徐靜靜，張希，張愛(ài)平，和彬彬，楊玲

（華電分布式能源工程技術(shù)有限公司國(guó)家能源分布式能源技術(shù)研發(fā)中心，北京100070）

燃?xì)夥植际侥茉吹碾姎獗O(jiān)控系統(tǒng)案例分析

徐靜靜，張希，張愛(ài)平，和彬彬，楊玲

（華電分布式能源工程技術(shù)有限公司國(guó)家能源分布式能源技術(shù)研發(fā)中心，北京100070）

從燃?xì)夥植际侥茉吹碾姎獗O(jiān)控對(duì)象、電氣控制特點(diǎn)、電氣監(jiān)控方式等對(duì)電氣監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了總結(jié)，并結(jié)合工程案例對(duì)兩種類(lèi)型的燃?xì)夥植际侥茉吹碾姎獗O(jiān)控系統(tǒng)方式進(jìn)行了分析，論證了不同規(guī)模、不同類(lèi)型的分布式能源項(xiàng)目需采用的電氣控制方式，為燃?xì)夥植际侥茉错?xiàng)目的電氣監(jiān)控系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

分布式能源；電氣監(jiān)控系統(tǒng)；DCS

0 引言

燃?xì)夥植际侥茉匆蕴烊粴鉃槿剂?，通過(guò)冷、熱、電三聯(lián)供等方式實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，綜合能源利用效率在70%以上，它利用先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電，經(jīng)過(guò)能源的梯級(jí)利用，為用戶(hù)解決能源需求。與傳統(tǒng)電廠相比，燃?xì)夥植际侥茉礄C(jī)組容量一般較小，尤其是樓宇式分布式能源項(xiàng)目，一般采用一種電壓等級(jí)。燃?xì)夥植际侥茉吹碾姎獗O(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)電廠相比，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但具有其特殊性[1-2]。

本文從燃?xì)夥植际侥茉吹碾姎獗O(jiān)控對(duì)象、電氣控制特點(diǎn)、電氣監(jiān)控方式等不同方面對(duì)電氣監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了較全面的總結(jié)分析，結(jié)合樓宇式及區(qū)域式分布式能源工程案例，對(duì)燃?xì)夥植际侥茉吹碾姎獗O(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析。

1 電氣監(jiān)控對(duì)象

燃?xì)夥植际侥茉吹碾姎獗O(jiān)控對(duì)象主要分為電氣和工藝兩部分。電氣部分包括發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、10kV電氣系統(tǒng)、380V電氣系統(tǒng)、廠用變壓器、直流及UPS系統(tǒng)等；工藝部分主要指高壓電動(dòng)機(jī)、低壓電動(dòng)機(jī)及其成套設(shè)備。

電氣部分的控制范圍主要包括以下方面：

（1）能源站10kV高壓電氣系統(tǒng)的正常分合閘操作，包括低壓變壓器和10kV饋線(xiàn)的工作電源進(jìn)線(xiàn)斷路器及備用電源進(jìn)線(xiàn)斷路器，10kV電力送出線(xiàn)路斷路器及發(fā)電機(jī)出口斷路器的分閘、合閘操作。

（2）380V低壓廠用電源之間的正常分合閘操作，包括各個(gè)低壓廠用變壓器380V側(cè)斷路器、各PC段間聯(lián)絡(luò)斷路器和低壓饋線(xiàn)回路斷路器的分閘、合閘操作。

（3）直流電源系統(tǒng)，僅設(shè)置監(jiān)測(cè)，無(wú)控制。

（4）交流不停電電源系統(tǒng)（UPS），僅設(shè)置監(jiān)測(cè)，無(wú)控制。

（5）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視：包括10kV和380V斷路器的遙控信號(hào)、分閘合閘位置信號(hào)、故障信號(hào)、告警信號(hào)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等，回路三相電流信號(hào)、母線(xiàn)三相電壓信號(hào)等。

2 電氣監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

電氣監(jiān)控系統(tǒng)與熱工控制系統(tǒng)相比有很多不同點(diǎn)[3-4]：

（1）與熱工設(shè)備相比，電氣設(shè)備控制對(duì)象較少，控制信息采集量小，操作頻率低。電氣控制系統(tǒng)雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但卻要求準(zhǔn)確性較高，任何疏忽和失誤都可能造成較嚴(yán)重的后果。尤其是變壓器和廠用電源，不能出現(xiàn)制動(dòng)延遲等現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)問(wèn)題后果會(huì)比較嚴(yán)重。

（2）電氣設(shè)備的自動(dòng)保護(hù)裝置要求的動(dòng)作速度非?？欤瑢?duì)抗干擾要求也較高。

（3）電氣監(jiān)控系統(tǒng)主要以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和順序控制為主，設(shè)備間相互聯(lián)鎖的條件較為簡(jiǎn)單，但聯(lián)鎖保護(hù)較多，某一設(shè)備故障受影響的范圍也較大。

（4）電氣監(jiān)控系統(tǒng)的操作不但要滿(mǎn)足分布式能源機(jī)組運(yùn)行情況的要求，而且與電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)，需同時(shí)滿(mǎn)足機(jī)組和電網(wǎng)的共同要求。

3 電氣的監(jiān)控方式

燃?xì)夥植际侥茉窗错?xiàng)目規(guī)模一般分為樓宇式、區(qū)域式兩種形式。樓宇式分布式能源項(xiàng)目一般以?xún)?nèi)燃機(jī)為核心設(shè)備，以滿(mǎn)足建筑用能為主；區(qū)域式分布式能源一般以燃?xì)廨啓C(jī)為核心設(shè)備，可向較大區(qū)域提供空調(diào)冷熱水以及蒸汽需求。樓宇式與區(qū)域式分布式能源由于機(jī)組構(gòu)成不同，其電氣控制方式也應(yīng)不同。對(duì)于機(jī)組容量小的樓宇式分布式能源，不宜配置單獨(dú)的電氣監(jiān)控系統(tǒng)（電氣監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)ECS），電氣監(jiān)控系統(tǒng)可納入全廠DCS（或PLC）系統(tǒng)；對(duì)于機(jī)組容量較大的區(qū)域式分布式能源，必要時(shí)可配置單獨(dú)的ECS系統(tǒng)，電氣部分的監(jiān)控由ECS實(shí)現(xiàn)，ECS通過(guò)通訊把信息傳輸?shù)饺珡SDCS系統(tǒng)。

ECS系統(tǒng)信息傳輸?shù)脚cDCS（PLC）的意義在于：

（1）完善并提高ECS系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的監(jiān)控能力水平；

（2）達(dá)到了完全集控的運(yùn)行狀態(tài)；

（3）提高了控制可靠性。

4 工程應(yīng)用

以下結(jié)合兩種不同典型的分布式能源案例，分別對(duì)樓宇型及區(qū)域型的分布式能源項(xiàng)目的電氣控制方式進(jìn)行了研究分析。

4.1 樓宇型項(xiàng)目應(yīng)用

（1）項(xiàng)目概況

項(xiàng)目一主要為25萬(wàn)m2的辦公、酒店、商業(yè)建筑綜合體提供全部的空調(diào)冷熱、生活熱水及部分電力需求。能源站機(jī)組配置為2臺(tái)3349kW的燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組，內(nèi)燃機(jī)煙氣及缸套水余熱由煙氣熱水型溴化鋰機(jī)組利用，調(diào)峰設(shè)備采用2臺(tái)直燃機(jī)及2臺(tái)電制冷機(jī)組。

（2）電氣控制設(shè)計(jì)方案

該工程采用電氣控制與熱控共用DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，包括兩臺(tái)主機(jī)及輔助電氣設(shè)備組成一體化控制模式，發(fā)電機(jī)、低壓配電設(shè)備等電氣元件的控制均設(shè)在集控室，由DCS系統(tǒng)控制。

表1 華電產(chǎn)業(yè)園能源站各子系統(tǒng)控制點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

（3）電氣控制點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備，能源站主要包含內(nèi)燃機(jī)、電制冷機(jī)、定壓補(bǔ)水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)，各系統(tǒng)的控制點(diǎn)數(shù)及各自所占比例如表1和圖1所示，其中定壓補(bǔ)水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)控制點(diǎn)較多，分析得出是由于該系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)數(shù)量較多。

4.2 區(qū)域型項(xiàng)目應(yīng)用

（1）項(xiàng)目概況

項(xiàng)目二主要為滿(mǎn)足某啤酒廠的蒸汽、冷水及電力需求，機(jī)組配套建設(shè)1臺(tái)6MW級(jí)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組+1臺(tái)補(bǔ)燃式余熱鍋爐+2臺(tái)20t/h燃?xì)忮仩t+1臺(tái)熱水型溴化鋰機(jī)組。

（2）電氣控制設(shè)計(jì)方案

該工程能源站分別設(shè)置DCS系統(tǒng)及ECS系統(tǒng)，10kV和380V電氣系統(tǒng)的保護(hù)、計(jì)量、測(cè)量均由ECS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制，燃?xì)廨啓C(jī)及所有電動(dòng)機(jī)的控制均納入DCS控制系統(tǒng)。該種方式不僅實(shí)現(xiàn)了電氣系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制、故障分析和運(yùn)行管理，也減少了DCS的測(cè)點(diǎn)投資和硬接線(xiàn)方式下的電纜投資。

1）ECS系統(tǒng)部分

該工程能源站配置ECS系統(tǒng)，通過(guò)以太網(wǎng)將廠用電氣系統(tǒng)組成局域網(wǎng)，構(gòu)建成專(zhuān)用的ECS，實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的電氣信息量監(jiān)控，同時(shí)為DCS提供高速實(shí)時(shí)的數(shù)字化通信接口。納入ECS系統(tǒng)控制的各配電柜的電氣測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2，各類(lèi)型控制點(diǎn)分類(lèi)如圖3所示。

表2 新都雪花啤酒能源站ECS系統(tǒng)電氣控制點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

2）DCS系統(tǒng)控制部分

能源站的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)和所有水泵電動(dòng)機(jī)的控制均納入DCS控制系統(tǒng)。納入DCS系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)測(cè)點(diǎn)清單及各系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3，各類(lèi)型控制點(diǎn)分類(lèi)如圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）從不同方面對(duì)電氣監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了較全面的總結(jié)分析，同時(shí)在此基礎(chǔ)上提出了樓宇式與區(qū)域式分布式能源項(xiàng)目由于機(jī)組型式及容量不同、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等的差異，需采用不同的電氣監(jiān)控方式。

（2）通過(guò)選取典型分布式能源工程案例，總結(jié)了樓宇式及區(qū)域式分布式能源的電氣監(jiān)控方式，并分別對(duì)電氣二次控制點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)及分析，可作為同類(lèi)型分布式能源項(xiàng)目的設(shè)計(jì)參考。

表3 項(xiàng)目二能源站電動(dòng)機(jī)控制點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

（3）通過(guò)對(duì)比得出，樓宇式分布式能源的電氣部分相對(duì)比較簡(jiǎn)單，控制點(diǎn)數(shù)不多，因此建議與工藝系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)一起統(tǒng)一納入DCS系統(tǒng)控制；而區(qū)域式分布式能源的電氣部分設(shè)備較多，控制相對(duì)復(fù)雜，建議分別設(shè)置DCS系統(tǒng)及ECS系統(tǒng)。

[1]金紅光，鄭丹星，徐建中.分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)裝置及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2]吳大為，王如竹.分布式能源定義及其與冷熱電聯(lián)產(chǎn)關(guān)系的探討[J].制冷與空調(diào)，2005,（5）：1～6.

[3]王娓娜.大型發(fā)電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，（1）：47～49.

[4]鄒寧.電廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介[J].黑龍江科技信息，2015，（20）：18.

Case Analysis of Electrical Control System of Gas Distributed Energy

XU Jing-jing，ZHANG Xi，ZHANG Ai-ping，HE Bin-bin，YANG Ling
（Huadian Decentralized Energy Engineering Co.，Ltd，National Energy Distributed Energy Technology Research and Development Center，Beijing 100070，China）

This paper summarizes electrical control system of gas distributed energy from the electrical control object, characteristics of electrical control，the methods of electrical control system.Take two engineering cases of gas distributed energy as an example，the way of electrical control system are analyzed.It demonstrates that the different scale，different types of gas distributed energy projects need to use different electrical control modes，and provides the design basis for the electrical control system of gas distributed energy projects.

distributed energy；electrical control system；DCS

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.002

TM76

B

2095-3429（2016）04-0007-04

2016-04-05

修回日期：2016-05-30

國(guó)家能源分布式能源技術(shù)研發(fā)中心項(xiàng)目（CHDKJ14-01-26）

徐靜靜（1986-），女，山東臨沂人，碩士，工程師，主要從事分布式能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研發(fā)工作。