发电厂电气控制与保护设计的研究

谢依宸

[摘    要]发电厂的安全稳定运行离不开科学合理的监控，在以往的技术背景下，电厂电气控制主要由人来完成，不仅效率低而且成本高。随着科学技术的发展，电气自动化技术开始走进发电厂并成为发电厂最主要的控制技术。文章基于发电厂电气控制现状对发电厂电气控制与保护设计的有效性策略展开研究，旨在完善发电厂电气控制系统，提升电厂运行管理水平。

[关键词]发电厂;电气控制;电气保护

[中图分类号]TM77 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]The safe and stable operation of power plant can not be separated from scientific and reasonable monitoring. Under the previous technical background， the electrical control of power plant is mainly accomplished by people， which is not only inefficient but also high in cost. With the development of science and technology， electrical automation technology began to enter the power plant and become the most important control technology of the power plant. Based on the current situation of power plant electrical control， this paper discusses the effectiveness strategy of power plant electrical control and protection design， in order to improve the power plant electrical control system and improve the level of power plant operation and management.

[Keywords]power plant; electrical control; electrical protection

目前，发电厂的电气控制与保护技术已经取得了长足进步，计算机、DCS等在发电厂中的应用使得电厂安全管理水平极大提升，发电厂的经济效益、社会效益等都有了一定保障。但尽管如此，发电厂电气控制与保护系统中还是存有一些不足，具体分析如下。

1 发电厂电气控制与保护设计现存问题

1.1 整体技术水平有待提升

尽管近年来我国电力生产、电气控制技术等有了很大的发展与进步，但是整体的技术水平仍有待提升，在具体的电力生产活动中，一些问题仍因技术限制而无法及时有效解决。如发电厂电气控制系统中单元机组控制室的空间过大，导致机组运行效率不高，使电力生产成本不高。同时我国电气控制系统的自动化与智能化水平还有待提升。

1.2 机组控制协调性不高

除了自动化与智能化水平有待提升外，发电厂电力控制系统中各机组之间的协调性也相对较低，机组之间的低协调性使发电厂生产效能降低，资源损耗严重。当前发电厂的生产系统主要是由发电机、变流器、风机等构成，这些部分相互影响，任何一个模块的运行状态都会对整体的发电效果产生直接影响。要想全面提升发电厂运行效能，就需要实现对各机组的统一管理、统一控制与统一指挥。但目前发电厂对各机组的协调管理水平还有待提升。

1.3 电气设备管理效果低下

对发电厂网控设备检修系统做深入研究后发现，发电厂在电气设备控制方面还存在较多问题。风电厂各电气设备基本都属于半露天状态下，受环境影响很大。因此在生产运营期间必须要高度重视对各设备的检查与维修管理。但目前受管理手段单一、信息化水平不高等原因导致电气设备得不到有效管理与维护，设备中的一些潜在性隐患无法被及时发现与解决。此外，电厂电气系统所采用的通信协议格式差异较大，不同传感器的通信接口也不统一，这些问题导致数据无法顺利传输，进而导致设备运维工作无法及时开展。

2 发电厂电气控制与保护设计有效性策略

2.1 科学选择电气控制室

在发电厂电气控制系统中，控制室是一个十分重要的组成，选择哪种形式的控制室就直接决定了后续使用哪种控制方式。目前在发电厂电气控制系统中常见到两种形式的控制室，分别是单机一控模式与两机一控模式。这两种模式的控制室既有优点也有缺点。选用单机一室的控制室时，工作人员便于开展调试、测量、监视、操作与安装等各项工作，整个控制室内的空間会比较大，环境相对好，各单元机组也能得到相对有效的保护。而缺点便是管理的集中化程度不高，操作与管理时需要较多人员的参与，不利于管理程序的简化与管理效能的提升。若选用两机一控模式的控制室，那么整个控制系统的接线会比较简单，管理的集中化程度高，人员投入少，操作便利，对电缆的使用量少，系统运行成本得以降低。缺点是当其中一台设备发生故障时，另一台也会受到影响，因而在某些情况下可能无法保证发电厂的不间断生产与运作。当前在电气控制室选用方面还没有统一的标准，因此在进行电气控制系统设计时设计人员主要根据电厂的单机容量等因素做合理选择。

2.2 合理比选电气设备控制方式

目前，我国各发电厂普遍采用以下三种电气设备控制方式：强电控制、弱电选线控制、微机监控控制。这三种控制方法各有优缺点，但从整体上来看，强电控制的科学性与合理性要更高一些。如相较于弱电选线控制，强电控制不仅接线简单、运行方便，而且可靠性高、安全性强，在开展调试等工作时也非常便利。因此这一电气控制方式是我国大部分发电厂所采用的。微机监控控制方式相较于强电控制与弱电选线控制方式，最大的优点就在于自动化水平高。微机监控控制是在现代互联网、计算机等先进技术的基础上发展起来的一项比较先进的自动化控制技术，将微机监控接入到DCS系统后，系统运行效率将极大提高，机组运行的自动化水平将有效提升。因此在条件允许的情况下可优先考虑微机监控控制方式。

2.3 机组监控系统合理布设

发电厂有许多辅助系统，这些系统的运作标准与流程不一，因此在设计时需要根据系统的具体特点以及运行需求合理选择适合的控制以及保护方式，从而获得最为理想的管控效果。对于电力系统、远程控制系统等应遵循统一设备选型、统一设计标准等原则，实现全CRT监控，有效提高电厂电气管理水平。

在设计时，可于CCS中纳入电气控制系统，并做到分散分层布置。为了提升系统的可靠性，还可配置站控层、通讯管理层以及间隔层等，使CCS与DCS之间能顺畅沟通。在进行电气控制系统设计时，也可按照物理分散、功能分散等原则科学设计单元机组监控系统，让系统功能更加全面，运行状态更加稳定。对于发电厂中电子设备间，可采用小集控室，并且按照分散布置的原则进行电子设备间的规划与布置，实现全厂监控与管理信息系统的网络化。

2.4 重视电气设备防护设计

针对前文提到的设备监测方式、数据采集范围不广泛等问题，建议设计人员能采取以下措施进行优化：①增加监测系统中的装置，可对系统中装置类型进行丰富，数量进行提升，以此提高设备数据采集的全面性。如为了更及时地发现设备螺丝松动等细小问题，可在相应部位增设远程红外线热成像装置与红外线在线测温装置，利用这些装置采集容易遗漏掉的数据，使设备螺丝松动、绝缘性能下降等问题能得到全面反映。②统一规划设备监测系统的数据接口、通信格式等，并且对监测数据的采集、统筹、管理等合理安排与布局，让不同传感器具有通信协议格式差异这一问题得到有效解决。此外，针对监测系统中的权重系数评价方式缺陷，可通过改变评价方式以及对参数设置限值等方式进行解决，让系统的监督管理水平得到有效提升。

2.5 加强系统防干扰设计

风电厂各电气设备基本都属于半露天状态下，雨雪、雷击等会对设备运行状态产生较大影响。鉴于此，在进行电气控制与保护设计时就应认真做好系统防干扰设计，将系统发生运行故障的概率降到最低。设计时工作人员要详细考察风电场地貌条件与区域内的气候条件，准确掌握各项因素对电气设备以及系统的影响，在此基础上做好防干扰设计，保证系统的正常稳定运行。针对外部雷击以及设备内部噪音等干扰因素给发电设备带来的影响，可采取屏蔽、隔离等措施来增强系统抗干扰能力，将各因素对系统造成的负面影响降到最低。针对线路传送过程中产生的干扰问题，可通过屏蔽电缆传输或是在机柜一端进行接地等方式来消除干扰，确保电力的正常稳定传输。若在供电回路中存在干扰，就可利用电源低通滤波技术将高次谐波带给系统的干扰消除，让系统能够正常稳定运行。

2.6 优化电池选择

在发电厂直流系统中常用到碱性镉镍电池、阀控式铅酸电池、固定型的防酸隔爆式蓄电池。在上述几类电池中，铅酸蓄电池被使用的最多。这种电池生产难度低、价格也相对合理，但是其由于体积较大因而会占据较大的面积。并且该种普通的蓄电池也存有较多质量隐患，如铅酸蓄电池若长时间使用就会飘散出较多的酸雾，从而导致环境受到污染。碱性镉镍蓄电池的污染性虽然相对较小，但由于生产技术还不够成熟完善因此也存有一些缺点。如在使用过程中有可能会出现碱渗漏的情况，并且使用碱性镉镍蓄电池时还需要安排专人定期补液。更重要的是这类蓄电池市场价格较高。因此从整体上来讲用阀控式铅酸蓄电池的实用性要最好。①这种电池体积合理，占地面积不大，在使用过程中也不会出现碱渗漏或者是酸雾逸出等问题。②电池使用起来较为方便，如在电池容量较小的情况下就无需设置单独的空间，因而极大简化了整个控制系统的结构，优化了控制系统的性能。

2.7 合理布设监控系统硬接线与通信管理层

在当前的技术背景下，设计人员在将电气信息顺利接入DCS时，多采用硬接线方式。这种接线方式虽有一定的科学性与合理性，但是也存有一些问题。如信息存储量不大，在这种接线方式下，只能将普通的电度表安装到电厂的用电回路中，然而普通的电度表不具备电气管理、滤波分析以及事故追忆等功能，因此会使系统的管理与运维十分困难，会导致生产系统发生故障的几率增加。鉴于此，建议在设计电气控制与保护系统时对上述接线方式进行更换，如使用当前比较先进的以太网技术与现场总线接线方式来替换硬接线方式，以丰富系统功能，提高信息传输速率，让一体化、动态化监控得以实现。

2.8 优化信号与测量系统选择

在发电厂运行过程中，中央信号系统发出信号对其他系统进行组织协调，让电力生产活动能顺利完整。因此信号系统的设计也是一项重要内容。当前在设计发电厂信号系统时，设计人员常用到以下两种方法：基于微机闪光报警器创建信号系统以及利用光私牌与冲击继电器构建起信号系统。在以往的技术条件下，第二种类型的信号系统被应用的最为广泛，但近几年技术迅速发展起来后这一类型的信号系统就逐渐被弃之不用。主要原因是该信号系统无法有效记忆瞬时信号，并且报警形式也比较单一，系统整体的可靠性较低。除此之外，由于技術相对落后，因而系统在运行过程中会产生较大的能耗，不符合当前节能环保的要求。而与由光私牌与冲击继电器构建起信号系统相比，基于微机闪光报警器创建的信号系统则显得十分安全可靠。这一系统利用先进技术弥补传统信号系统的缺陷，能实现对瞬时信号的准确记忆，更重要的是系统信号回路简单，因而降低了运维难度以及运行功耗，提升了发电厂生产效益。且该信号系统对接受的信号数量没有限制，因此其更符合当前需求。在具体的设计活动中可优先选用基于微机闪光报警器创建的信号系统。

3 结语

健全完善的电气控制与保护系统是保障发电厂安全高效运行的关键。当前我国发电厂电气控制与保护水平虽有所提升，但相较于发达国家还有很大的提升空间。为此应基于我国国情，结合发电厂实际需求进一步加大对电气控制与保护技术的研究，充分运用现代先进技术提升电气控制与保护水平，为我国电力事业的发展提供更有力保障。

参考文献

[1] 孟凡亮.发电厂电气控制与保护设计问题分析[J].电力设备管理，2020（10）：114-116.

[2] 任杭州.发电厂电气控制和保护设计应注意的问题探究[J].科技经济导刊，2019，27（22）：75.

[3] 杨红兵.发电厂电气控制和保护设计中需要注意的问题分析[J].山东工业技术，2018（3）：153.