摘要：本文针对火力发电厂电气控制系统的发展趋势进行了详细的讨论,提出了新建及改建大、中型火力发电厂电气二次系统的设计思路,供工程设计、改造中参考使用。
关键词：火力发电厂；电气控制系统；发展趋势
中图分类号：TM621文献标识码:A
火力发电厂是技术高度密集型企业,在这里,大量的高新技术得以应用,高新技术为现代发电技术提供了强大的技术支持。火力发电厂电气控制系统在短短的五十年中经历了从简单分散控制系统到微机控制的全过程。
1 单元控制室和主控制室
火力发电厂的控制方式按控制地点可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元控制室以及设置独立单元控制室和网络控制室两种类型。一般而言,单机容量为100MW以下的发电厂,宜采用主控制室,而单机容量为200MW及以上的机组,宜采用单元控制室。采用单机一控和两机一控从电气专业来说各有优缺点。采用单机一控具有安装、运行、操作、监视、测量、调试和保护单元性强,故障处理无干扰,控制室宽敞,运行条件好的优点,同时存在两台机公用设备两地控制,两地运行,维护管理分散,联系不方便且运行人员多的缺点。采用两机一控具有操作、监视、测量、调试和保护单元性强,两台机公用设备可相对集中布置,不存在两地控制问题,使接线简单,操作方便,同时控制室布置较紧凑,全厂值班人员少,运行维护管理集中等优点,缺点在于当一台机组安装、调试、维护和故障处理时,对另一台机组有干扰。通过对单机一控和两机一控方案的比较,两机一控方案明显优于单机一控方案,而在条件允许的情况下,取消网络控制室,将网络部分的控制纳入单元控制室,则对减小控制室面积,减少运行值班人员,降低工程造价有着很大的现实意义。
2 控制方式
发电厂的控制方式有强电一对一控制,弱电选线控制及微机监控三种方式。控制回路直接关系到断路器的跳合闸,对可靠性要求较高。目前,大部分断路器的操动机构只有强电参数,如用弱电控制需要通过强弱电转换环节来实现,接线复杂,可靠性很低,因此,火力发电厂中为保证操作的可靠性,不采用弱电控制。强电控制具有接线简单清晰,运行方便,调试方便,安全可靠等优点,因此,大中型火力发电厂中均采用强电控制方式。随着时代的发展,科学技术的进步,微机综合自动化技术也已成熟,并在变电所中广泛应用,同时取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,将电气控制进入DCS系统,可极大的提高机组的自动化水平,为实现炉机电单元统一值班创造良好的条件。同时,也符合2000年示范电厂电气自动化设计的原则和目标。火力发电厂电气系统采用微机监控是时代的要求,也是科学技术发展的必然结果。
3 等离子点火技术
3.1 等离子点火机理
等离子点火装置利用直流电流在一定介质气压的条件下接触引弧,并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体,该等离子体在点火燃烧器中形成T>4000K的梯度极大的局部高温火核,煤粉颗粒通过该等离子体火核时,在千分之一秒内迅速释放出挥发物,并使煤粉颗粒破裂粉碎,从而迅速燃烧。由于反映是在气固两相流中进行,高温等离子体使混合物发生了一系列物理化学变化,近而使煤粉的燃烧速度加快,达到点火并加速煤粉燃烧的目的,大大减少了促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。
3.2 等离子发生器工作原理
等离子发生器是利用强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体的发生器,它由线圈、阴极、阳极等组成。其中阴极材料采用具有高导电率、高导热、耐氧化的金属材料制成。阳极亦由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成,它们均采用水冷方式冷却,以承受电弧高温冲击。线圈在高温250℃情况下具有抗2000V的直流电压击穿能力,电源采用全波整流并具有恒流性能。在冷却水及压缩空气满足条件后,首先设定电源(6)的工作输出电流(300～400A),当阴极(2)在直线电机(5)的推动下,与阳极(1)接触后,电源(6)按设定的工作电流工作,当输出电流达到工作电流后,直线电机(5)推动阴极(2)向后移动,当阴极离开阳极的瞬间,电弧建立起来,当阴极达到规定的放电间距后,在空气动力和磁场的作用下,装置产生稳定的电弧放电,生成等离子体。
3.3 等离子点火系统组成
等离子点火系统由等离子点火设备及其辅助系统组成,等离子点火设备由等离子发生器、等离子燃烧器、电源柜、隔离变压器等组成,辅助系统由载体空气系统、冷却水系统、图像火检系统、热控系统、冷炉制粉系统、一次风在线监测系统、等离子燃烧器壁温监测系统等组成。
3.4 信号和测量系统
发电厂的中央信号系统是全厂信号的核心,现行工程设计中,有传统的采用冲击继电器及光字牌组成的能重复动作,可手动、自动复归的中央信号系统,也有采用微机闪光报警器组成的中央信号系统。由冲击继电器组成中央信号装置,在过去的工程设计中广为应用,但随着科学技术的进步,其存在的缺点也逐渐暴露出来,如报警信号单一,不能记忆瞬时信号,可靠性差,光字牌灯泡寿命短,功耗大,发热严重,回路复杂,维护工作量大,在大中型火力发电厂中与热控专业选型不同,外型不美观等,现行工程设计中,已逐渐将其淘汰。而微机型闪光报警器具有信号瞬时保持,光字牌闪光,信号回路设计不须考虑重复动作问题,信号数量从原理上讲可不受限制,接线简单,技术含量高,外型美观,功能齐全的特点,在现行工程设计中广为采用。
当火力发电厂电气部分采用微机监控后,则可将中央信号进入DCS系统,由计算机完成中央信号的任务,既减少了中央信号系统相应的设备,也使系统简洁明了,功能进一步加强,技术性能上处于先进地位,是最完善,性能最好的方案。常规火力发电厂中,对于电气测量而言,按规程规定设置常规的测量表计,采用槽型表或方型表,安装于控制屏台上,而电度表则采用常规电度表。比较先进的电厂中则选用数显仪表,装设智能型电度表,设置电费计量系统。
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