直流系統(tǒng)自動(dòng)化要求及應(yīng)用研究
2.3直流監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品自動(dòng)化水平 各直流系統(tǒng)設(shè)備成套廠家充分利用微機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，研究開發(fā)了滿足發(fā)電廠、變電所各種自動(dòng)化水平需求的產(chǎn)品。目前，常用的直流監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備及其自動(dòng)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(yīng)用和發(fā)展而發(fā)展的，而且其供電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平已趨于完善和成熟。 3、直流系統(tǒng)自動(dòng)水平應(yīng)用現(xiàn)狀 目前，絕大部分新設(shè)計(jì)變電所均采用了計(jì)算機(jī)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(jìn)行控制系統(tǒng)改造。我院近期設(shè)計(jì)的所有變電所，不論是110kV及以下的無(wú)人值班變電所，還是220kV和500kV樞紐變電所，都采用了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，取消了硬接線(操動(dòng)機(jī)構(gòu)部分仍采用硬接線)。我院正在設(shè)計(jì)的單機(jī)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(jī)必須的少量電氣硬接線外，所有集控室電氣設(shè)備和系統(tǒng)均納入DCS控制。獨(dú)立設(shè)置的電氣保護(hù)和自動(dòng)裝置也經(jīng)通信接口與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或DCS相連。對(duì)于采用計(jì)算機(jī)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(jī)集中監(jiān)控功能和遠(yuǎn)程監(jiān)控接口，能經(jīng)通信接口與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或DCS相連?！ ?.1發(fā)電廠直流系統(tǒng)自動(dòng)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(wú)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(qiáng)化和直流系統(tǒng)本身控制水平的提高，而未對(duì)其遠(yuǎn)方監(jiān)控(即DCS監(jiān)控)提出要求。直流系統(tǒng)與DCS之間無(wú)論是通過(guò)硬接線還是通過(guò)通信接口連接，均只單向由直流系統(tǒng)向DGS傳輸重要測(cè)量和報(bào)警信號(hào)，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(dòng)化水平 由于變電所計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)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(gè)完整和獨(dú)立的智能系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)通信接口可靠連接，在變電所計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)操作員站或遠(yuǎn)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(shè)計(jì)或已經(jīng)投運(yùn)的變電所的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的公用接口單元，通過(guò)公用接口單元直接與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)相連; (2)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)顯示直流系統(tǒng)主回路畫面，通過(guò)人機(jī)接口監(jiān)視直流系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài); (3)運(yùn)行人員通過(guò)人機(jī)接口可對(duì)充電裝置參數(shù)進(jìn)行遙調(diào); (4)直流系統(tǒng)重要設(shè)備和裝置的故障狀態(tài)監(jiān)視; (5)對(duì)于無(wú)人值班變電所，直流系統(tǒng)信息可通過(guò)計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)的遙測(cè)、遙信?！ ?、直流系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)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(shè)備的自動(dòng)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(shè)備和系統(tǒng)的就地監(jiān)控功能均已軟件化、集成化、自動(dòng)化，并具備了遠(yuǎn)程控制條件。目前，直流供電系統(tǒng)及及其設(shè)備的就地微機(jī)監(jiān)控已大量應(yīng)用，使用良好;遠(yuǎn)程監(jiān)控在變電所也逐步推廣，已成趨勢(shì)，然而，對(duì)直流系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化還需提出如下的具體要求?！ ?.1饋電系統(tǒng)自動(dòng)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(duì)小規(guī)模的變電所，一般從直流饋電屏直接向負(fù)荷供電;對(duì)發(fā)電廠或大型變電所，大都采用直流主屏—分屏供電方式。考慮到直流電源對(duì)用電設(shè)備的重要性，直流分屏或重要直流負(fù)荷均采用雙路供電方式，兩路電源取自不同母線段。 4.1.1饋電系統(tǒng)自動(dòng)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(fù)荷供電的通道，是直流供電系統(tǒng)連接直流負(fù)荷的橋梁，因此，饋電系統(tǒng)自動(dòng)化水平的高低，直接影響直流系統(tǒng)整體自動(dòng)化水平與發(fā)電廠、變電所運(yùn)行的可靠性。饋電系統(tǒng)的自動(dòng)化主要為雙回饋電電源的自動(dòng)切換、饋電回路狀態(tài)監(jiān)視和事故告警三個(gè)方面。饋電回路分為直流主屏與分屏間的聯(lián)絡(luò)回路和至負(fù)荷的饋電回路。對(duì)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)沒必要對(duì)整個(gè)直流系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)畫面顯示和事故告警，但應(yīng)有主回路動(dòng)態(tài)畫面顯示和主回路故障告警(主回路應(yīng)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(dòng)切換及饋線回路總告警信號(hào)。對(duì)無(wú)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(chǎng)較遠(yuǎn)，可考慮計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)直流系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的可能性?！ ?.1.2饋電系統(tǒng)自動(dòng)化的可行性隨著直流斷路器的國(guó)產(chǎn)化，它已大量在直流系統(tǒng)中應(yīng)用，使直流系統(tǒng)的保護(hù)特性相對(duì)于熔斷器更穩(wěn)定、完善和可靠，同時(shí)，隨著直流斷路器電動(dòng)操作結(jié)構(gòu)的誕生，使直流系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制成為可能?！ ?1)主屏與分屏間的聯(lián)絡(luò)線的自動(dòng)切換 在主屏和分屏側(cè)分別裝設(shè)配備電動(dòng)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(guò)直流系統(tǒng)的監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)。當(dāng)分屏直流母線故障時(shí)，分屏側(cè)斷路器動(dòng)作，主屏側(cè)斷路器不動(dòng)作，此時(shí)不進(jìn)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(kuò)大;當(dāng)只有主屏側(cè)斷路器動(dòng)作時(shí)，則有可能是主屏母線失電，或聯(lián)絡(luò)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(guò)自投自動(dòng)恢復(fù)分屏母線供電。主分屏聯(lián)絡(luò)饋線的上述自動(dòng)切換方式，既簡(jiǎn)單又安全可靠，特別是對(duì)直流分屏分散設(shè)置的發(fā)電廠和變電所，可減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高直流供電的可靠性?！ ?2)直流系統(tǒng)斷路器的遠(yuǎn)方控制和動(dòng)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(duì)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(jìn)入將影響直流微機(jī)監(jiān)控模塊、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)的容量配置，因此，直接至負(fù)荷的直流饋線無(wú)必要進(jìn)行遠(yuǎn)方控制和動(dòng)態(tài)畫面顯示。而對(duì)無(wú)人值班變電所，一般直流系統(tǒng)的規(guī)模較小，不會(huì)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)容量配置造成大的影響，而且控制地點(diǎn)離變電所現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)，就地控制需要較長(zhǎng)時(shí)間。因此，對(duì)無(wú)人值班變電所，可視系統(tǒng)規(guī)模、控制地點(diǎn)遠(yuǎn)近，對(duì)重要或全部饋線進(jìn)行遠(yuǎn)方控制，對(duì)整個(gè)直流系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)畫面顯示，以提高直流系統(tǒng)的運(yùn)行水平。當(dāng)然，對(duì)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(diǎn)數(shù)不會(huì)影響監(jiān)控系統(tǒng)或DCS的容量，故直流主回路應(yīng)在監(jiān)控系統(tǒng)或DCS進(jìn)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(bào)警 饋線事故報(bào)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(hù)脫扣器，無(wú)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)輸出。事故報(bào)警信號(hào)應(yīng)用與遠(yuǎn)方監(jiān)控對(duì)象一一對(duì)應(yīng)，對(duì)于遠(yuǎn)方一對(duì)一監(jiān)控的饋線，其報(bào)警信號(hào)應(yīng)一對(duì)一發(fā)出，以利于運(yùn)行人員對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行事故判斷。對(duì)于饋線絕緣降低信號(hào)，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(hào)，也即斷路器跳閘位置信號(hào)，可經(jīng)斷路器輔助觸點(diǎn)送出?！ ?.2直流系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)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(jí)通信。對(duì)變電所，直流系統(tǒng)通過(guò)公用接口單元直接與監(jiān)控系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)相連;對(duì)發(fā)電廠，直流系統(tǒng)僅通過(guò)硬接線向DCS傳送幾個(gè)重要的報(bào)警信號(hào)。直流系統(tǒng)到底采用何種方式與計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，間隔層設(shè)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(duì)于這類變電所，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)只對(duì)直流主回路及至分屏的聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行監(jiān)控，直流監(jiān)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)間的信息傳輸量至多在134點(diǎn)左右，其中報(bào)警量約14點(diǎn)，斷路器位置信號(hào)約64點(diǎn)，模擬信號(hào)約6點(diǎn)，控制調(diào)節(jié)信號(hào)約50點(diǎn)。變電所計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)這類獨(dú)立設(shè)置的智能裝置設(shè)置有公用接口單元，直流監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)公用接口單元與站控層網(wǎng)絡(luò)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(yīng)采用RS485或RS422接口。當(dāng)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(luò)相連?！ ?.2.2無(wú)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(jì)算機(jī)監(jiān)控方式分為兩類;第一類為目前新建變電所，其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng);第二類為老所改造項(xiàng)目，其計(jì)算機(jī)監(jiān)控大都在原RTU裝置上擴(kuò)展控制功能。無(wú)人值班變電所的顯著特點(diǎn)為運(yùn)行人員遠(yuǎn)離設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采用遠(yuǎn)程監(jiān)控方式。這類變電所的規(guī)模普遍較小，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(yuǎn)程監(jiān)控方式。對(duì)于新建的采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變電所，其直流系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的接口方式與有人值班變電所一致。對(duì)采用原RTU改造的監(jiān)控系統(tǒng)，若RTU系統(tǒng)的遙測(cè)、遙信、遙控接口裝置有足夠的容量，其主機(jī)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(jī)通信;若RTU主機(jī)無(wú)接口，或連接困難，則直流系統(tǒng)可采用MODEM方式，通過(guò)電話線路實(shí)現(xiàn)“四遙”功能?！ ?.2.3發(fā)電廠接口方式 對(duì)于采用DCS控制的發(fā)電廠，其直流系統(tǒng)按機(jī)組設(shè)置，直流系統(tǒng)應(yīng)與單元機(jī)組DCS連接。如前所述，發(fā)電廠直流系統(tǒng)的主回路應(yīng)納入DCS監(jiān)控，因此，直流系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)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(hù)和自動(dòng)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(jī)房，低壓廠用配電裝置視具體情況放置在汽機(jī)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(shè)有直流分屏，對(duì)低壓廠用配電裝置，視其布置地點(diǎn)和直流用電情況設(shè)或不設(shè)直流分屏。從直流系統(tǒng)供電范圍、直流及電氣設(shè)備布置位置、以及直流分屏的設(shè)置可知，發(fā)電機(jī)和主變壓器或發(fā)電機(jī)一變壓器組控制單元和單元廠用電控制單元內(nèi)設(shè)備是直流系統(tǒng)的主要供電對(duì)象，也即直流系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)和主變壓器或發(fā)電機(jī)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(guò)單元廠用電控制單元的配網(wǎng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與單元機(jī)組DCS網(wǎng)絡(luò)相連; (2)方式二：通過(guò)直流監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口管理機(jī)直接與單元機(jī)組DCS網(wǎng)絡(luò)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(shè)備廠家提供通信接口管理機(jī)，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(shí)會(huì)增加DCS網(wǎng)絡(luò)上接口數(shù)量?！ ?duì)方式一，由于配網(wǎng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以配置有通信接口管理機(jī)，用于對(duì)廠用配電系統(tǒng)進(jìn)行就地集中監(jiān)控、完成配電系統(tǒng)綜合測(cè)控裝置的RS232或RS485接口與上位機(jī)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(jī)相連。再者，廠用配電系統(tǒng)對(duì)電廠的重要性高于直流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)通過(guò)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(guò)單元廠用電控制單元進(jìn)入DCS監(jiān)控是簡(jiǎn)單而行之有效的方式?！ ∩鲜鲋绷飨到y(tǒng)納入DCS控制的上述模式是在現(xiàn)有設(shè)備及控制水平前提下的方式。隨著控制系統(tǒng)和設(shè)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(yǔ) 直流系統(tǒng)，作為發(fā)電廠、變電所的控制電源系統(tǒng)，對(duì)發(fā)電廠、變電所安全可靠運(yùn)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(yīng)納入變電所計(jì)算機(jī)或發(fā)電廠DCS監(jiān)控，并推薦采用如下方式： (1)對(duì)無(wú)人值班變電氣，宜將整個(gè)直流系統(tǒng)納入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控; (2)對(duì)有人或少人值班變電所和發(fā)電廠，應(yīng)將直流主回路納入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或DCS監(jiān)控; (3)變電所直流系統(tǒng)應(yīng)直接與站控層網(wǎng)絡(luò)相連，發(fā)電廠直流系統(tǒng)宜通過(guò)單元廠用配電裝置配網(wǎng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與單元機(jī)組DCS網(wǎng)絡(luò)相連，也可直接與單元機(jī)組DCS網(wǎng)絡(luò)相連?！ 檫m應(yīng)直流系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)或DCS監(jiān)控，直流系統(tǒng)應(yīng)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(hù)性能，直流監(jiān)控模塊應(yīng)具有可靠的與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和DCS網(wǎng)絡(luò)連接的通信規(guī)約轉(zhuǎn)換能力。
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