文档介绍：发电厂电气控制系统初探与顺控方案研究
摘要: 针对300MW机组电气控制系统(ECS)的特点,设计了火力发电厂ECS和发电机顺序控制系统;分析了同期装置的控制过程,研究开发了准同期装置的模糊控制算法,提高了发电机组自动化水平,更好地实现了机、炉、电的协调控制。
关键词: 发电厂;分散控制系统;电气控制系统;自动准同期
1 系统安全性可靠性分析
双机冗余设计
为了保障电气控制系统(ECS)的安全运行,主机为双机冗余设计,通过硬件电路及软件判断,确保双机在同一环境中保持同步运行。其中,一台机为主控状态,另一台机(从机)为副控状态。U 和保安二路电源进入ECS后经低通滤波处理后分别引至各模件,他们互为备用,从而保证任一路电源消失后不掉电,以免因计算机系统数据丢失和控制系统失灵而引起事故发生。
抗干扰措施
(1) 干扰源分布。
内部干扰源主要有元器件的固有噪声、分布电容引起的耦合效应、多点接地引起的电位差和电源系统引入的干扰等。外部干扰主要包括二个方面:一是工作环境的影响,大功率电气设备和输电线路造成的电磁场以及通信发射的无线电波等;二是自然方面的干扰,如雷击、温度、湿度变化所引起的干扰等。
分析研究干扰源是抗干扰的前题。设计中采取消除干扰源,避开干扰源,切换干扰传播途径,是抗干扰技术中最为有效的方法。
(2) 消除电源系统干扰的措施。
在供电回路中,采用隔离变压器使分散控制系统(DCS)接地与动力强电系统接地相独立以消除共模干扰。同时,采用电源低通滤波系统能有效地消除由电网进入的高次谐波。
(3) 减少电磁干扰的措施。
电磁感应产生的磁场干扰,会造成变送器不能正常工作,也会使显示器画面摆动、色斑颜色纯度变坏,有时甚至破坏计算机的磁盘内存存储的内容,造成DCS瘫痪。电磁波干扰的实测数据列于表1。设计中采取抗电磁干扰的措施,使DCS设备与磁场相隔离。同时ECS的铁皮柜的屏蔽作用可增强抗磁场干扰能力。
(4) 信号线路的传送干扰及对应的措施。
ECS的控制对象是生产工艺上的电流、电压参数及开关的状态等开关量。这些参数通过变送器转换后进入ECS时,为了防止在线路传输过程中产生传送干扰,一般用屏蔽电缆传输且要求屏蔽电缆只在机柜一端接地。敷设屏蔽电缆时尽量不与动力电缆靠近或平行,并应远离大功率变压器等感性负荷。
(5) 接地技术的应用。
设备的外壳以及屏蔽层与大地相连,其接地回路要专门设计,接地电阻小于5Ω。
表1 电磁波干扰造成仪表误差的实测数据

2 ECS设计和软件开发
ECS设计
针对火电厂生产工艺的特殊性和要求,所设计的监控系统的主要功能有:系统自检、图形显示、单点显示、数据一览、报警显示、趋势(实时趋势和历史趋势)、报表打印、条件触发器。
软件开发
顺控并网
(1) 实现条件。
采取顺控并网,考虑的2个具体指标是相角差、频差,要求相角差不超过±10°,频差低于03 Hz。
(2) 控制对象的动态特征。
机组启动,通过点火、冲转、暖机、升速等一系列操作,汽轮机转速达到3000r/min后保持相对稳定,此时检查励磁系统,励磁调节器进行调节以满足电压要求;
数字式电液控制DEH进行调速以满足频率要求。正常后,合上磁场开关,投入励磁调节器,开始零起升压,中控置位,建立电压,电压升至额定值后由同期装置检测,待发电机侧与系统侧的相位差、频差、幅值差等各项指标均满足要求时发出合闸指令。
理想情况下,要求合闸瞬间,发电机侧同系统侧的电压幅值差、相位差、频差均为零,此时对发电机的冲击最小。统计数字表明,手动同期或不良同期装置是损坏发电机的主要因素。在准同期并网的3个条件中电压差和频率差不是伤害发电机的重要原因,而相位差才是损害发电机的最危险因素。
相位差是指发电机的转子直轴和由定子三相电流合成的同步旋转磁场的磁轴之间的相位差。在断路器合闸的一瞬间,系统电压施加在发电机定子上,由其产生的三相电流合成的以角速度ω旋转的旋转磁场,将产生一电磁转矩并强迫发电机转子轴系(发电机转子、汽轮机转子、励磁机转子等的合成体)的磁轴与其取向一致,这一拉入同步的过程是一数百吨质量的转子轴系于极短时间内在定子电磁转矩作用下旋转一个角度的过程。这一过程对于转子轴系绕组及机械体系的伤害是巨大的。另外,还需考虑发电机并网过程中可能导致的次同步谐振(扭振)。
(3) 顺控并网的组态实现。
当发电机转速高于2940r/min、202处于分闸位、202 - 1、202 - 2刀闸处于合位、2号机主交中性点刀闸处于合位、手动柜输出Q
6开关处于分位、励磁调节器A柜输出开关处于合位、励磁调节器B柜输出开关处于合位、202开关接地刀闸处于