基于大型火力发电厂热工电源系统配置方案的几点思考

杨扬

【摘 要】在我国大型火力发电厂中，DCS的有效使用直接关系着电力生产的安全性、稳定性以及经济性。但是在实际生产过程中，部分火力发电长发生了DCS系统故障，影响了电网的正常运行，这就迫使相关设计人员对热工电源系统进行不断的研究配置，一般采用保安段和UPS电源通过切换装置对系统供电。本文就大型火力发电厂新老发电机组热工电源系统中存在的问题进行分析，并提出了相应的改进措施，从而保证热工电源系统在电网运作中的稳定性。

【关键词】大型火力发电厂；热工电源系统；配置方案

对于大型火力发电厂热工电源系统设计而言，不同设计院的设计方法、设计思路以及设计内容都有所不同，使得各个火力发电厂热工电源系统配置没有统一的标准去遵循，难以满足当前火力发电发展要求，热工电源系统配置问题逐渐成为了设计人员和火力发电操作人员关注的热点课题。本文就电源柜配置繁冗UPS电源使用原则以及分区域招标是否采用分区设计进行了研究分析，确保能找到科学合理的配置方案，以提高电网运行的安全性。

1 大型火力发电厂热工电源系统配置出现的问题

（1）老机组热工电源系统配置问题

目前我国大多数大型火力发电厂热工电源系统配置较为简单，往往在设计初期只考虑到一个热工总电源柜，导致所有热工用电仪器供电都依靠此电源柜，给此柜带来了较大的压力。由于现行配套仪器仪表发生变化，增加了实际用电回路，一方面造成电源柜内部设置较拥挤，增加柜内短路故障，对系统的安全运行造成影响。另一方面，由于热工仪表长期带电，如果更改电气总开关分配，需要重新配置电气开关柜，增强总电源容量，往往现场条件是不允许这样做的。

（2）新建工程热工电源系统配置问题

随着社会生产生活用电量不断上升，600、1000MW大型火力发电厂建设速度快、数量多，工程招标经常会分区域进行，如IC区、锅炉区以及汽机区等，这样分区域招标直接导致分区设计，破坏了热工电源系统的整体性。随着科学技术的发展，大量的新型仪表和控制设备在大型火力发电厂中得到了广泛的应用，这使得依靠热工电源柜的供电对象较多，一个电源柜往往含有300多个用电回路，为系统安全运行埋下了较大的安全隐患。

2 电源柜配置繁冗优化方案分析

由于所有用电仪表都依赖一个电源柜供电，同时现场需要的220VAC也是从此电源柜中供给，这就造成了热工电源分配柜相当拥挤，对电网的稳定运行带来了负面影响。此种方案最大的缺点就是忽视了系统的整体性，如果火力发电中一个小部位出现问题，造成整个发电系统瘫痪，那么所谓的监测系统也失去了意义。在我国大型辅机系统中，往往会配置就地成套控制箱，实现就地控制操作，另外还为远方留有控制接口，实现远方DCS控制。因此可以考虑将辅机配供需要电源的热工仪表由成套控制箱供电，如果电源级别不同，还可以增加相应的变压器。

系统中每一种设备的配备实质上就是为了保证其完整性，因此在大型火力发电厂中，热工仪表电源应该按照该系统内总的电源进行配置，这样不仅可以缓解全厂热工电源柜的负担，还能确保系统的整体完整性。在目前市场中，UPS电源是各种电源中性能相对最稳定的，它的使用量对电厂的经济性有着决定的意义。根据我国电力部门出台的相关条例政策，在采用UPS电源时必须慎之又慎，不仅要考虑到电厂的经济性，还应该着重考虑电网运行的安全性，所以并不是所有的热工设备都可以采用UPS电源供电。因此需要设立普通热工电源柜，移除原热工UPS电源分配柜中不需要其供电的设备，如变送器保温箱、吹灰程控等。然后通过电气厂用电为配置的普通热工电源柜进行供电。这样的优化设计不仅对机组安全运行的设备不产生影响，减小UPS的用电负荷，还可以缓解原电源柜的拥挤程度，降低运行人员因操作失误带来的系统故障。

3 分区域招标是否分区设计

在我国大型火力发电厂，工程分区域招标主要分为IC区、锅炉区以及汽机区招标等。按照分区域招标分区设计的原则，由于不同设计院设计方法、设计内容以及设计思路不尽相同，再加上合同的约束，直接导致热工电源系统设计失去整体性。在锅炉热工电源柜配置中，往往有300个左右的用电回路并列运行，而只有80多个用电回路依靠汽机热工电源柜供电，这样非常不利于系统的稳定运行。如果统一不同设计院的设计思路和设计理念，使其形成整体性设计意识，从全厂的实际情况分析，为电厂的安全稳定运行打下了坚实的基础。

虽然区域的主要内容是对设计进行划分以及工艺系统的供货，但是电源系统与控制必须需要紧密相连，这样就会破坏系统的完整性。机炉协调控制不仅仅是简单的DCS系统的集中控制，更需要对控制系统、电源系统进行统一的规划与配置，确保控制系统与电源系统的整体性，这样才有利于将来电厂的运行与维护。

4 电源的分级

电源分级就是指单个热工仪表与整个电源控制系统是难以等效的，对火力发电过程中用电回路进行分析，2路进电源柜电源在进行自动切换后，需要设立几个总分级开关，以便为不同用电回路提供电能。在这样的设计下，如果某个回路组内个别用电回路发生故障，不会影响到其它电源回路组，只会对上层分级开关造成不同程度的影响，那么就确保了电源系统的稳定性和安全性，非常利于当前形势下火力发电的发展。电源分级的概念是电气电源系统中最常规的设计，但是在热工电源中却没有明确的标准与要求。当然如果要对热工电源进行分级设计，就需要从电气专业引入总的电源进行科学合理的规划以及统一分配。但是在实际实施过程中，热工电源分级设计的程序十分不清晰，带来了较多的系统问题。随着火力发电厂对控制理论的深入和实践活动的应用，在热工专业电源系统的基础上，火力发电厂采用树形结构，打破了单一热工仪表与整个控制系统等效的形式，引入電源分级概念，将原来电源柜开关故障发生率分配到每一级开关中，把原来机组的故障进行细分化。热工电源分级设计不仅缓解了热工电源柜的供电压力，同时还降低了热工电源系统的故障率，对发电机组运行的稳定性和安全性起到了积极的促进作用。

5 结束语

随着我国社会主义基础建设和城市化进程不断加快，人们对电能的需求量日益增加，热工电源系统及其应用对整个电厂运行的安全性和稳定性有着决定性的作用。目前，我国大型火力发电厂中，热工电源系统配置还不是很完善，带来了较多的系统故障，影响了电厂的正常运行。因此必须与时俱进，不断创新设计思路与方法，引入电源分级设计概念，确保热工电源系统的整体完整性不受影响，促进电源系统的机炉协调，实现发电机组安全调试和正常投产，从而满足社会和人们日益增长的电能需求。

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