大型火力发电厂电气控制系统研究

大型火力发电厂电气控制系统研究

摘要：在社会经济快速发展的背景下，大型火力发电厂建设数量以及建设

规模持续提升，在大型火力发电厂日常管理工作中，电气控制系统的研究和管理

成为了非常重要一项内容。大型火力发电厂相关设备科学化、智能化水平近年来

不断提升，设备功能以及组成结构也呈现出复杂化的发展趋势，这无疑对电气控

制系统提出了一系列全新的要求。在这一背景下，对大型火力发电厂电气控制系

统的研究有着深刻的现实意义与价值。基于此，本篇文章对大型火力发电厂电气

控制系统进行研究，以供参考。

关键词：大型火力发电厂；电气控制系统；对策研究

1.电气自动控制系统的概念

电气自动化系统的最初目的是为特定的工作程序提供操作控制。该系统由两个子系统组成：控制器和受控对象，并使用特定的控制设备来检测或

控制设备。在组成系统的两个子系统中，控制器是控制机器或控制过程的控制设备，控制对象是由控制器控制的机器或操作过程。控制参数也是系统中的重要概念，并且是实现控制过程并遵守电气控制系统的输入和输出规则所需的数据参数[1]。

2.大中型火电厂独立电气控制系统(IECS)的基本组成和特点

大中型火电厂的电气系统主要包括发电机－变压器组、升压站

和厂用电三大部分。其中升压站包括出线断路器、隔离开关、各电压等级的母线、各电压等级的进出线断路器和隔离开关及出线电能表等。发电机－变压器组主要

包括主变压器发电机变压器组和各发电机变压器组，以及发电机励磁系统。厂用

电部分主要包括高压厂用工作及备用变压器、6kV工作及备用电源管理、6kV高

压电动机、低压厂用变压器、低压380V电源线及其他公共设备。保护及控制设

备主要有发电机－变压器组保护装置、故障录波设备、自动励磁装置AVR、厂用

电控制装置和发电机的自动同期装置等，且以微机控制为主。在中压系统中，则

广泛采用智能前端设备以及网络化通信，主要执行测控、保护和通信等本任务，通常采用就地式安装，形成分散的架构。而一些智能型、具备通信功能的装置可用于在低压系统中采集来自现场的开关离散信号和电流、电压、功率等连续模拟信号，并通过网络送出。同时在低压部分还可设置微机测控保护装置来提高系统测控的精度和可靠性。这些智能型前端装置通常安装于机柜内，与位于现场的一次设备共同构成了集散式的结构。在层次结构上，从电气控制系统的角度出发，火电厂IECS可划分为控制层、通信层和间隔层三层次。控制层通常由各类监控站组成；通信层主是连接控制层和间隔层的网络资源；而间隔层则可由现场一次设备和智能前端装置等二次设备构成[2]。

3.运行过程中的故障原因

3.1相关设备的整体温度过高

一般来说，为了确保输电网的稳定运转，需要依据输电网络的实际荷载或载荷来调整火力发电厂的发电量。当供电系统需求较大时，高负荷发电可以有效满足市场的电位势能供给与需求，虽然这种方法可以最大限度保持稳定性，但火电厂中的各种发电机组将长时间处于高负荷运转状态。时间，过载和高温运行将直接的导致各种电气设备组件的加速老化，这不仅仅会直接降低发电机组工作效率，而且易于生产串联电路安全设备。

3.2相关接地的问题

接地是防止电击危险事故的重要预防措施，已普遍应用于火力发电厂。随着当今火力发电站间隔规模的不断扩大，输电网络的规模和复杂度逐渐增加，电压水平也进一步提高到一定水平。短路易于发生，并且电器设备操作控制管理和维护工作人员的问题带来了许多潜在的危险。燃气设备的接地线问题主要包括燃气设备的直接的接地故障和交流设备故障。前者不会直接的导致整个系统控制的短路问题，也不会在某些电子设备组件出现系统故障时集成到一起。但是，如果维护工作人员在维护过程当中出现操作控制问题，则供电系统网络操作系统很有可能出现短路麻烦，这将导致火力发电厂出现安全隐患，可能造成不可估量的经济损失，容易造成系统故障和接地，并且有相当大的安全隐患。

3.3相关电压不稳定波动过大

火力发电厂的发电机组在实际工作过程中容易出现较大的电动位差波动，直接影响用户和发电设备。例如，在发电机组的实际运转中，如果发电电压超过额定电压的5％，则介质中发电设备的励磁机将保持上升趋势，而转子将保持恒定的上升趋势，并且发电机组的表面温度也会发生变化，这将直接的导致电气设备组件的老化。另外，当产生的电压低于额定电压的5％时，定子绕组将继续运行，转盘会产生机械振动问题，不仅降低其运转性能指标，而且还很容易损坏载荷固定设备[3]。

3.4备用电源切换故障

当发电机组因各种系统原因跳闸时，需要使用应急电源系统，以保证发电机组的安全运行。然而，当应急电源系统接通时，经常会发生自动地过区切换系统故障。其系统原因是当备用电源接通时，由于电动势的直接影响而发生反向，运行在母线上的旋转电气设备会产生频差和电压差，从而导致应急电源系统故障、耗损、厂用电膨胀和发电机组恢复迟缓。

4.大型火力发电厂电气控制系统研究

4.1电气控制系统的冗余设计

对于冗余设计的硬件方面而言，针对电气控制系统在伺服系统上有所体现，该系统主要是通过同步带利用装货托盘实现上下运输，最初在上下位置处分别设置了两组限位接近开关，并定位其中一组开关，对另一组进行超程检测，当出现超程情况时则会及时发出警报并停止。但在实际的调试过程中发现即使将涨紧轮调整为正常，同步带在长时间的运行中仍会出现拉伸情况，从而致使同步带带轮出现滑移，无疑会造成伺服系统在未出现超程的情况下出现超程应对动作。为此，通过对同步带松紧度的优化，在限位传感器的外侧增设机械开关实现对系统的冗余保护。而对冗余设计的软件方面而言，主要在PLC控制和机器人编程上有所体现，通过对PLC的调试研究，为避免出现因部件意外掉落而误触关键位置传感器产生故障动作的情况，在系统的关键风险部位增设冗余传感器，通过对触点信号的重复检测和运算进一步提升电气控制系统的安全性和可靠性。