发电厂电气综合自动化系统的设计分析

高 嵩，李稼钡

（中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引 言

近年来，随着电气自动化技术的不断成熟，它在发电厂的电气系统中的应用日渐广泛。我国大多数110 kV以下的变电站都引入了电气综合自动化系统，一定程度上降低了相关工作人员的工作量，实现了对变电站的远程控制操作[1]。采用自动化系统，有效提升了发电厂的管理水平，降低了发电厂的成本支出，具有较好的经济效益。因此，研究分析发电厂电气综合自动化系统的设计具有重要的现实意义。

1 电气综合自动化系统的概述

通过电气综合自动化系统的应用，可以在发电厂日常运行管理中实现对发电厂的发电和供电质量的有效管理，提升整体的电力管理水平，降低电路运行过程中故障的发生率[2]。此外，自动化控制还降低了人工费用的投入，实现了远程的控制管理。

现阶段，发电厂的电气综合自动化系统主要功能表现在以下几个方面：

（1）实现了对电气综合自动化系统子系统的监控管理，包括采集相关数据，及时发现并记录存在的系统故障，监测和控制系统运行性能，记录电力相关设备运行过程中产生的相关数据和内容。

（2）借助电气综合自动化系统，可以保护相关子系统的微机。（3）控制和管理子系统中的电压指标、电功率指标。（4）具有低周减载的作用，确保系统内的发电和用电处于平衡状态。

（5）可以对发电厂的备用电源实现自动化切换。

2 发电厂电气自动化系统的网络结构构成

2.1 集中监控方式

集中监控方式，如图1所示。电气自动化系统的集中监控方式，运行和维护过程都较为简单方便，对控制站的防护要求等级较低，系统设计也较为简单。该种方式的主要特点是：在进行监控处理时，所有功能都在一个处理器中完成，一定程度上会影响处理器的工作效率。由于所有的电气设备都要进行监控，数量的增加会造成主机冗余下降，相关电缆的数量投入增多，增加了费用支出。同时，长距离电缆带来的干扰会对电气自动化系统带来不利影响。

此外，采用硬接线的方式，实现隔离刀闸的操作闭锁和断路器之间的连锁。在进行设置过程中，隔离刀闸的辅助接点经常不处于规定位置，给设备的操作运行带来了严重影响。进行二次接线操作相对复杂，对线路的查询也不方便，一定程度上增大了维护工作量。

图1 集中监控方式

2.2 远程监控方式

该种电气综合自动化系统的网络结构，如图2所示。相比集中监控方式，它对电缆的需求量较低，有效降低了系统的安装成本，具有可靠性更好、灵活性较强等优点[3]。现阶段，受现场总线通信速度较低的影响，在发电厂电气相关的通信业务量较大的背景下，远程监控方式更适用于一些较小系统的电气综合自动化系统设计。

图2 远程监控方式

2.3 现场总线监控方式

随着计算机网络技术的不断发展和成熟，现场总线监控方式已经被广泛应用到发电厂的综合自动化系统中。尤其是智能化电气设备的不断发展，为网络总线控制系统在电气综合自动化系统中的应用提供了便利条件。通过在电气综合自动化系统中引入电厂总线监控方式（如图3所示），可以提升系统设计的针对性。对于不同的间隔，可以使用相对应的系统设计，以达成不同的目的。现场总线监控方式具有远程监控方式的所有优点，而且可以降低隔离设备、端子柜、I/O卡件、模拟量变送器等设备的使用。在实现设备与监控系统的连接过程中，无需大量电缆，降低了系统的总体成本和维护投入。此外，由于系统中相关装置的运行相对独立，仅通过网络进行通信连接，使得网络组态更加灵活。任何一组装置出现故障或者问题，都不会直接影响整个系统的运行，提升了系统的安全运行性能。

图3 现场总线监控方式

3 发电厂电气自动化系统的设计分析

结合我国发电厂电气综合自动化系统的现状，在对其进行系统设计过程中采用了分层分布式架构来实现对发电厂的监控和运行管理。

（1）间隔层。作为电气综合自动化系统的底层，间隔层主要是系统的控制和保护测控装置。该层次实现了采集数据、保护以及预处理功能，并可以实现分布式的嵌入式8CADA的HMI服务。间隔层的设备在进行连接时，采用冗余现场总线接口，通过双网连接实现了双网运行，且可以实现双网的无障碍切换。一旦其中一条网络出现问题，系统仍然可以正常运行，提高了系统的稳定性。

（2）通信层。通信层是电气综合自动化系统的网络传输核心。借助通信层，可实现不同厂家、通信协议以及传输速度等通信信息的统一性转换，实现监控层和间隔层之间的实时通信。根据电气综合自动化系统的不同规模和不同配置要求，设计过程中可以通过设置多套通信层的设备来分层实现。每套通信层设备主要由网络处理机、现场总线协议和转换器组成。对于现场总线网路的选择，采用光纤作为主要网络介质，可提升系统的远距离传输性能。

（3）监控层。监控层是电气综合自动化系统的功能核心。电气综合自动化系统的SCADA/HMI功能一般采用PowerView系统实现；保护管理功能则采用PMS实现。在进行监控层的网络设计时，采用双以太网，根据发电厂的相关功能和数量进行设置。一般情况下，监控层的主要功能是：对外完成对ECS系统、DCS系统和SIS系统的接口功能；对系统间隔层设备进行间隔和管理，并对系统本身进行自检，查看是否存在故障。主要管理功能通过对系统的状态、对间隔层的设备进行参数设定和修改实现的，并记录、分析和管理历史信息[4]。自诊断功能则是借助监控层实现对本身的设备运行状态的检查以及故障的诊断。

4 发电厂电气自动化系统的应用

4.1 联锁保护

火电厂正常运行过程中，很容易受到外界因素的影响，导致系统无法正常运行。借助电气综合自动化系统对相关设备进行联锁保护，一旦发生意外情况，可以通过跳闸对出现问题的系统或者相关设备进行关停，避免火电厂的其他系统和设备受到损坏。

4.2 继电保护

通过继电器，发电厂可以实现自动化控制，并有效调控继电的运行。所谓继电保护，是指通过限定电气参量和热工参数的数据来实现对设备回路的保护。

4.3 装置保护

在发电厂运行过程中，相关设备不仅繁多而且较为复杂。借助电气综合自动化系统，可确保设备可以有效搭配，共同协作，保障发电厂的整体工作效率，避免电力设备受到外界因素的干扰而无法正常工作运行。

4.4 防雷保护

借助电气综合自动化程序，可以通过增加防雷设施，使发电厂的相关设备不因雷电而影响正常运行。

5 结 论

综上所述，加强对电气综合自动化系统的设计，并将其应用到发电厂中，可以有效提升发电厂的运行管理水平和经济效益，实现质量和经济的双丰收。因此，相关工作者应当充分了解电气综合自动化系统的设计理念，正确进行发电厂的电气综合自动化系统设计，推动我国电力企业的可持续发展。