一、燃气电厂电气控制系统概述
1. 系统构成
燃气电厂的电气控制系统的构建是以硬件设备系统和综合网络结构为基础的。在硬件配置方面，该系统主要依赖于分散式控制逻辑，通过网络通讯和直接连接的方法将独立的控制单元整合，以保障燃气发电单元的稳定运作。这一过程中，以背板式的个人计算机架构为代表的控制器、网络层次及人机交互界面构成了系统的核心。至于网络结构，现代燃气电厂倾向于实施集中控制模式，涉及“机、电、炉”等多个方面。这一结构的中心环节涵盖了燃气与汽轮机控制系统以及分布式控制系统（DCS），关键组件包括数据处理中心（例如存储设施和服务器网络接口）、冗余系统以及实时监控系统等，后者包括电力网络监测、水务管理及各单元控制网络等。此外，各变压器群组、锅炉运作和余热管理、汽轮机旁路控制等也均纳入此系统的管理范围，以确保电厂设备的顺畅和安全运行。
2. 系统特点
与传统的燃煤电厂电气控制系统相较，燃气电厂的电气控制系统在信息收集、控制对象和操作频率上显得较为简化，同时涉及的控制设备也较为有限。然而，鉴于燃气相比煤炭的高危险性，对电厂电气控制系统的安全性、稳定性和响应速度提出了更高的要求。任何疏忽都可能导致重大的经济损失和社会影响。因此，精心设计燃气电厂的电气控制系统不仅是提升电厂运行效率和安全的基础，更是确保能源供应安全和可持续发展的关键。这种设计需求强调了在维护简便性和系统可靠性之间找到平衡的重要性，同时也突出了在面对高风险能源时，通过先进技术实现快速响应和故障预防的必要性。
二、燃气电厂电气控制系统的构成
1. 硬件设备
在燃气电厂的电气控制系统中，硬件部分主要基于单元制的发电机组布局，这些机组通常采纳一种集中式的管理策略，涵盖机械、锅炉及电力系统。每个机组均配备了一整套的分散控制系统，以及专为燃机及汽机设计的控制系统。这些控制系统通常与机组同步配置，并通过有限的直连线路和网络通信技术与分散控制系统相连结，形成了一个完整的控制网络。该系统负责监控和管理变压器组、余热锅炉、汽机旁路以及电厂内部的电力使用情况。具体到循环水系统的管理，则通过远程接口与分散控制系统以及厂级监控信息系统实现双向数据交换，确保了信息流的准确性和及时性。
2. 网络结构
对于燃气电厂而言，其电气控制系统的网络架构主要划分为厂级监控信息网络和实时监控网络两大部分。厂级监控信息网络扮演着生产过程中数据处理和存储的中心角色。该网络为不同机组的控制系统提供了通信接口，使得实时数据能够被准确地传输至中心处理系统，实现数据的双向流动。此外，该网络通过特定的隔离设备，能够与更高级别的管理信息系统（MIS）建立连接，从而允许数据从厂级监控信息网络单向传输至MIS，以支持更广泛的数据分析和决策制定。实时监控网络由水务管理系统网络、单元机组控制网络以及电力网络监控系统网络组成，它们共同保障了电厂运行的实时性和高效性，确保电力生产过程的稳定和安全。
三、燃气电厂电气控制系统设计要点
1. 燃气电厂厂用电源系统
燃气电厂的厂用电源系统是电力供应安全与连续性的基石，分为常规电源系统和事故备用电源系统。以6Kv常规电源为例，其主要职能是在常规工作电源与备用电源间实现无缝切换。此项操作通常由分布式控制系统（DCS）根据预定程序自动执行。例如，若厂内某个区域或设备出现故障，DCS会即刻下达转换至备用电源的命令，以防不测事故的发生。另一方面，事故备用电源系统，通常以柴油发电机组形式存在，处于待命状态，以应对紧急停电。这种备用系统在电厂遇到紧急情况时能迅速启动，由DCS指挥完成从工作状态到备用状态的切换，确保电力供应的稳定。厂用电源切换系统则保障了高压电源的连续、稳定供应，例如，通过MFC2000-2型微机与控制系统的直接连接，实现双向信息交流，包括电流、电压的计算、信号处理、切换动作执行等，以确保供电系统的可靠性。此外，系统提供的手动快速切换功能，作为DCS自动控制的补充，增强了系统的灵活性和可靠性。
2. 变压器—发电机组系统模块
发电机组与变压器的协同工作是燃气电厂电气控制系统的核心，涉及励磁、变频以及电气模块的综合调控。该系统模块通过电磁原理，将发电机的运作与电网需求紧密对接。在DCS系统的监控下，能够精准控制发电机的状态，实现高效运行。特别是发电机出口及主变220Kv开关的准同期功能，是电厂自动化控制中的重要环节，通过采用先进的微处理技术，确保了发电机能够安全、迅速地并网运行。此外，断路器模块起到了关键的保护作用，不仅提供了设备状态的即时反馈，还能够在DCS的控制下，对近端和远端的操作进行精确控制，保障了系统在出现异常时能够迅速切断，避免损害，并在条件允许时自动恢复正常工作状态，从而保证了发电机组与变压器系统模块的高效稳定运行。
3. 厂用电源切换装置
随着用电需求的增长，燃气电厂对电力供应的连续性、稳定性和安全性要求越来越高。厂用电源切换装置的融入，成为满足这些要求的关键。此装置的设计旨在无缝切换电源，以保障供电不间断。在选择安装位置时，考虑到对电厂运营的影响，通常选择在高压电源系统的进线开关附近，这样既能发挥其最大效能，又不会干扰其他设备的正常运行。装置的独立性特征要求其与电气控制系统之间必须通过硬接线方式连接，确保信息的准确传递和指令的有效执行，从而实现高效稳定的电源切换。
4. UPS不停电电源系统
不间断电源（UPS）系统是确保燃气电厂电气控制系统连续运行的关键设施。它通过提供稳定而持续的电源，避免因电力中断造成的运行失败或数据丢失。根据不同的运行需求和应用场景，UPS系统分为离线式、在线式和在线交互式三种模式，每种模式都有其特定的适用环境和优势。逆变器作为UPS系统的核心部件，负责电压的稳定和电能的转换，确保了电力供应的质量。此外，系统中的静态开关、逆变器和整流器共同工作，为电厂提供一个可靠、稳定的电源保障。通过这种高效的电能转换和供给机制，UPS不间断电源系统成为燃气电厂不可或缺的部分，确保关键设备和系统在任何情况下都能保持正常运行。
5. 保安段电源系统
为了最大限度地减少由电力故障引起的经济损失，燃气电厂的电气控制系统设计中必须包括保安段电源系统。这个系统的核心职能是在发电机组运行中出现任何电力供应中断或异常时，通过对直流电源系统的精确控制与保护，保障电厂能够持续稳定地供电。保安段电源系统的引入，不仅增强了电厂对潜在电力故障的应对能力，也确保了关键操作不会因为电源问题而中断，从而维护了电厂的经济效益和运行安全。这种系统的设计和实施，体现了燃气电厂对电能供应连续性的高度重视，是确保发电机组正常运作的重要保障。
四、结语
燃气电厂电气控制系统设计的成功关键在于对硬件设备和网络结构的精确配置，以及对厂用电源的高效管理。笔者的分析揭示了设计中必须综合考虑安全性、稳定性和快速反应性，以应对可能出现的各种挑战。本文提出的设计要点和策略旨在优化电厂的电力供应，确保了电厂运行的连续性和安全性。特别是，通过实施高效的电源切换和不间断电源系统，以及建立健全的保安段电源系统，可以显著提高燃气电厂的运行效率和可靠性。
参考文献：
[1] 刘鹏.燃气电厂电气控制系统设计要点探析[J].中国石油和化工标准与质量,2023,44(02):125-127.
石磊.基于电气安全技术的电气工程智能监控系统设计和实现[J].信息记录材料,2023,24(10):89-91+94.
