火电厂厂用电系统设计1

4×300MW火力发电厂电气部分初步设计4×300MW火力发电厂电气部分初步设计摘要随着我国经济发展，对电的需求也越来越大。

电作为我国经济发展最重要的一种能源，主要是可以方便、高效地转换成其它能源形式。

电力工业作为一种先进的生产力，是国民经济发展中最重要的基础能源产业。

而火力发电是电力工业发展中的主力军，截止2022年底，火电发电量达到48405万千瓦，越占总容量77.82%。

由此可见，火力电能在我国这个发展中国家的国民经济中的重要性。

该设计主要从理论上在电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择、配电装置的布局、防雷设计、发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述，并与火力发电厂现行运行情况比较，同时，在保证设计可靠性的前提下，还要兼顾经济性和灵活性，通过计算论证火电厂实际设计的合理性与经济性。

采用软件绘制了大量电气图和查阅相关书籍，进一步完善了设计。

近几年随着我国工业的高速发展，我国电力工业超常规发展，每年装机容量超过6000万千瓦，30万千瓦、60万千瓦亚临界火电机组成为我国电网的主力机组，百万千瓦的超超临界火电机组已经在建。

目前，我国30万千瓦、60万千瓦的火力发电机组，70万千瓦的水力发电机组，在国际招标中标成功率大于90%以上。

这几年电力工业之所以能飞速发展，其重要原因是，为中国电力市场提供的火力发电设备主要立足于国内生产。

这一观点得到国内各发电公司以及电厂老总们的认同。

今天电气制造企业的国内用户率已达到75%以上。

火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。

目前，我国的电力工业已经进入“大电网”、“大机组”、“超高压，交直流输电”、“电网调度自动化”、“状态检修”等新技术发展新阶段，一些世界水平的先进技术，已在我国电力系统得到了广泛的应用。

目录前言第一章电气主体接线的方案论证及设计-------------------------------------第一节6~220KV主接线------------------------------------------------------------------ 第二节主接线设计------------------------------------------------------------------------- 第三节主变压器和发电机中心点接地方式-------------------------------------------第二章厂用电接线设计--------------------------------------------------------------第一节厂用电接线总的要求------------------------------------------------------------- 第二节厂用电压等级---------------------------------------------------------------------- 第三节厂用母线分段---------------------------------------------------------------------- 第四节高压厂用工作电源引线方式---------------------------------------------------- 第五节厂用备用电源的相关设计-------------------------------------------------------第三章火力发电厂的主要设备---------------------------------------------------- 第四章火力发电厂短路电流计算------------------------------------------------第一节110~220KV系统短路电流的计算--------------------------------------------- 第二节6KV厂用电系统的短路电流的计算------------------------------------------第五章火电厂一次设备的选择---------------------------------------------------第一节电气一次设备的选择与校验--------------------------------------------------- 第二节导体的设计------------------------------------------------ 第三节电压互感器和电流互感器的选择------------------------------第六章火电厂防雷与接地规划----------------------------------第七章继电保护------------------------------------------------------------------------第一节概述-------------------------------------------------------------------------------- 第二节发电机的继电保护--------------------------------------------------------------- 第三节变压器的磁电保护--------------------------------------------------------------- 第四节母线的继电器保护---------------------------------------------------------------第八章仪表规划----------------------------------------------------------------------- 后记--------------------------------------------------------------------------------------------- 参考文献毕业设计任务书年月日第一章电气主体接线的方案论证及设计发电厂的电气主接线是高压电器设备通过接线组成的汇集分配和输送电能的电路。

熟 的 主接 线 形 式 。
中 压一 低 压 ９ ． ２ ５ ％
８ ２ ２ ｋ Ｗ
２ ＃主 变 ： Ｓ Ｓ Ｐ ｓ ２ ４ 。 Ｈ ０ ｏ ｏ Ｖ ／ ２ ２ Ｏ
额定容量
额 定电压 连接组别
１ ． 电气 主 接 线设 计
发 电厂 的电气 主接 线是高压 电器设备通过接 线组成 的汇集分配 和输送 电能 的电路 。 电气主接线的设计是发 电厂或变 电所 电气设计 的 主体 。 它与 电力系统 、 电厂动能参数 、 基本原始资料 以及 电厂运行可靠 性、 经济性 的要求等密切相关 ， 并对 电器选择和布置 、 继 电保 护和控制 方式等都有较大的影响 因此 ． 主接线设计 ， 必须结合 电力系统和发 电 厂或变 电所得 具体情况 ． 全 面分析有关影 响因素 。 正确处理 它们 之间 的关系 ． 经过技术 、 经济 比较 ． 合理地选择主接线方案 。 原始资料分析 大、 中型凝气式火 电厂 ， 其容量为 ６ ￣ ２ ２ ０ ＝ １ ３ ２ ０ ＭＷ、 最 大单机容量 为２ ２ ０ ＭＷ ． 年利用小时数 为 ５ ６ ８ ５ ｈ ／ ａ ＞ ５ ０ ０ ０ ｈ ／ ａ ． 又 为火 电厂 ． 在电力系 统 中主要承担基荷 ． 从而该厂主接线设计务必着重考 虑其 可靠性 。从 负荷特点及 电压等级可知 ， 它具有 １ １ ０ 、 ２ ２ ０ ｋ Ｖ两级电压负荷 。１ １ ０ ｋ Ｖ 有 ７回出线 回路 ． ２ ２ ０ ｋ Ｖ有 ６ 回 出线 回路 ．进 出线 总回路数为 ｌ ２回． 呈强联系形式并接受本厂剩余负荷 。可见 。 该厂 ２ ２ ０ ｋ Ｖ级 的接线对可 靠性的要求很 高 ： 为保证检修 出线断路器 不致使对该 回路停 电． 拟采 取带旁路母线接线形式为宜 ： １ ５ ． ７ ５ ｋ Ｖ电压为发 电机 出口电压 ， 既无直 配负荷 ， 又无特殊要求 ， 拟采用单元接线形式 ， 可节省 价格 昂贵的发 电 机出 Ｉ ＝ １ 断路器 ． 又利于配电装置的布局 ２ ２ ０ Ｋ Ｖ主接线设计 对于 ２ ０ ０ ＭＷ 发 电机组 一般采用发 电机 一 变压器 单元接线 。对于 最大机组为 ２ ０ ０ Ｍ Ｗ 以上的发 电机 ， 由于机组容量大 ． 额定电流及短路 电流都很大 ． 发电机出 口短路器制造困难 ． 价格 昂贵 ， 且对供 电可靠性 要求 较高。所以 ． 一般在发电机回路及厂用分支 回路均采用 分相 封闭 母线 ． 而封闭母线回路中一般不装置断路器和隔离开关 当２ ２ ０ ｋ Ｖ出线在 四回及以上 ． １ ｔ ０ ｋ Ｖ出线在六 回及 以上时 ，宜采 用带专用旁路断路器的旁路母线。当断路器为 Ｓ Ｆ ６ 时， 可根 据系统的 实际情况 ， 有条件 的可不设旁路设施 ； 当需要设置旁路设施 ． 且２ ２ ０ ｋ Ｖ 出线在 ６ 回及 以上 ． １ １ ０ ｋ Ｖ出线 在 ８ 回及以上时 ．可采用带 专用旁路 断路器的旁路母线 由于本次设计的电厂在豫北电网中 占重要位置 ． 一旦发 生事故将 引起 河南主 网的解 裂 ． 所 以对 主接线 的稳定 性具有很 高的要求 ， 应 首 先考 虑其稳定性 根据对 比分析 ． 故 拟定采用双母分段带专 用旁路断 路器 的接线形式 变 压器 的 选择 根据设计规划 和负荷要求 ． 四台机组接 人 １ ｌ Ｏ ｋ Ｖ和 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母 线 ． 拟选用两台三绕组变压器和两台双绕组变压器 ． 变压器参 数如下 ： （ １ ） 主变 压 器 ： １ ＃主 变 ： Ｓ Ｓ Ｐ Ｓ 一 ２ ４ ０ ０ ０ ０ Ｖ ／ ２ ２ ０ 额定容量 ２ ４ ０ ｏ ０ ｏ ／ ２ ４ ｏ ｏ ｏ ０ ／ ２ ４ Ｏ ０ ０ ０ ｋ Ｖ Ａ 额 定电压 ２ ４ ２ ￣ ２ ｘ ２ ． ５ ％／ １ ２ １ ／ １ ５ ． ７ ５ ｋ Ｖ 连接组 别 Ｙ０ ， Ｙ ０ ， △一 １ ２ —１ ２ 空载损耗 ２ ４ ５ ｋ Ｗ 空载电流 ０ ． ５ ４ ％ 运行方式 ： 阻抗 电压 短路损耗 高 压一 中 压 ２ ７ ． ６ ％ １ ２ ４ ３ ｋ Ｗ 高压一 低压 １ ６ ． ５ ６ ％ １ ０ １ ６ ． １ ｋ ｗ

第17期2023年9月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.17September,2023作者简介:杨耿涛(1994 ),男,河北隆尧人,助理工程师,本科;研究方向:火电运行㊂火电厂电气自动化控制系统设计杨耿涛(河北兴泰发电有限责任公司,河北邢台045000)摘要:文章依据火电厂运行需求,提出了一种火电厂电气自动化控制系统设计方案㊂系统以DCS 系统为基础,构建了检测保护层㊁通信管理层与上位机系统3个硬件层面的保护层级,并在单神经网络基础上进行了PID 智能控制模块设计㊂在系统功能实现上,文章提出了数据库系统㊁监控系统和应用PID 控制器的控制策略设计内容,并最终确定了火电厂控制策略的最佳应用流程,从而实现了对火电厂电气设备的智慧化控制管理,满足了系统自动化控制管理要求㊂关键词:火电厂;电气自动化;单神经网络;设计流程中图分类号:TM621;TP39㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀目前,我国虽然大力发展绿色电力,但是仍然高度依赖火力发电的发电方式㊂2022年我国火力发电装机量仍然超过了50%,火力发电量占比虽有降低,但是仍然维持在70%以上㊂面对 双碳 目标的提出,火电行业如何推进火电产业转型升级,已经成为整个行业的重点关注话题[1]㊂鉴于此,火电厂采用自动化控制技术提高设备运行效率㊁降低能源消耗,普及与应用电气自动化控制系统已经成为促进火电产业整体良性发展的关键举措㊂1㊀需求分析㊀㊀目前,火电厂的分散控制系统(DSC 系统)主要侧重于汽机锅炉,而忽略了对电气系统的运行监控,且对电气系统运行控制的要求在已有DSC 系统中难以完全得到满足,通过硬接线将电气系统直接与DSC 相连,无法充分发挥出电气系统智能终端装置的测量㊁监控与通信作用,使得基于DSC 系统的电气控制系统自动化水平较低[2]㊂鉴于此,火电厂需要采用分层分布式控制结构进行电气自动化控制系统设计,并采用PID 智能控制器模块实现对电气系统的智能化控制,充分发挥火电厂电气自动化控制系统的优势㊂2㊀火电厂电气自动化控制方案设计2.1㊀总体架构设计㊀㊀本文选用DCS 系统作为系统主站,形成以DCS系统为控制核心的电气自动化控制系统,总体架构如图1所示㊂PLC 与远程输入/输出设备利用远端控制模块实现通信,通过现场总线进行数据交换,PLC 根据远程站对地址设置的要求对远程分站进行地址设置,用于区分从站㊂DCS 系统可直接参与从站数据通信,且不会加剧编程工作量㊂系统中,DCS 系统为总站,远程分站有3个,分别为中间站㊁远程中心站与燃料仓站[3]㊂图1㊀总体架构现场总线为开放全数字化的㊁双向多站的计算机网络,利用该网络将智能终端设备㊁PLC 与现场设备相连,主要采用数字信号的传输模式,不同节点可以共用同一条物理传输介质㊂智能终端设备集成了CPU㊁存储器㊁A /D 转换器与I /O 回路,具体包括中压系统保护测控装置㊁低压系统自动保护装置等,通过智能终端设备进行电气设备运行数据的采集㊁处理与集中控制,将相关信息以数据信号的形式上传至DCS 等控制层,并接受来自控制层的控制指令[4]㊂2.2㊀系统功能层㊀㊀整个系统包括3个功能层,具体如下: (1)监测保护层㊂监测保护层由电气系统保护与自动装置构成,具体包括智能终端设备㊁发变组保护㊁自动励磁装置(AVR)㊁自动同步系统(ASS)等㊂所有保护装置的保护功能具有独立性,通过现场总线将各类设备直接与通信管理层相连,从而实现对这些设备的分散监测与控制㊂(2)通信管理层㊂通信管理层为现场总线,负责接收DCS对监测保护层下达的各项控制指令,以及后台工作站下达的修改定值指令等,并将接收到的指令分发至目标装置㊂同时,通信管理层还需要负责接收不同监测保护装置上传的电气设备运行信息,并反馈至DCS系统与后台工作站㊂通信管理层与DCS系统㊁后台工作站之间的连接采用以太网,通常需要配置通信管理单元,需要提供12个通信接口㊂(3)上位机系统㊂上位机系统包括DCS系统与后台工作站,DCS 系统为核心控制系统,后台工作站主要负责电气设备定值修改㊁管理维护等指令的下达工作㊂2.3㊀基于单神经网络的PID智能控制器模块㊀㊀为了提高系统的智能控制水平,系统在智能终端设备中加入了PID智能控制器模块㊂该模块采用单神经网络的PID智能控制器,有利于提高对电气设备控制的自我学习能力,提升电气设备控制的自适应性,具体结构如图2所示㊂转换器在输入过程中,通过对电气设备运行参数的分析,进一步优化电气设备的被控制过程,改善PID控制水平,以s(r)的设置为例,经过转换器的转换后,直接输出为状态数,其中,Y1(r)与ϕ(r)相同,在此基础上可求解出Y2(r),即ϕ(r)-ϕ(r-1),同理也可以求解出Y3(r)=ϕ(r)-ϕ(r-1)-ϕ(r-2)㊂S 为性能指标,R为神经元比例系数,神经元通过关联检索生成衍生信号H p㊁H i㊁H d,并通过路径优化混合控制策略进行调节,实现对电气设备的自动化控制目标㊂3㊀系统功能实现3.1㊀数据库系统的实现㊀㊀火电厂电气自动化控制系统中的数据库系统通图2㊀PID智能控制器过JdbcOdbc桥接方式实现系统功能,预先将数据库系统与本地Oracle数据库相连,其实现方式为数据源,实现在本地直接对数据库的调用功能㊂完成数据库连接后,系统界面设计中应明确数据库系统功能在火电厂电气自动化控制中的应用方向与管理需求,数据库系统运行管理涉及工作空间㊁台账管理㊁定期工作数据查询和状态管理等多项内容㊂因此,系统界面设计应包含功能定制㊁模型定制㊁角色管理与系统功能设定等内容㊂系统应用时,管理人员可通过导航栏电机相应的功能按钮实现相应的操作指令,如添加工作任务时,可通过数据库系统界面的台账管理㊁电气MIS报表㊁添加记录等模块完成㊂完成系统数据添加后,根据火电厂电气管理工作需要,管理人员可通过选择数据进行修改,但修改功能仅限于部分高等级权限人员,以保证系统数据信息安全㊂数据库系统实现中,管理人员首先需要在数据库建立类模型,类添加属性与字段进行一一对应,通过字段类型确定相应的精度与长度,从而编辑Web中类的属性,包括精度㊁长度㊁种类㊁名称㊁位置㊁项目与人员时间等,从而实现对属性的查看与修改,完成模型构建㊂3.2㊀监控系统的实现㊀㊀(1)电源切换㊂该功能模块可确保火电厂机组的安全运行,可以为机组运行提供备用电源,以保证在异常情况下能够迅速实现电源切换㊂火电厂电气自动化控制中所使用的电母线有工作分支与备用分支两种,工作分支在日常运行状态下接入系统,另外一条线路始终处于备用状态,当出现运行线路异常情况时,监控系统则会立即接入备用电源,从而实现备用线路的稳定供电,保障系统母线供电的稳定性㊂火电厂监控系统运行时有两条供电途径,其中备用电源处于断开状态,运行中两条线路相互备用,通过系统监测开关操作异常情况㊁断路器情况与接线方式进行电源切换操作㊂(2)低压电源切换㊂低压电源系统会根据系统逻辑指令进行自动切换,在低压电源切换中对汽机断路器和合跳闸逻辑指令如表1所示㊂表1㊀汽机断路器合跳闸逻辑指令内容逻辑指令信号名称状态允许合闸条件逻辑断路器分闸位置真断路器远方控制真无断路器控制电源消失非无断路器故障非PC1A段母线PT控制回路断线非PC1A段母线PT直流电源消失非PC1A段母线PT低电压动作非PC1A段母线PT熔断器熔断非侧断路器合闸状态非允许跳闸条件逻辑断路器远方控制真断路器合闸位置真㊀㊀(3)高低压用电控制原理㊂火电厂高低压用电控制均采用远程分合闸控制与就地手动分合闸控制相结合的方式,但高压控制的电气回路转换采用CK转换开关,而低压电气回路转换则采用LK转换开关㊂3.3㊀控制策略设计㊀㊀火电厂电气自动化控制中,设定PID控制器包含3个整定变量H p㊁H i㊁H d,且3个变量均存在5个有效数位㊂之后,将3个参数值抽象化于平面坐标中,并绘制出等间距和等长度的15条垂直x轴的线段,分别为A1,A2,...,A15㊂将所有线段进行九等分,从每条垂直线段上获取相应的10个节点,以此描述线段的数位值㊂此时,平面坐标系中存在15ˑ10个节点,将平面中的节点设定为a(x j,y j,i),其中x j为线段A j 的衡坐标,y j,i为A j上节点i的纵坐标,其数值和节点的纵坐标值相对应㊂在蚁群算法中从坐标原点O出发,其爬行路线可描述为:B={O,a(x1,y1,i),a(x2,y2,i),...,a(x j,y j,i)}在火电厂电气自动化控制中,按照如下流程实现有效控制㊂步骤1:依据参数整定方法(Z-N法),运算PID 参数为H p,s-M㊁H i,s-M㊁H d,s-M㊂步骤2:蚁群种群数目为n,存在15个用于保存途经节点的纵坐标和路径属性信息㊂步骤3:运用混合算法进行参数初始化㊂步骤4:设定变量j的初始值为1,当参数p<p0则计算蚂蚁在线段A j中各个节点转移的概率Q h ji(t),反之,使用赌轮选取方法确定后续节点,并记录数值㊂其计算方法如下:Q h ji(t)=[Ψji(t)]1㊃[ϑji(t)]2ðhɪallowed h[Ψji(t)]1㊃[ϑji(t)]2,iɪallowed h0,elseìîíïïïï式中,allowed h为h下一步可选取的节点; [Ψji(t)]1为描述信息素轨迹强度重要性;[ϑji(t)]2为描述能见度因素的重要性㊂步骤5:当所有蚂蚁走完一个节点后进行局部刷新㊂步骤6:设定j=j+1,若jɤ15,则返回步骤3,反之继续㊂步骤7:根据蚂蚁爬过路径,运算分析此路径所对应的PID参数H h p㊁H h i㊁H h d,通过仿真计算,获取火电厂电气自动控制系统性能指标S h z㊁稳态误差d h和超调量e h,计算其所对应的目标函数㊂步骤8:刷新全部信息素,并自适应调整全体信息发挥系数,刷新方式如下所示:Ψjiѳ(1-∂)㊃Ψji+∂㊃ΔΨji步骤9:运用单点交叉策略实施杂交,衍生出新的个体㊂步骤10:通过基本位变异方法再次计算每个参数值㊂步骤11:若控制策略中全部蚁群没有收敛至相同路径,则需再次将所有蚂蚁放置于起点位置并跳至步骤4㊂反之停止运算,输出最佳路径与相应参数㊂4　结语㊀㊀火电厂电气自动化控制系统的构建仍然以采用DCS系统作为首选,该系统在工业自动化控制方面具有其他控制系统难以比拟的应用优势,在现场总线技术出现以后,DSC系统在火电厂电气自动化控制方面的应用也可以得到进一步发展,以现场总线实现DSC 系统同智能终端设备的连接,可以有效解决基于DSC 系统的电气控制系统自动化水平较低的问题,并通过智能终端设备的优化,可以实现对电气设备的智慧化控制,真正发挥出火电厂电气自动化控制系统的控制作用㊂参考文献[1]刘放.探究大型火电厂电气自动化控制技术[J].电气技术与经济,2023(3):84-87.[2]吴燕峰.智能化技术在电气自动化控制系统开发中的运用研究[J].设备监理,2023(2):1-3,8. [3]田野.大型火电厂电气自动化控制技术研究[J].现代工业经济和信息化,2021(10):135-136,139. [4]乔建平,杨志荣,郭芬.解析火电厂电气自动化与电气工程融合运用[J].中国新技术新产品,2020 (9):43-44.(编辑㊀李春燕)Design of electrical automation control system for thermal power plantsYang GengtaoHebei Xingtai Power Generation Co. Ltd. Xingtai045000 ChinaAbstract This article proposes a design scheme for the electrical automation control system of thermal power plants based on their operational requirements.The system construction is still based on the DCS system with three hardware level protection layers detection protection layer communication management layer and upper computer system.PID intelligent control module design is also carried out on the basis of a single neural network.In terms of system function implementation the design content of control strategies for database systems monitoring systems and application PID controllers was proposed and the optimal application process of control strategies for thermal power plants was ultimately determined thus achieving intelligent control and management of electrical equipment in thermal power plants and meeting the requirements of system automation control management.Key words thermal power plant electrical automation single neural network design process。