电气自动化控制系统初探

　　摘 要： 设各智能化水平的提高使得对现场设备状况的精确掌握成为可能，通讯技术的发展则为大容量的数据传输提供了平台。在工业自动化领域， 基于 Pc 的控制系统以其灵活性和易于集成的特点正在被更多的采纳。 本文通过介绍电气综合自动化系统的功能，讨论了目前电气自动化控制系统的设计思想， 展望了将来电气自动化控制系统的发展趋势。

　　关键词： 电气自动化; 控制系统; 设计思想; 控制应用; 系统功能

　　一、 电气综合自动化系统的功能

　　根据单元机组的运行和电气控制的特点，应将发电机一变压组和厂用电源等电气系统的控制都纳入 ECS 监控。其基本功能为

　　1.发变组出口 220kV/500kV 断路器、 隔离开关的控制及操作。

　　2.发变组保护、 厂高变保护、 励磁变压器保护控制。

　　3.发电机励磁系统。包括启励、 灭磁操作， 控制方式切换，增磁减磁操作， PSS(电力系统稳定器)的投退。

　　4.220kV/500kV 开关自动同期并网及手动同期并网。

　　5.6kV 高压厂用电源监视、操作、厂用电压快切装置的状态视、投退、手动启动等。

　　6.380V 低压厂用电源监视、 操作、 低压备自投装置控制。

　　7.高压启 / 备变压器控制和操作(2 台机共用)。

　　8.柴油发电机组和保安电源控制和操作。

　　9.直流系统和 LPS 系统的监视。

　　对于发变组保护等主保护和安全自动装置， 因其设备已经很成而且要求全部在 DCS 中实现其功能尚有一定难度，可能增加相当的费用， 故可以保留。但是它们与 DCS 间要口求接， 控制采用硬接线利用通讯方式传输自动装置信息， 并可以通过 DCS 进行事故追忆。

　　二、 电气自动化控制系统的设计思想

　　1.集中监控方式

　　这种监控方式优点是运行维护方便， 控制站的防护要求不高， 系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理， 处理器的任务相当繁重， 处理速度受到影响。 由于电气设备全部进入监控， 伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、 电缆数量增加， 投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时， 隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线， 由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位， 造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂， 查线不方便， 大大增加了维护量， 还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。

　　2.远程监控方式

　　远程监控方式具有节约大量电缆、 节省安装费用、， 节约材料、 可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线(如 Lonworks 总线， CAN总线等) 的通讯速度不是很高，而电厂电气部分通讯量相对又比较大， 所有这种方式适合于小系统监控， 而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。厂用电系统的特点。

　　在布置方式和数量上, 厂用电设备分散安装于各配电室和电动机控制中心,元件数量众多,运行管理信息量大,检修维护工作复杂。与热工系统相比较,电气设备操作频率低,有的系统或设备运行正常时,几个月或更长时间才操作一次;电气设备保护自动装置要求可靠性高,动作速度快,比如保护动作速度要求在 40ms 以内完成。在电气设备本身构造上,其具有连锁逻辑较简单、 操作机构复杂的特点。在控制方式上,用电系统的主要设备监控需要接入 dcs 系统,但在两台机组共用一台起备变的情况时, 由于一台机组的检修不能影响另一台机组的正常运行, 因此需要考虑两台机组 dcs 电气控制的模式,确保对其控制权的惟一性。总结以上特点,在构建 ecs 时,其系统结构、与 dcs 的联网方式是确保系统高可靠性的关键。既要实现正常起停和运行操作外, 又要实现实时显示异常运行和事故状态下的各种数据和状态,并提供相应的操作指导和应急处理措施,保证电气系统在最安全合理的工况下工作。

　　3.现场总线监控方式

　　目前，对于以太网(Ethernet)、 现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中， 且已经积累了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统设计

　　更加有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外， 还可以减少大量的隔离设备、 端子柜、 I/0 卡件、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接， 可以节省大量控制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。 另外，各装置的功能相对独立， 装置之间仅通过网络连接， 网络组态灵活，使整个系统的可靠性大大提高， 任一装置故障仅影响相应的元件， 不会导致系统瘫痪。 因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。

　　三、 电气自动化控制系统的应用

　　发电厂电气自动化系统或产品可以分成以下几个主要部分：

　　发变组保护： 含发电机保护、 变压器(含主变、 高厂变、 高备变) 保护，在大中型机组中， 通常以发电机-变压器组保护或发电机-变压器-线路组保护的形式出现。信息来自:输配电设备网发电机励磁调节系统 (AVR) ： 含励磁调节装置、功率单元、机端变等。

　　发电厂升压站网络监控系统 (NCS) ： 含高压线路保护、 母线保护、 低压线路保护测控装置、后台监控系统、 “五防” 、 RTU 等。

　　发电厂厂用电气自动化系统 (EFCS) ： 含厂用中压 6KV/10KV 和低压 400V 系统的保护测控装置、 安全自动装置、 网络通信及后台监控应用系统。

　　其他电气设备和系统： 如直流电源、 UPS 等的控制系统。

　　发变组保护装置、 励磁调节装置是发电机组最重要的自动化设备之一， 由于其很高的专业性和重要性， 传统上作为独立的子系统设计和运行， 目前普遍采用嵌入式软硬件开发实现， 系统对外留有通信接口;升压站的作用是将发电机发出的电升高电压后输送入电网， 因此网控系统 (NCS) 的主要作用是实现升压站运行控制的自动化，与电网中普通变电站的综合自动化系统很相似， 由于近年来变电站综合自动化系统技术发展很快，网控系统得益于此， 基本与之同步发展。

　　发电厂厂用电气自动化系统 (EFCS) 是近年来随着网络通信和软件技术的发展而演变而来的一个新的综合自动化系统。总所周知，发电厂厂用电气二次系统包含众多的控制设备，这些设备的显著特点是可靠性要求高、 功能配置专业化、安装位置分散。长期以来， 厂用电气控制设备一直是独立运行的， 控制难以协调、 信息难以共享， 也不存在实际意义上的系统。从二十世纪 90 年代初期开始， 厂用电气自动化产品经历了一个重要的历史过程， 在这一过程中， 大部分设备完成了从集成电路型向微机型， 或直接从晶体管型和电磁型向微机型的升级换代，实现了厂用电气自动化的一次飞跃。但随后， 自 1998 年左右， 围绕其下一步的发展目标， 在行业内引起了严重的分歧，一种观点认为电气系统应仍以常规硬结线方式接入 DCS 系统，电气二次设备维持分立状态，甚至认为可扩展DCS 功能，在 DCS 中直接实现电气二次设备的功能; 另一种观点认为应利用现场总线和网络对电气二次设备进行联网，一方面以通信方式接入 DCS 系统， 以节省包括 DCS 在内的综合投资，一方面组建电气后台应用系统， 提升电气系统的运行管理水平。

　　参考文献:

　　[1]贺家李， 沈从炬.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社， 1994 年版.

　　[2]薛葵.发电厂电气监控系统[J].电力系统装备， 2002 (01)

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文章名称： 电气自动化控制系统初探

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