火电厂电气二次系统设计分析

2019.2·今日自动化 11控制系统与技术 Control system and technology

0　引言

随着社会的发展与进步，火电厂的技术要求也越

来越高，技术高度变得越来越密集。文中将深入分析

和探讨火电厂电气二次系统的设计问题, 保障二次系

统的设计质量。

1　火电站电气二次设计

1.1　调度管理

火电站装机容量180 MW，其接线形式为发电机－

变压器组单元接线。在火电站调度管理方面，考虑电

站由省中心调度通信局统一调度管理，故应向省中心

调度通信局传送本电站的运行状态和实时运行参数，

并执行其调度命令。

1.2　控制管理方式

本电站拟采用1套全计算机监控设备对全厂所有

机电设备进行集中监控，运行方式按“无人值班”

（少人值守）考虑。

1.3　自动监视控制范围

三台水轮发电机组及附属系统设备监控、坝区的

实时数据监视厂用电系统设备监控、主变压器监控、

全厂公用及辅助系统设备监控以及220 kV开关站设备

监控[1]。

1.4　全厂计算机监控系统

本电站属中型电站，监控系统应满足简单可靠、

经济实用和操作方便的要求。本电站计算机监控系统

拟采用全开放分层分布式结构；设置负责全厂集中监

控的主控级；设置完成对主变及220 kV开关站设备的

监控任务的一个现地控制单元级；设置完成对水轮发

电机组及机组附属设备的监控任务的三个现地控制单

元级；设置完成对电站公用及辅助系统设备的监控任

务的一个现地控制单元级。计算机监控系统网络结构

采用单光纤以太网。

1.5　励磁系统设计

本电站拟采用自并励静止电压源可控硅整流励磁系统，即发电机的励磁功率由接在机端的励磁变压器

经可控硅整流器整流后供给。自并励静止电压源可控

硅整流励磁系统由励磁电源变压器、保护、非线性灭

磁电阻、信号设施、三相全控桥可控硅整流装置、励

磁系统控制、励磁回路断路器、检测、微机励磁调节

器、辅助功能单元、起励装置等。

1.6　机组辅助设备、全厂公用设备的自动控制系统

本电站机组励磁设备、全厂公用设备（如渗漏排

水、压缩空气装置、生活消防供水、采暧通风等）、机

组调速器设备、机组辅助设备分别设置功能完善的、独

立可靠的 PLC或微机型控制装置，其主要作用是接受计

算机监控系统所下达的命令，并负责设备监控。

1.7　火灾自动报警系统

在火电站厂房位置以及坝区位置，都需要设置微

机型火灾自动报警系统，其主要作用是与电站建立监

控通信，如果发生火灾，则可以及时将火灾信号传递

至计算机监控系统中。在厂房火灾自动报警系统监控

方面，采用集中报警控制方式，其主要作用是对厂房

内的所有设备实行火灾检测，如果发生火灾，则还需

要负责自动报警，并控制消防联动[2]。在坝区采用区

域报警监控方式，同时还需要注意设置报警设备，如

果发生火灾，则应该立即将火灾信号传递至计算机监

控系统中。

1.8　继电保护及安全自动装置

在该火电站建设中，对于所有保护设备，都采用

微机型。为了确保发电机、主变压器保护装置的正常运

行，应该提升其抗干扰能力，并要求具备良好的自检功

能和自恢复功能，同时还能够与计算机监控系统实现通

信。根据发电机、主变压器等主设备分别组屏。对于厂

用变压器及全厂供配电系统等的继电保护装置，分别采

用微机型测控保护综合装置，安装在相应的高压开关柜

上，测控保护综合装置采用I/O和数字通信两种接口方

式与计算机监控系统的公用LCU联接。火电厂电气二次系统设计分析

张玮玮

（中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京 100032）

摘要：文中通过查阅大量的资料，对火电厂电气二次系统进行合理的设计，对变电站二次系统设计方案实施与布置现状的成果进行总结，以保障火电厂电气二次系统的设计质量。关键词：火电厂；电气二次；设计分析中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：2095-6487（2019）02-0011-02今日自动化·2019.212Control system and technology 控制系统与技术

1.9　二次接线

含测量系统、同期系统、开关操作及闭锁、信号

系统、电流电压互感器配置、电流电压互感器配置等

内容。

1.10　控制保护电源

在该火电站建设中，秉持无人值班或者尽量少人

值班的原则，因此，变压器保护、220 kV线路保护均

按双套配置，重要的控制回路也考虑了必要的冗余，

故要求控制保护电源必须安全可靠且也应按冗余进行

配置。

在厂区控制方面，可以采用两套阀控式密封铅酸

蓄电池作为电源，蓄电池直流 220V，蓄电池容量初

步估算为400 Ah，蓄电池只数为104只，单体蓄电池

浮充电压为2.23 V。因坝区离厂房较远，故在坝区配

置1套阀控式密封铅酸蓄电池，蓄电池电压采用直流

220 V，蓄电池容量初步估算为100 Ah，蓄电池只数

为18只，单体蓄电池浮充电压为13.38 V。厂区220 V

直流系统充电浮充电装置选用两套微机型高频开关电

源装置。两套微机型高频开关电源装置在正常运行时

并行工作。坝区220 V直流系统充电浮充电装置选用

一套微机型高频开关电源装置，并选择10 A的充电模

块，并采用单母线分段接线形式。本电站设备所需的

交流控制操作电源取自厂用电380/220 V系统。计算

机监控系统上位机及网络设备设置有独立的电源装置

（UPS）。

2　变电站二次系统设计方案

2.1　变电站中央信号系统

优化了原有的中央信号系统，推广闪光报警器的

应用。闪光报警器接线简单、技术含量高、信号回路

设计不需要考虑重复动作，经过运行实践表明，使用

闪光报警器的中央信号系统性能和技术指标优于以

往。与微机监控系统相结合运行，信号系统运行平

稳，数据处理能力大幅度提高，而且操作简单快捷。

2.2　控制室、继电室布置

加强二次设备间的通信能力，利用一条总线传输

数据，实现远方和控制，采用保护小室下布置配电装

置的方案，分别设置了500 kV的保护小室一个，220

kV的保护小室两个，35 kV保护小室一个，减少了一次

设备的电缆数量。为加强抗干扰能力，在保护小室下

布置继电保护及控制设备，以保护变电站安全运行。

2.3　变电站微机控制系统

以Windows NT为操作系统平台，由数据服务器、WEB服务器等构成以太总线网，采用星型连线、分布

结构，使得软硬件平台可以根据需要灵活配置。系统

使用计算机数据库计算模式，对客户端程序和服务器

的实时数据信息、数据曲线、系统选用的关系数据进

行分析和处理，数据库管理系统拥有网络环境下的服

务器结构，可以使用数据库查询语言对历史数据和实

时数据进行收集、分析和计算整理出客户端需要的数

据信息，以影像、图表、声音等形式直观地将数据分

析结果展示给使用者，实现了客户端与服务器之间的

智能化运作模式。

2.4　变电站直流操作电源

变电站使用的阀控式铅酸蓄电池组以及配套的充

电设备，具有不需加酸、水维护、没有酸雾逸出、对

系统设备没有腐蚀、不会对环境造成污染、电池重量

轻、体积小，电量数值的精确度高、电池和充电设备

安装使用方便简单，从使用效果看，这套蓄电充电组

合比一般电池的使用寿命长、效果好[2]。

2.5　变电站继电保护及自动装置

集成电路型和微机型变电站自动调压装置由微机

型自动重合闸装置,继电保护自动装置、备用电源自

动调压装置、变电站投入装置等构建组成。自动调压

功能自动化综合系统,设置220 kV以上调压等级的线

路,装设手动准同期和不同期装置、手动捕捉同期装

置，形成了同期功能和不同期系统的简化运行,而且

操作方便、简化了人为操作的流程,降低了继电保护

自动装置的运行成本，运行安全可靠。

3　结束语

在火力发电厂中，厂用电二次线设计优化的运用

只是一个良好的开端，伴着电厂控制自动化水平的持

续提升，电气设备步入电厂厂DCS控制的方案如今运

用得较为普遍。为了与当前国电公司的改革思路相互

配合好，如何提升电厂自动化水平、优化设计、节约

投资、提高效率变成了一个亟待设计人员探讨的问

题，具有极大的研究意义。

参考文献

[1]　刘冬.浅谈火电厂自动化控制改造的有效方法[J].中国集体

经济. 2009(24):168.

[2]　段新文.电厂电气二次设备及自动化改造探讨[J].中国科技

信息. 2011(14)：79-80.

[3]　唐利金.电厂电气二次设备及自动化改造探讨[J].民营科技.

2016(9)：23-24.