第十七章 发电厂的控制.docx

第十七章 发电厂的控制第一节 发电厂的控制方式目前，我国火电厂的控制方式可分为主控制室的控制方式和单元控制室的控制方式， 下面分别叙述这两种控制方式一、主控制室的控制方式单机容量为10万kw以下的火电厂，一般采用主控制室的控制方式，即全厂的主要 电气设备都集中在主控制室里进行控制，而锅炉设备及汽机设备则分别安排在锅炉间的 控制室和汽机间的控制室进行控制主控制室为全厂的控制中心，因此要求监视方便、操作灵活，能与全厂进行联系图 17-1 火电厂主控室平面布置图图17一1为火电厂主控制室的平面布置图，凡需要经常监视和操作的设备，如发电 机和变压器的控制元件、中央信号装置等必须位于主环正中的屏台上，而线路和厂用变 压器的控制元件、直流屏及远动屏等均布置在主环的两侧凡不需要经常监视的屏，如 继电器屏、自动装置屏及电能表屏等布置在主环的后面．主控制室的位置可设在主厂房 的固定端或方便与6~10kV配电装置相连通的位置，而且主控制室与主厂房之间设有天桥 通道主控制室的控制方式具有控制分类明确、单方面操作简单、现场巡视方便、现场操 作或采取应急措施较容易等优点；但也存在着控制点多，控制设备分散，工作环境差， 机、炉、电之间协调配合困难等缺点。

随着机组容量的增大和自动化水平的不断提高， 机、炉、电的关系将更加紧密，主控制室的控制方式已不能满足现代化控制管理的需要， 而单元控制室的控制方式越来越显示出其优越性，已成为发电厂控制广泛采用的控制方 式二、单元控制室的控制方式单机容量为 300MW 及以上的大型机组，广泛采用将机、炉、电的主要设备集中在一 个单元控制室（也称集控室）进行控制的方式为了提高热效率，现代大型火电厂趋向 采用亚临界或超临界高压、高温的机组锅炉与汽轮机之间蒸汽管道的连接，由一台锅 炉与一台汽轮机构成独立的单元系统，不同单元系统之间没有横向的联系，这样管道最 短，投资较少运行中，锅炉能配合机组进行调节，便于启停及事故处理机、炉、电集中控制的范围，包括主厂房内的汽轮机、发电机、锅炉、厂用电以及 与它们密切联系的制粉、除氧、给水系统等，以便让运行人员监控主要的生产过程至 于主厂房以外的除灰系统、化学水处理系统、输煤系统等均采用就地控制如果高压电力网比较简单，出线较少，可将网络控制部分放在第一单元控制室内 高压网络出线较多时，可单独设置网络控制室图 17 一 2 为两台人型机组合用一个单元控制室的平面布置图主环为曲折式布置，中间 为网络控制屏，而两台机组的控制屏台，分别按炉、机、电顺序位于主环的两侧，计算 机装在后面机房内。

图 17-2 单元控制室平面布置图单元控制室的控制方式具有机、炉、电协调配合容易，机组启停安全、迅速，运行 稳定，经济效益高，事故判断准确，处理迅速和工作环境好等优点；但也存在着巡视较 远，现场操作不便，对运行人员的技术水平要求较高等缺点随着计算机监控系统在发 电厂的广泛应用，单元控制室的控制方式已成为大型机组普遍采用的一种控制方式三、单元机组机炉电集控的几个问题1．控制室的，巷体布置控制室应按机炉电集控布置，把机炉电作为一个整体来监视和控制；实现以CRT为 中心的过程监控，取消常规的BTG盘；LrS承担机组DAS、DCS、BMS（FSSS）、SCS、DEH, 实现机组自启停及FCB等单元机组大部分主要监控功能运行人员在控制室内通过CRT、 键盘（鼠标球标／光笔）实现单元机组的启动、停止、正常运行及事故处理的全部监视 和操作控制室一般以两台机组共用一个控制室为宜，这样便于两台机组之间的联系管 理两台发电机盘和厂用电盘可装在一起，一目了然，便于值长统一调度，还可减少后 备值班人员数量安装施工 2 号机组时，可用临时隔板隔开，并加强管理，不会影响到 运行机组的安全运行，也不会影响到施工机组的施工进度。

两台机组共用一个控制室，控制盘台一般是两侧对称布置对称布置有两种对称方 式：一为中心轴线对称，二为中心旋转1800 对称，分别如图17 一 3 所示大型单元机 组的监控主要在集控室内完成，两台机组共用一个控制室时的布置，宜采用 180°对称布 置，运行人员监控l号或2号机组时，监视和操作设备的方向和顺序不变，都是从左到右(见图17 一 3b)国外也有两台机组并列布置的情况随着DCS功能贾盖面的扩大，电 气监控也越来越多地纳入DCS系统控制室向着小型化、船仓式控制室发展，利用信息 高度集中的优势，节约空间，降低造价 a) (b)图 17-3 两机共用一个控制室控制盘布置示意图2．常规仪表和记录仪表 原则上不用或少用常规仪表，重要参数如汽包水位、主蒸汽温度、主蒸汽压力、汽 轮机转速、发电机功率等可根据情况选用少量专用数字显示仪表；汽包水位和炉膛火焰 可另设工业电视记录仪表除汽轮机广有特殊要求外，可不装设3．操作开关原则上不使用硬接线的操作开关，辅机的启/停、阀(风)门的开/关均在CRT键 盘(鼠标／球标／触屏)上操作，对于重要辅机只设“停止”的硬接线开关，以确保重 要辅机在任何情况下安全停运。

只保留少量的重要电气开关，取消电气控制屏/盘，控 制功能在 DCS 实现保留的硬手操开关有：发电机变压器组断路器紧急跳闸按钮；发电 机灭磁开关跳闸按钮；柴油发电机紧急按钮报警光字牌一般保留20 个以下，与热工报 警合并在一起，既减少设备的种类，又便于布置第二节 发电厂的分散控制系统发电厂的微机监控可分为两大部分，一部分是以热工为主的微机“分散控制系统”(DCS)，另一部分是与电网有关的“网络计算机监控系统” (NCS)DCS对单元发电机组进 行数据采集、协调控制、监视报警和连锁保护，在技术上和经济上都已取得了良好效果， 使我国火力发电机组的自动控制和技术经济管理水平发展到了一个新阶段一、一体化DCS的由来 大型电厂计算机控制的应用，大致经历了单元计算机控制系统、分散控制系统、一 体化 DCS 几个阶段在计算机应用的初期，受当时技术水平的限制，主要采用一单板机、单片机和 PLC 等完成部分设备的控制和局部工艺流程的控制，并逐渐形成以实现子功能形式的单元计 算机控制系统因这些子系统由相互独立的计算机控制系统构成，来自不同厂商，实施 时间先后各异，系统之间的性能差别很大，因此，各子系统间相互通信很困难，数据无 法共享。

随着计算机技术和网络技术的发展，在20世纪80年代逐渐出现了基于4C技术的分 散型控制系统早期的分散控制系统仅应用于CCS和DAS系统，随着DCS可靠性的提高， 对可靠性要求高的FSSS系统也进入DCS，而DCS功能的扩展和价格的降低，使涉及大量 辅机控制的顺序控制系统SCS进入DCS，随着DEH、MEH、BPS这类专用控制系统纳入 DCS，DCS开始进入一休化实现的阶段这正顺应了大型电厂炉、机、电、辅机及其他系 统一体化控制的要求 DCS 在大型电厂的热工控制系统的应用实践，使系统的可靠性得 到了检验，也使 DCS 在大型电厂的应用上了一个新的台阶表现为：系统的可靠性大大 提高；系统的应用功能进一步扩展系统的容量以数量级增大；电气设备控制系统纳入 DCS;系统的开放，使可操作性和互换性得以实现开放系统互联的环境为大型电站机、 炉、电一体化DCS的实现提供了技术基础电气设备的控制被纳入DCS，是一体化DCS系统应用的重要标志电气控制系统(ECS) 是一体化DCS系统的重要组成部分电气控制系统开始进入DCS，是20世纪90年代以后的事早期是进入DCS的数据 采集系统DAS，即重要的电气模拟量、开关量及电度脉冲量在DCS中进行状态监视、越 限报警、事件顺序记录及报表打印等。

以后逐步将厂用电动机的控制纳入DCS的顺序控 制系统SCS，个别电厂也有将发电机及厂用电的控制进入DCS，网络控制室也广泛采用了 计算机监控系统但有的电厂即使发电机及厂用电的控制全部按进入DCS设计，还仍然 保留了常规的电气手动控制方式，即保留了较大的电气控制屏使得单元控制室的面积 不能减少，电气控制系统的投资增加，造成这种现象的主要原因是由于受电气传统控制 方式的束缚和传统运行、检修专业划分的影响，电厂运行人员对全部CRT监视，计算机 键盘及鼠标操作还有疑虑，对 DCS 的可靠性不放心完全取消常规的手动控制方式，实 现真正意义上的计算机控制在实践上还经历了一段路程，近几年才被人们逐渐接受下来这一方面是由于机组大容量，高参数的特点及过程控制的复杂性和机组整体的协调 运行，使电气运行人员依靠常规仪表监控已力不从心仅靠人力根据常规仪表和控制开 关去处理突发事件，容易出现误操作而引发事故另一方面电气设备的可控性提高，为 DCS 监控提供了有利条件随着科学技术的发展，大型发电厂的中压断路器均实现了真 空化，而低压断路器采用框架式断路器，各种开关的可控性、可靠性大大提高，开关合 不上、跳不开、手车机构不灵的现象不复存在，高、低压开关控制的微机化、智能化水 平不断提高，各种数字化电气控制装置（如微机保护装置、微机励磁装置、微机同期装 置、微机自动切换装置等）的使用，为发电机、电气设备控制进入DCS奠定了基础。

从实际效果来看，电气纳入 DCS 可减少控制室面积．减少运行、检修人员工作量， 节约控制电缆，使人员和系统都更安全、可靠与原有常规监控相比，总体的性能价格 比有所提高，虽然如此，但电气纳入 DCS 对电力系统自动化进程的影响其意义必将更加 深远二、电气系统进入DCS的有关问题（一）电气控制系统的特．点及要求 电气控制系统的控制对象是继电器、接触器、断路器的合、跳闸等电磁线圈，与热 工控制设备相比较，电气设备具有如下特点：（1）信号简单，模拟量为电流、电压（其他电气量如功率、电度量等，均可变换为电压 电流量），开关量为无源触点2） 信号的传输和变换相对简单（TA、TV及电量变送器，输出动作对象为电磁线圈）3） 信号变化速度快（电气量的变化一般为毫秒级，热工量一般为秒级或更长）4） 控制策略一般为开关量逻辑控制；与热工设备比较控制对象少，控制逻辑简单，操 作机会少，正常运行时，发电机及厂用电设备很长时间才可能操作一次5） 要求电气设备的主保护、安全自动装置可靠性高、动作速度快（电气设备主保护的 动作时间一般为几毫秒至十几毫秒）6） 对电气控制回路的监视功能要求很高，例如：断路器合、跳闸线圈断线监视，控制 回路熔断器熔断监视，继电保护元件的故障监视等。

这主要是由于保护和控制设备如果 发生误动或拒动，对生产造成的损失是巨大的二） DCS 控制电气设备的方式及其优缺点1. DCS 控制电气设备的方式DCS 对电气设备的控制一般采取如下方式；（1） 由DCS的硬件及软件实现电气逻辑包括：发电机同期逻辑、厂用电自动切换逻辑、 发电机励磁系统自动电压调节器甚至简单的继电保护逻辑等2） DCS通过I/O或网络将控制指令发送到电气控制装置上,DCS仅实现高层次的逻辑.如 与热工系统的连锁、操作员发出的手动操作命令的合法性逻辑检查等其他操作逻辑均 由电气控制装置自身来实现目前主要的电气控制装置包括发电机励磁系统自动电压调 整器AVR、发电机自动准同期装置ASS、厂用电自动切换装置ATS、发电机变压器组继电 保护装置、厂用电系统继电保护装置及断路器防跳回路等2. 两种控制方式的应用比较采用方式（I）具有如下优点：1） 由于控制逻辑均在DCS中实现，电气控制系统的可靠性与DCS的可靠性相同2） 由于控制逻辑均在DCS中实现，电气控制装置非常简单3） 电气控制逻辑全部由 DCS 软件实现，组态灵活，修改逻辑方便，可适应不同运行方式4）目前有部分厂家的DCS已实现了发电机同期逻辑、厂用电自动切换逻辑、。