锅炉:14.发电厂电气控制、测量与信号.ppt
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- 锅炉 14. 发电厂 电气控制 测量 信号
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1、 第十四章第十四章 发电厂电气控制、测量与信号发电厂电气控制、测量与信号大容量机组由于参数的提高、系统的复杂,因而在运行中需要监视的参数和操作的项目大量增加。300600MW机组,需要监视的参数有1000个以上,操作项目有500个以上。如果用常规仪表及运行人员手动操作,其紧张程度是可想而知的。参数变化的快速性、操作的多样性和急迫性,稍一疏忽,就可能造成重大事故。所以随着大机组的发展,以计算机为核心的监视和控制自动化系统是大机组所必需的。以计算机为核心的监视和控制自动化系统功能: (1)监测系统,又称数据采集系统(DAS)。它能每秒钟将全厂1000多个仪表量(如压力温度、电流、水位等)和1000
2、多个开关量(如开关的通断、阀门的开闭等)自动巡回检测自动巡回检测一次。 参数越限,报警参数越限,报警、打印打印;还能在屏幕上显视显视几十幅系统图,供运行人员选择,并具有操作指导功能。 DAS还有事故分析功能,顺序记录 。事故发生时,能以1ms的分辨率,打印出各个信号发出的先后顺序,并打印出每个参数的变化过程。定期制表,按时、日、月打出各个参数,包括最大值,最小值、平均值、累计值。(2)控制系统,包括分布式微机控制系统(DCS)、数字电液控制系统(DEH)、协调控制系统(CCS)、程控系统(SCS)等。它能使汽轮发电机组自动冲转、升速、暖机、升电压、同期、并网、带负荷,并能按照运行人员的指令,自
3、动改变到某一目标负荷。 CCS可以将汽机和锅炉作为一个整体,协调地调节负荷,使各项参数达到最优值。 当某一辅机故障时,能自动降低负荷到预定值(RUNBACK);当甩负荷时,能快速返回到空负荷,维持厂用电(FCB)。 第一节第一节 发电厂的控制方式发电厂的控制方式 大机组发电厂的控制方式可分为单元控制兼网络控制大机组发电厂的控制方式可分为单元控制兼网络控制室及单元集中控制室与网络控制室相互独立的两种类型。室及单元集中控制室与网络控制室相互独立的两种类型。 一、单元控制室及网络控制室的控制方式 600MW发电机组,通常将一个单元的机、炉、电的所有设备和系统集中在一个单元控制室控制。 在单元控制室内
4、电气部分控制的设备和元件主要有:汽轮发电机及其励磁系统、主变压器、厂高变、高压厂备变或启备变压器、高压厂用电源、主厂房内采用专用备用电源的低压厂用变压器等。 全厂共用的设备,集中在第一单元控制室控制,而其他单元控制室也有必要的信号及调节手段。 采用单元制方式的发电厂: 当高压网络出线较少或远景规划明确时,网控部分可设在第一单元控制室内, 当高压网络出线较多或配电装置离主厂房较远时,一般另设网控室。高压网络采用一个半断路器接线时,发电机一变压器组设备较为重要,为防止误操作,与此有关的两台断路器,集中在单元控制室控制。 二、单元控制室的布置二、单元控制室的布置 大型电厂单元控制室通常设计成单机一控
5、或两机一控。 控制室内的布置,对两机一控单元控制室,炉机电屏(BTG)的布置多采用门型布置;两台机组控制屏的布置,按相同的炉、机、电顺序排列。 当在单元控制室布置网控屏时,一般将网控屏布置在第一单元控制室两台机组控制屏的中间。网络部分的继电保护、自动装置和变压器屏布置在继电器室内,发电机组的调节器、保护设备、自动装置及计算机等布置电子设备室内。 600MW机组的大型电厂,通常将集散系统的CRT布置在炉机电屏(BTG)的前面,以便通过CRT实现全厂的控制监视。图14-1为一种有两台600MW机组,单元控制室与网控室合一的平面布置方式。从值长台看去,BTG屏、网控屏呈门型,网控屏在中间。三、网控屏
6、屏面布置 控制屏上一般有开关控制手柄或按钮、指示灯、光字牌、仪表、调节手柄等设备。操作设备与安装单位的模拟接线相对应,功能相同的操作设备,布置在相对应的位置上,操作方向全厂应一致。 图14-2为网控屏屏面布置的一种布置型式。 第二节 断路器控制 一、断路器控制方式按其操作电源,可分为强电控制与弱电控制两种,前者一般为110V或220V电压,后者为48V及以下电压;按操作方式,可分为一对一控制和选线控制两种。 根据不同特点,强电控制一般分为下列三类: (1)根据控制地点,可分为集中控制与就地控制两种。 (2)按跳、合闸回路监视方式,可分为灯光监视和音响监视两种。 (3)按控制回路接线,可分为控制
7、开关具有固定位置的不对应接线与控制开关触点自动复位的接线两种。弱电控制方式有以下两类: (1)弱电一对一控制。重要的电力设备,如发电机一变压器组、高压厂用变压器及启动备用变压器等,其重要性较高,但操作概率较低,宜采用一对一控制。 (2)弱电选线控制。常用的选线方式有按钮选线控制、开关选线控制和编码选线控制等方式。 大型发电厂高压断路器多采用弱电一对一控制方式,断路器跳、合闸线圈仍为强电,两者之间增加转换环节。这样设计,控制屏能采用小型化弱电控制设备、操动机构强电化、控制距离与单纯的强电控制一样。一次设备及一次系统 一次设备有:发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电力电缆以及母线、输电线路
8、等。 由这些设备按一定规律相互连接构成的电路称为一次接线或一次系统,它是发电、输变电和配电的主体。 二次设备及二次系统 二次设备包括监察测量仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置、远动装置等。这些设备通常是由电流互感器、电压互感器、蓄电池组或厂(所)用低压电源供电。 表明二次设备互相连接关系的电路称为二次接线或二次系统。 二次接线图: 原理接线图、展开接线图和安装接线图。文字代号和图形符号文字代号和图形符号1文字代号 在设备或元件的图形符号上方或其近旁,用字母表示出其名称。 如:断路器 QF 、 隔离开关QS、接地刀闸QSE ,避雷器F、 熔断器FU 、 电流继电器KA、电压继电器 KV
9、、电流互感器 TA、电压互感器 TV等 新符号 老符号2图形符号 在原理图或展开图中所采用的设备及元件,通常都用能代表该设备及元件特征的图形来表示,使读者一看到图形便能联想到它所代表的特征。电流互感器 有两个铁芯和两个二次绕组 新 旧 继电器、开关 常开(动合)触点 常闭(动断)触点 图10-1 10kV线路过电流保护原理接线图图中:TA-电流互感器;KA1、KA2-电流继电器;KT-时间继电器;KS-信号继电器;QF-断路器及其辅助触点;YR-跳闸线圈;QS-隔离开关二、原理接线图二、原理接线图u原理接线图:是用来表示继电保护、测量仪表和自动装置等工作原理的一种二次接线图。u特点:二次回路中
10、的元件及设备以整体形式表示,同时将相互联系的电气部件和连线画在同一张图上,给人以明确的整体概念。u特点:将每套装置的有关设备部件解体,按供电电源的不同分别画出电气回路接线图,如交流电流回路、交流电压回路和直流回路分开表示。于是,同一个仪表或继电器的电流线圈、电压线圈和接点分别画在不同的回路里,为了避免混淆,将同一个元件及设备的线圈和结点采用相同的文字标号表示。三、展开接线图三、展开接线图u展开接线图(简称展开图):用来说明二次回路的动作原理,在现场使用极为普遍。图10-2 10kV线路过电流保护展开接线图图中:WAS-事故音响信号小母线;WC-控制电路电源小母线u安装接线图包括屏面布置图、屏背
11、面接线图和端子排图三个组成部分,它们相互对应,相互补充。屏面布置图:说明屏上各个元件及设备的排列位置和其相互间距离尺寸的图,要求按照一定的比例尺绘制。四、安装接线图四、安装接线图u安装接线图是制造厂加工制造屏(屏盘)和现场施工安装所必不可少的图,也是运行试验、检修和事故处理等的主要参考图。图10-3 10kV线路过电流保护安装接线图:盘面布置图屏背面接线图:在屏上配线所必需的图,其中应标明屏上各设备在屏背面的引出端子之间的连接情况,以及屏上设备与端子排的连接情况。端子排图:表示屏上需要装设的端子数目、类型及排列次序以及它与屏外设备连接情况的图。图10-3 10kV线路过电流保护安装接线图:盘后
12、接线图屏背面接线图和端子排图必须说明导线从何处来,到何处去,以防接错导线。我国广泛采用“相对编号法”,例如甲、乙两个端子需用导线连接起来,则在甲端子旁边标上乙端子的编号,而在乙端子旁边标上甲端子的编号;如果一个端子需引出两根导线,那么,在它旁边就标出所要连接的两个端子编号。图10-3 10kV线路过电流保护安装接线图:端子排图二、对二、对500kV断路器控制回路的要求断路器控制回路的要求 (1)满足双重化的要求。通常,500kV断路器的操动机构,都配有两个独立的跳闸回路,两跳闸回路的控制电缆也分开。(2)跳、合闸命令应保持足够长的时间。为确保断路器可靠地跳、合闸,即一旦操作命令发出,就应保证整
13、个跳闸或合闸过程执行完成。(3)有防止多次跳合闸的闭锁措施。即跳、合闸操作命令一旦发出,只容许断路器跳、合闸一次。这就是所谓的断路器“防跳”措施,在500kV断路器的控制接线中,常用的“防跳”接线有两种,一种是采用串联“防跳”,另一种是并联“防跳”。(4)对跳合闸回路的完好性要能经常监视。(5)能实现液压、气压和SF6浓度低等状态的闭锁。6)应设有断路器的非全相运行保护。在500kV系统中,断路器出现非全相运行的情况下, 因出现零序电流,有可能引起网络相邻段零序过电流保护的后备段动作,而导致网络的无选择性跳闸。所以,当断路器出现非全相状态时,应使断路器三相跳开。 (7)断路器两端隔离开关拉合操
14、作时应闭锁断路器操作回路。 信号系统与测量系统信号系统与测量系统 一、信号系统 按信号的性质可分为以下几种: 1)事故信号表示发生事故,断路器跳闸的信号。 2)预告信号反映机组及设备运行时的不正常状态。 3)位置信号指示开关电器、控制电器及设备的位置状态。 4)继电保护和自动装置的动作信号。 5)全厂事故信号当发生重大事故时,通知各值班人员坚守岗位、加强监视,并通知有关人员深入现场进行紧急处理。 按信号的表示方式可分为:光信号和声音信号。光信号又分为平光信号和闪光信号以及不同颜色和不同闪光频率的光信号。声音信号又分为不同音调或语音的声音信号。 2事故信号和预告信号 事故信号和预告信号合称为中央
15、信号。信号系统由单个元件构成积木式结构,接受信号数量没有限制。 信号装置采用微机闪光报警器,除具有普通报警功能外,还具备对报警信号的追忆、记忆信号的掉电保护、报警方式的双音双色、报警音响的自动消音等特殊功能。装置的显示部分(光字牌)采用新型固体发光平面管(冷光源)。该装置的特殊功能分述如下: 1)双音双色:光字牌的两种颜色分别对应两种报警音响,从视觉、听觉上可明显区别事故信号与预告信号。报警时,灯光闪光,同时音响发声;确认后,灯光平光,音响停;正常运行为暗屏运行。 2)动合(常开)、动断(常闭)触点可选择。 3)自动确认:信号报警若不按确认键,能自动确认,光字牌由闪光转平光、音响停止,自动消音
16、时间可控制。4)通信功能:控制器具有通信线,可与计算机进行通信。5)追忆功能:报警信号可追忆,按下追忆键,已报警的信号按其报警先后顺序在光字牌上逐个闪亮(1个s),最多可记忆2000个信号,追忆中报警优先。6)清除功能:7)掉电保护功能:记忆信号可保存60天。8)触点输出功能:在报警信号输入的同时,对应输出一常开触点,可起辅助控制的作用。二、测量系统二、测量系统 大型电厂,一般设有远动装置或采用计算机、微处理机实现监控。其模拟输入量都为弱电系列。测量表计直接接在变送器的输出端,经弱电电缆送到控制室的毫安表或毫伏表上(表的刻度按一次回路的电流互感器变比折算到一次电流)。常规电气计量仪表有电流表、
17、电压表、有功功率表、无功功率表、频率表、有功电能表、无功电能表、功率因数表等,这些仪表都是由变送器输出到DCS系统通过CRT显示。 第四节第四节 电能计量功能电能计量功能 电能计量功能,在电能作为商品走向市场的进程中发挥着重要的作用。 随着电力行业体制改革不断深化,电网的运营和管理正逐步向市场开放,为了实现公平、公正、公开的电力交易原则,电能计量系统的重要性,比以往任何时候都更加突出。 电能计量系统,主要实现电厂上网、下网和联络线关口点电能的计量,分时段存储、采集和处理,为结算和分析提供基本数据。若为计量计费系统,则还应包括对各种费率模型的支持和结算软件。一、电能计量系统设计原则 1电能计量系
18、统应成为一个独立完整的系统保证电能量的采集、传送、处理过程的可靠性、唯一性、准确性和连续陛。 2电能量采集对同时性要求较高 电能计量系统只是一个准实时系统,同时性要求较高,采集周期应满足分时段计量精度要求。其传送周期应满足结算和统计报表的要求,一般以h计。3电能量采集精度要求高 电能量是一个累计值,对售电和用电双方来说,此累积值就是经济上的“盈或亏”。因此,宜使用0.2级及以上精度的电能表计。 4数据源唯一性原则 (1)关口点的设置,要遵循唯一性原则,不能出现多数据来源的情况。 (2)为确保存储数据的唯一性,任何单位和个人,不能随意修改原始数据,对数据库的修改,须经有关各方同意,并打上永久性标
19、志。 (3)计费模型惟一性。5软件高可靠性原则6计费关口点设置原则 (1)发电厂上网电能量,应设置计费关口点(通过发电厂母线的电能量应设置计费关口点)。(2)下网电能量,应设置计费关口点(用于负荷预测计算和某些考核功能)。 (3)跨省、区电能量交易,应设置计费关口点(一般设置在联络线的两侧)。 (4)过网电能量应设置计费关口点,单独计算过网费的子网、线路及变电站应设置相应的计费关口点。 (5)直供(或允许直接从市场上购买)用户(或零售商、配电公司)应设置计费关口点。 (6)按实际需要可设置无功电能量计费关口点。二、接入方案 1与EMSSCADA的接入方案 (1)统一平台模式。电能计量系统,应与
20、能量管理系统(EMS)和监控与数据采集系统(SCADA) (Supervisory Control And Data Acquisition)运行在统一的软件平台上。(2)互联模式。电能计量系统与已有的EMSSCADA系统,互为独立系统,可以是不同的软、硬件平台,相互之间联结,称为互联模型。2终端(表计)接入方式 (1)电能表直接接入方式。电能表内置MODEM,经公用电话交换网,直接接入主站系统直接接入主站系统,或由RS485RS232C串口与数据网络连接,将信息接入主站系统。 (2)计量终端接入方式。电能表以脉冲或经RS-485RS-232接入计量终端,计量终端经MODEM或网络接入设备,通
21、过公用电话网或数据网接入主站系统。 (3)终端服务器接入方式。电能表经终端服务器,通过数据网接入主站系统。 (4)混合接入方式。以上三种接入方式的混合方式为混合接入方式。四、发电厂报价辅助决策系统 针对发电企业面临的市场竞争,为适应电网商业化运营的需要,满足发电厂竞价上网的要求,发电厂可配置一套发电报价决策系统,为参与电力市场运营和“竞价上网”提供技术条件。随着电力市场的逐步完善,系统还能逐步开发和实现成本分析、市场分析、电厂最优发电计划、市场边际价格预测、风险分析和决策、结算和评估,以及电量考核等功能。还可以让网上的大用户直接向发电厂协议购电。发电报价决策系统,是一套满足电力市场环境下,发电
22、公司运营需求而开发的软件系统。为“厂网分开、竞价上网”提供了优化申报报价曲线的解决方案发电报价决策系统,还司以集成其他功能,如结算核算、数据查询、经济指标分析等功能,以满足发电企业的需要。报价决策系统框图,见图144。第五节第五节同期与同期装置同期与同期装置 一、概述 大容量机组与电网并列,通常采用准同期方式。 准同期并列的基本要求是: (1)投入瞬间,发电机的冲击电流和冲击力矩不超过允许值。 (2)系统能把投入的发电机拉人同步。 准同期并列,在待并发电机与系统相序一致的前提下,其理想条件是: (1)待并发电机与系统频率相等。 (2)待并发电机与系统在并列点的三相电压幅值相等。 (3)合闸瞬间
23、,两电压在并列点的相角相同。满足上述三个条件,两系统并列瞬间,不但冲击电流等于零,而且并列后,发电机与系统立即进入同步运行状态,不会发生任何扰动现象。在实际并列操作中,一般同步发电机组的准同期并列除相序必须一致外,可表示为: (1)UGUS时,其允许电压差| Ud| =| UGUS| (0.10.15)UN; (2)fGfX时,其允许频率差fd=|fGfx(0104)Hz; (3)相角差15发电厂的单元控制室,应装设自动准同期装置和带有同期闭锁的手动准同期装置。 独立的网控室,应装设带有同期闭锁的手动准同期装置。 自动准同期装置有集成电路型。近期引进的一些大型机组,也有微机型数字式同期装置。三
24、、实现自动准同期的方法 并列断路器QF两侧电压分别为UG和Us,QF主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂态过程,决定于合闸时断路器上的电压差d=UGUs、相角差和滑差角频率 d=G-s。 根据分析可知,这个电压差d可用一个脉动电压幅值表示,并可应用三角公式求得d 的值为:两电压幅值不等时,Ud电压波形如图6-5。当两电压幅值相等时,,则上式可表示为此脉动电压波形如图6-6所示。这是一个正弦脉动电压,它的最大幅值为2 UG,脉动周期为 仅合闸电压幅值有差对并列的影响分析条件分析条件:频率、相角不变频率、相角不变 合闸产生的无功冲击电流的有效值: 在忽略待并发电机定子电阻和系统等值
25、电阻的情况下,冲击电流滞后发电机电压90度.故在只存在电压差的情况下并列机组会产生冲击电流,冲击电流的瞬时值为:SdSGchXXUUI*28 . 1chmchIi 仅合闸频率有差对并列的影响分析条件分析条件:幅值、相角相等幅值、相角相等设待并发发电机组并网之前机械角速度G ,系统等值机组的机械角速度S ,且待并发电机和系统发电机的极对数相等.这样,机组并网之前转子(包括发电机转子和原动机转子)中储存的动能为:机组并网之后,如果被拉入同步运行,机组转子中储存的动能为:2211GGJW2221SGJW由于G S ,所以机组并网前和并网同步运行后,转子中储存的动能是不一样的,两者之差:即在机组并入电
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