直流系統(tǒng)自動化要求及應用研究
2.3直流監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品自動化水平 各直流系統(tǒng)設備成套廠家充分利用微機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù),研究開發(fā)了滿足發(fā)電廠、變電所各種自動化水平需求的產(chǎn)品。目前,常用的直流監(jiān)控系統(tǒng)設備及其自動化水平見表1?! ?center>
由上表可見,直流系統(tǒng)的監(jiān)控似乎是隨高頻開關(guān)電源充電模塊的應用和發(fā)展而發(fā)展的,而且其供電系統(tǒng)的自動化水平已趨于完善和成熟。 3、直流系統(tǒng)自動水平應用現(xiàn)狀 目前,絕大部分新設計變電所均采用了計算機監(jiān)控系統(tǒng),取消了硬接線及其常規(guī)控制屏;大型火力發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)納入DCS控制,部分老廠(所)也在逐步進行控制系統(tǒng)改造。我院近期設計的所有變電所,不論是110kV及以下的無人值班變電所,還是220kV和500kV樞紐變電所,都采用了計算機監(jiān)控系統(tǒng),取消了硬接線(操動機構(gòu)部分仍采用硬接線)。我院正在設計的單機容量為300MW和600MW的燃煤火力發(fā)電廠,也采用了DCS控制模式,除保留了安全停機必須的少量電氣硬接線外,所有集控室電氣設備和系統(tǒng)均納入DCS控制。獨立設置的電氣保護和自動裝置也經(jīng)通信接口與計算機監(jiān)控系統(tǒng)或DCS相連。對于采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)的變電所和電氣納入DCS控制的發(fā)電廠,其直流系統(tǒng)均采用了智能型監(jiān)控裝置,具有完善的就地微機集中監(jiān)控功能和遠程監(jiān)控接口,能經(jīng)通信接口與計算機監(jiān)控系統(tǒng)或DCS相連?! ?.1發(fā)電廠直流系統(tǒng)自動化水平 考慮到發(fā)電廠均采用有人值班方式,而發(fā)電廠的直流系統(tǒng)大都布置在單元控制樓內(nèi),所以,無論發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)采用何種控制方式,其直流系統(tǒng)的監(jiān)控主要在于其接地監(jiān)控功能的強化和直流系統(tǒng)本身控制水平的提高,而未對其遠方監(jiān)控(即DCS監(jiān)控)提出要求。直流系統(tǒng)與DCS之間無論是通過硬接線還是通過通信接口連接,均只單向由直流系統(tǒng)向DGS傳輸重要測量和報警信號,如:直流母線電壓、充電電流、蓄電池電壓、饋線斷路器斷開(熔斷器熔斷)、充電裝置故障、主回路故障等等?! ?.2變電所直流系統(tǒng)自動化水平 由于變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象就是電氣系統(tǒng),而直流系統(tǒng)又是變電所很重要的組成部分,故變電所直流系統(tǒng)作為一個完整和獨立的智能系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)通信接口可靠連接,在變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)操作員站或遠方控制終端上,可完成直流系統(tǒng)就地監(jiān)控模塊所能完成的全部監(jiān)控功能。目前,我院正在設計或已經(jīng)投運的變電所的計算機監(jiān)控系統(tǒng)對直流系統(tǒng)采用如下監(jiān)控模式: (1)直流系統(tǒng)經(jīng)通信接口(通常為RS232或RS485)直接接入計算機監(jiān)控系統(tǒng)的公用接口單元,通過公用接口單元直接與計算機監(jiān)控系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡相連; (2)計算機監(jiān)控系統(tǒng)顯示直流系統(tǒng)主回路畫面,通過人機接口監(jiān)視直流系統(tǒng)參數(shù)和運行狀態(tài); (3)運行人員通過人機接口可對充電裝置參數(shù)進行遙調(diào); (4)直流系統(tǒng)重要設備和裝置的故障狀態(tài)監(jiān)視; (5)對于無人值班變電所,直流系統(tǒng)信息可通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)的RTU接口或監(jiān)控終端送至中心控制室或調(diào)度端,實現(xiàn)直流系統(tǒng)的遙測、遙信?! ?、直流系統(tǒng)遠程監(jiān)控自動化要求 如前所述,采用高頻開關(guān)電源或相控式充電裝置的直流系統(tǒng)成套設備的自動化水平已發(fā)展到較高程度,不論發(fā)電廠、變電所采用何種控制模式,其直流系統(tǒng)供電設備和系統(tǒng)的就地監(jiān)控功能均已軟件化、集成化、自動化,并具備了遠程控制條件。目前,直流供電系統(tǒng)及及其設備的就地微機監(jiān)控已大量應用,使用良好;遠程監(jiān)控在變電所也逐步推廣,已成趨勢,然而,對直流系統(tǒng)的遠程監(jiān)控自動化還需提出如下的具體要求?! ?.1饋電系統(tǒng)自動化 直流系統(tǒng)的供電方式大都采用全輻射方式或輻射加局域環(huán)網(wǎng)供電方式,對小規(guī)模的變電所,一般從直流饋電屏直接向負荷供電;對發(fā)電廠或大型變電所,大都采用直流主屏—分屏供電方式??紤]到直流電源對用電設備的重要性,直流分屏或重要直流負荷均采用雙路供電方式,兩路電源取自不同母線段?! ?.1.1饋電系統(tǒng)自動化的必要性 饋電系統(tǒng)是直流系統(tǒng)必不可少的重要組成部分,是直流系統(tǒng)向直流負荷供電的通道,是直流供電系統(tǒng)連接直流負荷的橋梁,因此,饋電系統(tǒng)自動化水平的高低,直接影響直流系統(tǒng)整體自動化水平與發(fā)電廠、變電所運行的可靠性。饋電系統(tǒng)的自動化主要為雙回饋電電源的自動切換、饋電回路狀態(tài)監(jiān)視和事故告警三個方面。饋電回路分為直流主屏與分屏間的聯(lián)絡回路和至負荷的饋電回路。對于發(fā)電廠和220kV及以上變電所,由于其采用有人或少人值班方式,加之其直流系統(tǒng)規(guī)模較大,饋線回路眾多,故DCS或計算機監(jiān)控系統(tǒng)沒必要對整個直流系統(tǒng)進行動態(tài)畫面顯示和事故告警,但應有主回路動態(tài)畫面顯示和主回路故障告警(主回路應包括至直流分屏饋線回路、直流油泵供電回路、蓄電池及充電裝置回路),至直流分屏的雙電源自動切換及饋線回路總告警信號。對無人值班的變電所,其直流系統(tǒng)規(guī)模較小,值班人員離現(xiàn)場較遠,可考慮計算機監(jiān)控系統(tǒng)對整個直流系統(tǒng)遠程監(jiān)控的可能性?! ?.1.2饋電系統(tǒng)自動化的可行性隨著直流斷路器的國產(chǎn)化,它已大量在直流系統(tǒng)中應用,使直流系統(tǒng)的保護特性相對于熔斷器更穩(wěn)定、完善和可靠,同時,隨著直流斷路器電動操作結(jié)構(gòu)的誕生,使直流系統(tǒng)的遠程控制成為可能?! ?1)主屏與分屏間的聯(lián)絡線的自動切換 在主屏和分屏側(cè)分別裝設配備電動操作結(jié)構(gòu)的斷路器,主屏側(cè)斷路器配失壓脫扣器,分屏側(cè)斷路器不配失壓脫扣,則先跳本回路分屏側(cè)斷路器,自投另一回路主屏側(cè)和分屏側(cè)斷路器。此控制功能可通過直流系統(tǒng)的監(jiān)控模塊實現(xiàn)。當分屏直流母線故障時,分屏側(cè)斷路器動作,主屏側(cè)斷路器不動作,此時不進行電源切換,避免了分屏母線故障的自投可能引起的故障擴大;當只有主屏側(cè)斷路器動作時,則有可能是主屏母線失電,或聯(lián)絡饋線故障,則先跳故障回路分屏側(cè)斷路器,切開故障饋線,再通過自投自動恢復分屏母線供電。主分屏聯(lián)絡饋線的上述自動切換方式,既簡單又安全可靠,特別是對直流分屏分散設置的發(fā)電廠和變電所,可減輕運行人員的勞動強度,提高直流供電的可靠性?! ?2)直流系統(tǒng)斷路器的遠方控制和動態(tài)畫面顯示 由于各直流用電回路都有完善的電源監(jiān)視手段,故對有人值班的變電所和發(fā)電廠,考慮到其直流饋線較多,全部進入將影響直流微機監(jiān)控模塊、計算機監(jiān)控系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)的容量配置,因此,直接至負荷的直流饋線無必要進行遠方控制和動態(tài)畫面顯示。而對無人值班變電所,一般直流系統(tǒng)的規(guī)模較小,不會對監(jiān)控系統(tǒng)容量配置造成大的影響,而且控制地點離變電所現(xiàn)場較遠,就地控制需要較長時間。因此,對無人值班變電所,可視系統(tǒng)規(guī)模、控制地點遠近,對重要或全部饋線進行遠方控制,對整個直流系統(tǒng)進行動態(tài)畫面顯示,以提高直流系統(tǒng)的運行水平。當然,對于直流主回路,由于直流系統(tǒng)的監(jiān)控模塊已考慮了其監(jiān)控容量,而主回路的監(jiān)控點數(shù)不會影響監(jiān)控系統(tǒng)或DCS的容量,故直流主回路應在監(jiān)控系統(tǒng)或DCS進行監(jiān)控,其畫面顯示方式可與廠用電系統(tǒng)相類似?! ?3)事故報警 饋線事故報警的內(nèi)容主要包括饋線絕緣降低和饋線開關(guān)跳閘。由于直流斷路器大都采用熱磁式保護脫扣器,無保護動作信號輸出。事故報警信號應用與遠方監(jiān)控對象一一對應,對于遠方一對一監(jiān)控的饋線,其報警信號應一對一發(fā)出,以利于運行人員對監(jiān)控對象進行事故判斷。對于饋線絕緣降低信號,可經(jīng)直流監(jiān)控模塊絕緣監(jiān)察裝置間的通信接口輸出,各饋線斷路器跳閘信號,也即斷路器跳閘位置信號,可經(jīng)斷路器輔助觸點送出。 4.2直流系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)或DCS的接口方式 直流系統(tǒng)的監(jiān)控模塊均配有RS232、RS485或MODEM接口,完成直流系統(tǒng)的上下級通信。對變電所,直流系統(tǒng)通過公用接口單元直接與監(jiān)控系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡相連;對發(fā)電廠,直流系統(tǒng)僅通過硬接線向DCS傳送幾個重要的報警信號。直流系統(tǒng)到底采用何種方式與計算機監(jiān)控系統(tǒng)或DCS相連比較合適呢 4.2.1有人值班變電所接口方式 有人值班變電所大都為220kV及以上樞紐變電所,其規(guī)模較大,一般采用分層分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng),間隔層設備及直流分屏分散放置于就地繼電小室內(nèi),直流主屏可根據(jù)具體情況放置于主控制樓或就地繼電小室。對于這類變電所,計算機監(jiān)控系統(tǒng)只對直流主回路及至分屏的聯(lián)絡線進行監(jiān)控,直流監(jiān)控系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)間的信息傳輸量至多在134點左右,其中報警量約14點,斷路器位置信號約64點,模擬信號約6點,控制調(diào)節(jié)信號約50點。變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)的站控層采用以太網(wǎng),與直流監(jiān)控模塊的RS232或RS485接口間不能直接通信,目前,計算機監(jiān)控系統(tǒng)對這類獨立設置的智能裝置設置有公用接口單元,直流監(jiān)控系統(tǒng)通過公用接口單元與站控層網(wǎng)絡相連。 考慮到RS232接口傳輸距離(一般為100m)和傳輸方式(電子傳輸)的缺陷,直流監(jiān)控系統(tǒng)應采用RS485或RS422接口。當然,若直流監(jiān)控系統(tǒng)自行配置通信管理裝置,完成與以太網(wǎng)的通信功能,則直流系統(tǒng)可直接與站控層網(wǎng)絡相連?! ?.2.2無人值班變電所接口方式 這類變電所大都為110kV及以下城網(wǎng)變電所,其計算機監(jiān)控方式分為兩類;第一類為目前新建變電所,其計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用綜合自動化系統(tǒng);第二類為老所改造項目,其計算機監(jiān)控大都在原RTU裝置上擴展控制功能。無人值班變電所的顯著特點為運行人員遠離設備現(xiàn)場,對現(xiàn)場設備采用遠程監(jiān)控方式。這類變電所的規(guī)模普遍較小,現(xiàn)場設備多采用集中放置方式。如前所述,這類變電所的直流系統(tǒng)規(guī)模也較小,宜采用全部遠程監(jiān)控方式。對于新建的采用綜合自動化系統(tǒng)的變電所,其直流系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的接口方式與有人值班變電所一致。對采用原RTU改造的監(jiān)控系統(tǒng),若RTU系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控接口裝置有足夠的容量,其主機有與直流監(jiān)控系統(tǒng)連接的通信接口,則直流監(jiān)控系統(tǒng)可直接與RTU主機通信;若RTU主機無接口,或連接困難,則直流系統(tǒng)可采用MODEM方式,通過電話線路實現(xiàn)“四遙”功能?! ?.2.3發(fā)電廠接口方式 對于采用DCS控制的發(fā)電廠,其直流系統(tǒng)按機組設置,直流系統(tǒng)應與單元機組DCS連接。如前所述,發(fā)電廠直流系統(tǒng)的主回路應納入DCS監(jiān)控,因此,直流系統(tǒng)應通過通信接口與DCS相連,而不是硬接線。電氣納入DCS控制后,控制回路用直流電源由UPS電源取代,直流系統(tǒng)的供電范圍主要為電氣繼電器室內(nèi)的保護和自動裝置、高低壓配電裝置室內(nèi)的操作回路、直流油泵、事故照明、以及其它零星電源。蓄電池及直流系統(tǒng)主屏大都放置在單元控制樓零米或中二層,高壓廠用配電裝置一般放置在汽機房,低壓廠用配電裝置視具體情況放置在汽機房或單元控制樓內(nèi)。直流系統(tǒng)一般采用主屏—分屏供電方式,在電氣繼電器室、高壓廠用配電裝置室設有直流分屏,對低壓廠用配電裝置,視其布置地點和直流用電情況設或不設直流分屏。從直流系統(tǒng)供電范圍、直流及電氣設備布置位置、以及直流分屏的設置可知,發(fā)電機和主變壓器或發(fā)電機一變壓器組控制單元和單元廠用電控制單元內(nèi)設備是直流系統(tǒng)的主要供電對象,也即直流系統(tǒng)與發(fā)電機和主變壓器或發(fā)電機一變壓器組控制單元和單元廠用電控制單元有密切聯(lián)系。因此,直流系統(tǒng)與DCS之間可采用如下連接方式: (1)方式一:通過單元廠用電控制單元的配網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)與單元機組DCS網(wǎng)絡相連; (2)方式二:通過直流監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口管理機直接與單元機組DCS網(wǎng)絡相連; 方式二是直流系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控最直接、最可靠的一種方式。但需要直流系統(tǒng)成套設備廠家提供通信接口管理機,完成直流監(jiān)控系統(tǒng)與DCS之間的通信規(guī)約轉(zhuǎn)換,同時會增加DCS網(wǎng)絡上接口數(shù)量?! Ψ绞揭?,由于配網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)可以配置有通信接口管理機,用于對廠用配電系統(tǒng)進行就地集中監(jiān)控、完成配電系統(tǒng)綜合測控裝置的RS232或RS485接口與上位機連接的通信規(guī)約轉(zhuǎn)換,故直流監(jiān)控系統(tǒng)可直接與其通信管理機相連。再者,廠用配電系統(tǒng)對電廠的重要性高于直流系統(tǒng),直流系統(tǒng)通過單元廠用電控制單元與DCS相連并不降低其監(jiān)控可靠性。因此,就目前電氣納入DCS控制模式看,直流系統(tǒng)通過單元廠用電控制單元進入DCS監(jiān)控是簡單而行之有效的方式。 上述直流系統(tǒng)納入DCS控制的上述模式是在現(xiàn)有設備及控制水平前提下的方式。隨著控制系統(tǒng)和設備技術(shù)的發(fā)展,直流系統(tǒng)納入DCS的控制方式也將隨之發(fā)生變化?! ?、結(jié)束語 直流系統(tǒng),作為發(fā)電廠、變電所的控制電源系統(tǒng),對發(fā)電廠、變電所安全可靠運行、以及控制水平的提高的重要性不容質(zhì)疑。直流系統(tǒng)應納入變電所計算機或發(fā)電廠DCS監(jiān)控,并推薦采用如下方式: (1)對無人值班變電氣,宜將整個直流系統(tǒng)納入計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控; (2)對有人或少人值班變電所和發(fā)電廠,應將直流主回路納入計算機監(jiān)控系統(tǒng)或DCS監(jiān)控; (3)變電所直流系統(tǒng)應直接與站控層網(wǎng)絡相連,發(fā)電廠直流系統(tǒng)宜通過單元廠用配電裝置配網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)與單元機組DCS網(wǎng)絡相連,也可直接與單元機組DCS網(wǎng)絡相連?! 檫m應直流系統(tǒng)的計算機或DCS監(jiān)控,直流系統(tǒng)應完善其監(jiān)控模塊性能和數(shù)據(jù)處理能力、直流斷路器的遙控性能和保護性能,直流監(jiān)控模塊應具有可靠的與計算機監(jiān)控系統(tǒng)和DCS網(wǎng)絡連接的通信規(guī)約轉(zhuǎn)換能力。
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