化系统的问题。只有这样，对电气自动化的改造才能合理又节省了人力物力。
第二，在设计电气自动化的过程中要把握实用的原则。由于发电厂现有的监控、远动、五防、保护等设备装置其原理和性能的不同，在进行改造时要整体上把握，综合考虑，避免出现功能重复的设备并列运行。
第三，改造的目的是为了发电厂将来更好的高效运行，因此，电气自动化改造要注重远期目标。比如，有的发电厂由于老化或厂房实际条件的限制，不可能所有的监控设备都可以纳入电气综合自动化系统的改造中。就需要在改造时，把这些不具备改造的设备考虑到，在整体框架下，预留接口，便于后期的改造。
5 结束语
在电厂的电气自动化亟待提高的今天，探讨火电厂电气自动化系统具有很好的实际意义。火電厂电气自动化系统的应用，提高了火电厂电气系统的自动化水平及运行管理水平。系统综合应用计算机、保护、测量、分层分布控制及通信技术的最新成果，实现火电厂电气系统的运行、保护、控制、故障信息管理、故诊断、电气性能优化等功能的综合自动化。
充分利用电气系统联网后信息全面的优势，加强电气信息的应用，完成较为复杂的电气运行管理工作。改造后所产生的综合经济效益在不同程度上补偿了投资费用，不久将收回投资，而且换来了良好的设备性能，提高了机组整体自动化水平，确保了机组安全、稳定、经济运行，为今后参与电力市场的竞争打下了良好的基础。
参考文献：
[1] 贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，1994.
[2] 陈文高.配电系统可靠性实用基础[M].北京：中国电力出版社，1998.
（作者单位：1.江苏常熟发电有限公司；
2.中电（洪泽）热电有限公司）