发电厂电气系统的现状及发展研究

文章编号：1005-006X(2011)03-0061-02

电 站 系 统 工 程 Power System Engineering Vol.27 No.3

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发电厂电气系统的现状及发展研究

Research on Status and Development of Power Plant Electric System

华北电力大学（保定） 张卜元

摘 要：发电厂电气主接线系统的安全性、可靠性是电力系统运行及维护的重要内容，关系到电气系统供电任务的完成情况。从发电

厂电气系统的现状入手，介绍发电厂电气系统的发展趋势，以提高发电厂电气控制水平。

关键词：发电厂；电气系统

中图分类号：TM62 文献标识码：B

取代的。

1.3 发电厂主接线可靠性的关键因素

(1) 断路器

在整个主接线系统中，断路器是操作元件中最为重要的部分，操作结果可以改变整个电厂的主接线拓扑结构。但是断电器自身的结构十分复杂，如操作不当就会造成主接线系统故障，并且故障的形式也是多样的。作为主接线系统的关键性操作元件，断路器引起系统恶性连锁反应事故是最为严重的，断路器的安装及操作也是值得工作人员注意的事项。

(2) 输电线路和变压器

输电线路以及变压器作为系统的重要连接节点，均属于系统静态元件，引起的故障大多是扩大性故障。同时两者的故障也导致了系统状态的改变，将引起相邻的断路器的动作。此外，对系统的修复必须在其关联断路器动作并切除故障后进行。

1 发电厂电气主接线的可靠性分析

1.1 发电厂电气主接线故障的常见问题

发电厂主接线的可靠性分析主要是以系统故障为中心，在研究之初就应对发电厂主接线系统的常见故障内容及其对系统的影响进行系统分析。作为发电厂中联系系统与电源间的中间环节，主接线系统运行不是独立进行的。当电厂主接线出现问题时，就会影响到供电系统的连续性以及系统安全。

1.2 电厂主接线可靠性计算的方法和步骤

(1) 基于故障扩散的评估方法及步骤

这种计算评估方法是利用前向搜索算法确定主接线系统中断路器动作的影响范围，运用故障扩散的方式来明确系统节点的故障类型。该算法是在故障扩散算法的基础上进行的，确定系统故障后能够使步骤得到简化。

(2) 频率和平均持续时间法

该方法基于Markov过程，评价的步骤可以通过Markov过程理论将系统自电源到负荷端口的状态空间图进行求解计算。在整个计算过程中，要将元件故障扩大的因素纳入考虑范围，最终能够形成系统累积的状态空间图，计算出各部分的可靠性指标，有利于建立起子系统以及组合系统的计算模型。

(3) 故障模式与后果分析法

故障模式与后果分析法是一种传统的可靠评估计算方法，首先针对于系统结构来确定各关键元件的各种可能状态，再对各种状态组合进行系统分析，最后确定出系统的故障模式集合，并计算出此状态集合的可靠性数据。与其他计算方法相比，故障模式与后果分析方法的原理相对比较简单，结构也十分清晰。

(4) 逻辑表格法

逻辑表格法是电气主接线的定量评估分析最常用的办法，因此，在详细地分析主接线系统的结构及可能出现的事故后，有必要将故障的发生概率参数整理归纳成表格。因此，利用上述表格的结构，在确定系统的可靠性指标后，就能计算出主接线系统的可靠性指标参数，该方法是其他方法无法

收稿日期：2010-12-20

张卜元(1989-)，男，本科。保定，071003

2 发电厂电气主接线的故障状态描述

发电厂的电气主接线系统故障的描述是借助于网络结构的特征矩阵方法，可以通过描述主接线系统中的各部分关联关系，明确故障状态的构成及影响，建立起状态矩阵，准确描述出主接线的系统故障演变过程。 2.1 元件邻接矩阵

元件邻接矩阵A依据主接线系统中各元件的相互链接关系而构建，并能描述出主接线系统中各部件之间的组合状况，最后构成了网络系统结构。对矩阵的表达式可以发现，各元件的邻接矩阵元素可以用（0，1）代码分别表示关联元件的运行或停运状态。 2.2 结构矩阵

该系统能确定发电厂主接线的所有电力传输通道，也能对受电厂主接线元件状态的影响情况做详细的分析，但是需要建立结构矩阵再进行判断。行向量及电力通道列向量，系统元件数量以及网络系统中电力通道的数量都是描述元件与该通道关系的矩阵元素。 2.3 替代元件矩阵

在发电厂的主接线系统中，当元件发生了故障或在检修的时候，通过开关相应的设备来隔离故障，同时取代部分障

62 法。

2.4 受累停运矩阵

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智能型电度表。 3.3 控制方式

2011年第27卷

碍元件的功能，这种方法实际上就是确定所需替代元件的办

发电厂电气系统控制方式分为3种：一对一控制、弱电选线控制及微机监控。目前，大部分断路器的操动机构只有强电参数，如果使用了弱电控制就需要通过强弱电转换环节来实现，可靠性很低，安全性也随之降低。总之，控制回路直接关系到断路器的跳合闸，火力发电厂中为保证操作的可靠性，也不能使用弱电控制。

大中型火力发电厂中主要采用的是强电控制方式，控制具有接线简单清晰、调试方便、运行方便等优点。随着科学技术的不断进步，在电气系统的使用方面获得了丰富的工程经验和运行经验。发电厂采用微机监控方式的电气系统，主要是将电气控制进入DCS系统，以提高机组的自动化水平。火力发电厂电气系统采用微机监控是时代的要求，符合电厂电气自动化设计的原则和目标，是科学技术发展的必然趋势。

受累停运矩阵主要是用来描述系统中元件故障的影响，查找系统中受到影响的具体范围。当系统元件出现问题时，与之相关的断路器动作，能将故障部分隔离。但是，在离故障点最近的断路器拒动或发生故障的情况下，系统故障会进一步地蔓延。采用受累停运矩阵的目的就在于能够对元件受累停运状态描述，确立元件扩大型故障对主接线系统的影响。

3 发电厂电气控制、信号和测量系统

3.1 单元控制室和主控制室

火力发电厂的电气控制地点可以分为主控制室和单元控制室两类，后者还包括含网络控制的单位控制室及设置的独立单元网络控制室和单元控制室两种。一般情况下，单机容量在100 MW以下的发电厂，适合采用主控制室；而单机容量为200 MW及以上的机组，可以选用单元控制室。

采用单机一控具有一些明显的优势，如：安装、运行、监视、测量、保护单元性强、控制室宽敞等优点；但是也存在一些弊端，如：两地运行，维护管理分散，运行人员较多，联系起来不方便。采用两机一控具有操作、监视、调试和保护单元性强的特点，两台机公用设备是相对集中布置的，因此，不存在两地控制问题，操作起来十分方便，运行维护管理是相对集中的。但是当一台机组进行安装、调试、维护和故障处理时，对另一台机组就造成了干扰。总之，从两个方案的对比情况来看，两机一控方案明显地优于单机一控方案，在条件允许的情况下，要取消网络控制室，并将对网络部分的控制纳入到单元控制室中去，以减小控制室的面积，降低工程造价。 3.2 信号和测量系统

发电厂的中央信号系统是全厂的核心，在现行的设计中有的采用冲击继电器及光牌组成了重复的动作，可以手动、自动复归中央系统，也可以采用由微机闪光报警组成的中央信号系统。在过去的工程设计中，经常采用的是冲击继电器组成中央信号装置，在科技不断进步的基础上，该装置的缺点也逐渐暴露出来，例如报警信号的单一性，可靠性差，功耗大，不能记忆瞬时信号，在现行的工程设计中已经逐渐被淘汰。

此外，微机型闪光报警器具有信号瞬时保持的特性，因此，信号回路设计不必考虑重复动作的问题。在现行工程设计中，微机型闪光报警器因其技术含量高、接线简单、功能齐全等特点被广泛采用。当火力发电厂电气部分采用微机监控后，计算机完成中央信号的任务，既能减少中央信号系统响应的设备，也能使系统更加简洁明了。功能加强了，在技能上也就处于先进的地位。

在常规的火力发电厂中，可以采用槽型表或方型表进行电气测量，按规程规定设置常规的测量表计。在比较先进的电厂中可以选用数显仪表，一般设置在电费计量系统，装设

4 厂用电动机控制

发电厂中，除了主厂房的汽机、锅炉电动机外，还要有大量的辅助系统。对于汽机、锅炉电动机，以往工程设计中均采用强电一对一控制方式。而内蒙古西部电网中丰镇电厂6×200 MW机组及达拉特电厂1、2号 2×330 MW机组均采用强电集中控制方式。对于汽机、锅炉电动机当采用强电控制时，电动机的联锁采用继电器组成逻辑回路，可靠性较低。在建中的内蒙古国华准格尔发电厂扩建2×330 MW机组则将电气系统，包括发变组，低压厂用工作、备用电源，锅炉电动机全部进入热工DCS系统，这是现代化的设计方案，也是今后发电厂电气系统设计的必经之路。近年来，随着微处理机技术的高速发展，输煤程序控制得到了明显的改善，技术也日趋成熟，在国内大中型发电厂中大力的推广应用，符合电厂的设计思路。同理，化学水系统和除灰系统要尽量地采用程序控制，以提高全厂的自动化水平。

5 结束语

综上所述，作为电力系统中的重要组成部分，电气系统的电气主接线可靠性成为了维持电力系统稳定运行的一个重要方面。电气主接线可靠性评估计算应建立在对主接线系统的功能元件以及系统网络结构的可靠性参数指标已知的情况下，按照系统评估的程序来进行计算。此外，对大、中型发电厂电气二次系统的现状及存在问题也做了详细的分析，对整个系统满足供电连续性、运行安全性等几个方面进行了能力度量，这些也为今后电力系统的发展打下了良好的基础。 □

参 考 文 献

[1] 李阳. 论电气系统在电厂技术应用方面的价值[J]. 北京电力高等

专科学校学报, 2009, (1): 98.

[2] 孙松. 浅析发电厂电气系统前沿技术的应用及存在的问题[J]. 现

代制造, 2008, (5): 58.

编辑：巨 川