晏建新

(大唐華銀電力股份有限公司耒陽(yáng)分公司，湖南 耒陽(yáng) 421800)

0 引 言

我國(guó)電力自動(dòng)化技術(shù)正處于快速發(fā)展的時(shí)期，各類現(xiàn)代化的技術(shù)在電力領(lǐng)域當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用，并在一定程度上達(dá)到了自動(dòng)化和智能化轉(zhuǎn)換。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各類用電企業(yè)和居民對(duì)于電力的需求不斷提高，為確保電力的穩(wěn)定供給和提高電力生產(chǎn)的效率，必須大力運(yùn)用現(xiàn)代科技手段。石油和煤是電廠生產(chǎn)的主要原材料，但由于技術(shù)上的落后，使得煤和油沒(méi)有得到充分的燃燒，導(dǎo)致了原材料的利用率不高，造成了煤、油等大量資源的浪費(fèi)[1]。為此，我國(guó)電力工業(yè)必須積極運(yùn)用電力自動(dòng)化技術(shù)，改善煤、油的利用，以達(dá)到提高電廠發(fā)電效率、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化的目的[2]。在各類發(fā)電廠中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)能夠極大程度上降低資源浪費(fèi)而造成的經(jīng)濟(jì)損耗，同時(shí)對(duì)電廠的發(fā)展也能夠起到極大的促進(jìn)作用?，F(xiàn)階段，火力發(fā)電廠對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行控制時(shí)，電器設(shè)備的電流波動(dòng)較大，容易影響電氣運(yùn)行安全。因此，需要通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行控制。

在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中，控制層、通信層等采用分層的方式來(lái)監(jiān)控和控制。電力自動(dòng)化技術(shù)的各個(gè)層面相互獨(dú)立，上下兩層運(yùn)行互不干涉，各自運(yùn)行。通過(guò)電力自動(dòng)化技術(shù)，可以在電廠中進(jìn)行監(jiān)測(cè)、保護(hù)[3]。為實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電電力控制的進(jìn)一步完善，下述將對(duì)此開(kāi)展深入研究。

1 安裝500 kV網(wǎng)絡(luò)及電氣輔助車間不間斷控制電源

為確?；鹆Πl(fā)電電氣控制的可持續(xù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備自動(dòng)化實(shí)時(shí)運(yùn)行，在500 kV網(wǎng)絡(luò)及電氣輔助車間完成對(duì)不間斷控制電源的安裝。為了確保系統(tǒng)的供電可靠性和供電品質(zhì)，分別設(shè)定了單相輸出交流電（Alternating Current，AC）和不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）[4]。輔助車間的程序控制系統(tǒng)是由它們的總裝商進(jìn)行的。各個(gè)系統(tǒng)的UPS被安排在各自的機(jī)房或控制室中。電池的配置方式是每臺(tái)機(jī)組設(shè)有3套蓄電池，1套220 V電源負(fù)載，兩套電壓為110 V，用于負(fù)載的控制。該方案為現(xiàn)有300 MW及以上機(jī)組的常用配置模式，其優(yōu)勢(shì)在于：（1）控制系統(tǒng)電壓為110 V，對(duì)絕緣等級(jí)的要求較低，接地失效的概率較低，運(yùn)行安全。由于閥控式密封鉛酸蓄電池（Valve-Regulated Lead Acicl，VRLA）能節(jié)約建筑空間，降低了設(shè)備的使用和維修工作量，并在火力發(fā)電廠中得到了廣泛的使用。因此，在對(duì)其電氣設(shè)備進(jìn)行控制時(shí)，選用VRLA型密封蓄電池具備更高可行性。針對(duì)蓄電池容量的計(jì)量可按照下述結(jié)合階梯負(fù)荷計(jì)算法的方式進(jìn)行計(jì)算

式中：c表示蓄電池容量；A表示放電電流；H表示放電時(shí)間。結(jié)合式（1），確定電氣控制中所需的蓄電池容量。交流電廠發(fā)生的電力故障斷電時(shí)間為1 h，氫氣和空側(cè)密封油泵的故障放電時(shí)間為3 h，蒸汽和給水泵汽輪機(jī)的故障放電時(shí)間為1.5 h。

2 火力發(fā)電電氣設(shè)備用電接線設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)火力發(fā)電電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制，在完成對(duì)500 kV網(wǎng)絡(luò)及電氣輔助車間不間斷控制電源的安裝后，需要完成對(duì)其用電接線設(shè)置。在設(shè)置前，先明確火力發(fā)電廠中電氣設(shè)備的用電負(fù)荷，其公式為

式中：P表示火力發(fā)電廠中電氣設(shè)備的用電負(fù)荷；T表示電氣設(shè)備連接外線電源的設(shè)備功率因數(shù)；F表示各個(gè)電氣設(shè)備電力負(fù)荷需求系數(shù)；C表示電氣設(shè)備同時(shí)系數(shù)。根據(jù)式（2），確定電氣設(shè)備的用電負(fù)荷，并在此基礎(chǔ)上對(duì)電氣設(shè)備用電接線進(jìn)行設(shè)置?；鹆Πl(fā)電廠接線通常采用6 kV和380/220 V兩極電壓為電氣設(shè)備提供運(yùn)行條件?；谶@一需求，在6 kV火力發(fā)電廠中各裝置配備50/31.5～31.5 MVA的無(wú)載調(diào)壓分裂式高壓變壓器及兩個(gè)6 kV工作母線，在每1臺(tái)規(guī)格為25 MVA的變電裝置上都設(shè)置1條公用母線，這兩個(gè)變壓器都是通過(guò)主回路實(shí)現(xiàn)供電。由于各設(shè)備6 kV工作及公用部分設(shè)置在6 kV配電室內(nèi)。各機(jī)組均采用6 kV工作A、B段的高壓脫硫負(fù)載[5]?；鹆Πl(fā)電廠中380/220 V電力系統(tǒng)，主廠房?jī)?nèi)外均采用電力中心和電機(jī)控制中心供電。利用火力發(fā)電廠本身具備的中性點(diǎn)接地特性，實(shí)現(xiàn)理想的接地效果。根據(jù)以往的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，要求100 A的單相接地故障電流根據(jù)接地需要，設(shè)置36.4 Ω的接地電阻。在進(jìn)行實(shí)際用電接線時(shí)，為確保電氣設(shè)備能夠正常運(yùn)行，需要對(duì)母線啟動(dòng)電壓進(jìn)行水平驗(yàn)算，并參照表1驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)接線是否成功的檢驗(yàn)。

在進(jìn)行火力發(fā)電電氣設(shè)備用電接線時(shí)，只有保證各項(xiàng)數(shù)值符合表1要求，才能夠確保電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的起動(dòng)電壓水平符合要求，為后續(xù)自動(dòng)化控制提供條件。

3 火力發(fā)電電氣計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制運(yùn)行配置

針對(duì)火力發(fā)電電氣設(shè)備，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)其自動(dòng)化控制，對(duì)爐、機(jī)、電進(jìn)行集中控制。兩臺(tái)電氣機(jī)組共用1個(gè)單元控制計(jì)算機(jī)。各機(jī)組的控制、信號(hào)、測(cè)量均由電腦監(jiān)視系統(tǒng)控制，而非普通的監(jiān)視屏幕。根據(jù)不同的組態(tài)方式、設(shè)備選型，對(duì)火力發(fā)電電氣計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制運(yùn)行配置按照不同方案設(shè)置。

（1）第一方案。各單位的電力控制系統(tǒng)均納入分?jǐn)?shù)控制系統(tǒng)（Discributed Contrd System，DCS）監(jiān)控，設(shè)備均采用DCS軟件和硬件設(shè)備。將全部的模擬值變換成4～20 mA的信號(hào)，并將其輸入到DCS的模件中；將脈沖信號(hào)以脈沖的形式輸入到DCS的脈沖量輸入模塊中；全部電器狀態(tài)及信號(hào)均以硬接線方式連接DCS數(shù)碼量輸入模塊；發(fā)電裝置與變壓器裝置構(gòu)成的保護(hù)裝置、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（Automatic Voltage Regulator，AVR）裝置、同期裝置、故障錄波裝置、廠用電快速開(kāi)關(guān)裝置、直流系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)等都需要通過(guò)通信接口與DCS進(jìn)行通信，重要聯(lián)絡(luò)信號(hào)通過(guò)硬接點(diǎn)直接輸入DCS；全部電器控制采用DCS數(shù)字輸出模塊，以一對(duì)一的方式進(jìn)行控制，以此計(jì)算機(jī)可以根據(jù)電氣設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，自動(dòng)給出控制指令，并通過(guò)通信傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)控制指令信號(hào)的傳遞。

（2）第二方案。在DCS中引入設(shè)備連接和通信信號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)控制。除了需要對(duì)少部分的模擬量信號(hào)、接地刀位置信號(hào)、絕緣開(kāi)關(guān)信號(hào)等進(jìn)行通信傳輸以外，其他所有控制量信號(hào)都需要通過(guò)硬導(dǎo)線與DCS進(jìn)行連接。針對(duì)其他電子設(shè)備，如同期裝置、啟備變保護(hù)裝置、故障錄波裝置、同期裝置等，也同樣需要使用硬導(dǎo)線與DCS進(jìn)行連接。對(duì)于單元機(jī)組的電機(jī)，因?yàn)槠渑c機(jī)組的熱工系統(tǒng)有著密切的關(guān)系，因此在對(duì)其進(jìn)行控制運(yùn)行配置時(shí)，采用DCS數(shù)據(jù)傳輸模塊的形式實(shí)現(xiàn)控制指令的傳輸，以此提高控制精度。

同時(shí)，采用上述兩種控制方法在控制過(guò)程中需要按照下述公式，確定在自動(dòng)化控制計(jì)算機(jī)上的控制輸入數(shù)值：

式中：u(t)表示控制計(jì)算機(jī)輸入數(shù)值；K表示控制參數(shù)的比例系數(shù)；e(t)表示控制過(guò)程中產(chǎn)生的誤差數(shù)值。根據(jù)式（3），確定控制輸入數(shù)值，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)上述兩種方案進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)火力發(fā)電電氣計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制運(yùn)行的配置。

4 實(shí)例應(yīng)用分析

通過(guò)上述研究，提出一種全新的電氣控制方法，為驗(yàn)證這一控制方法的實(shí)際應(yīng)用可行性，以某火力發(fā)電廠為例，對(duì)其中現(xiàn)使用的電氣設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制。在控制過(guò)程中，通過(guò)記錄電氣機(jī)組中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制穩(wěn)定性的判斷。根據(jù)火力發(fā)電廠電氣設(shè)備的運(yùn)行要求，電氣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的電流不得超過(guò)16.23 A±0.1 A，根據(jù)這一要求，記錄在利用本文控制方法控制的10 min時(shí)間內(nèi)，電氣設(shè)備電流的變化情況，并將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

表2 本文方法控制下電氣設(shè)備運(yùn)行電流變化

結(jié)合表2中數(shù)據(jù)可以看出，在應(yīng)用本文上述提出的控制方法對(duì)該火力發(fā)電廠中的電氣設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制時(shí)，其電流值的變化均控制在了16.23 A±0.05 A范圍內(nèi)，不僅數(shù)值在規(guī)定的合理范圍內(nèi)，同時(shí)明顯比規(guī)定要求的合理范圍更小，說(shuō)明應(yīng)用本文提出的控制方法可以有效提高電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，具有極高的應(yīng)用可行性。

5 結(jié) 論

針對(duì)當(dāng)前火力發(fā)電廠智能化建設(shè)要求，對(duì)其電力設(shè)備提出了一種全新的自動(dòng)化控制方法，并通過(guò)實(shí)例實(shí)現(xiàn)了對(duì)新控制方法應(yīng)用可行性的檢驗(yàn)。在實(shí)際火力發(fā)電廠運(yùn)行過(guò)程中，除了在電氣設(shè)備控制環(huán)節(jié)應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)外，在生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)都可嘗試應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)。