徐静静，张希，张爱平，和彬彬，杨玲

（华电分布式能源工程技术有限公司国家能源分布式能源技术研发中心，北京100070）

燃气分布式能源的电气监控系统案例分析

徐静静，张希，张爱平，和彬彬，杨玲

（华电分布式能源工程技术有限公司国家能源分布式能源技术研发中心，北京100070）

从燃气分布式能源的电气监控对象、电气控制特点、电气监控方式等对电气监控系统进行了总结，并结合工程案例对两种类型的燃气分布式能源的电气监控系统方式进行了分析，论证了不同规模、不同类型的分布式能源项目需采用的电气控制方式，为燃气分布式能源项目的电气监控系统提供设计依据。

分布式能源；电气监控系统；DCS

0 引言

燃气分布式能源以天然气为燃料，通过冷、热、电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，它利用先进的燃气轮机或燃气内燃机发电，经过能源的梯级利用，为用户解决能源需求。与传统电厂相比，燃气分布式能源机组容量一般较小，尤其是楼宇式分布式能源项目，一般采用一种电压等级。燃气分布式能源的电气监控系统与传统电厂相比，系统简单，但具有其特殊性[1-2]。

本文从燃气分布式能源的电气监控对象、电气控制特点、电气监控方式等不同方面对电气监控系统进行了较全面的总结分析，结合楼宇式及区域式分布式能源工程案例，对燃气分布式能源的电气监控系统进行了详细的研究分析。

1 电气监控对象

燃气分布式能源的电气监控对象主要分为电气和工艺两部分。电气部分包括发电机系统、10kV电气系统、380V电气系统、厂用变压器、直流及UPS系统等；工艺部分主要指高压电动机、低压电动机及其成套设备。

电气部分的控制范围主要包括以下方面：

（1）能源站10kV高压电气系统的正常分合闸操作，包括低压变压器和10kV馈线的工作电源进线断路器及备用电源进线断路器，10kV电力送出线路断路器及发电机出口断路器的分闸、合闸操作。

（2）380V低压厂用电源之间的正常分合闸操作，包括各个低压厂用变压器380V侧断路器、各PC段间联络断路器和低压馈线回路断路器的分闸、合闸操作。

（3）直流电源系统，仅设置监测，无控制。

（4）交流不停电电源系统（UPS），仅设置监测，无控制。

（5）数据采集与监视：包括10kV和380V断路器的遥控信号、分闸合闸位置信号、故障信号、告警信号、保护动作信号等，回路三相电流信号、母线三相电压信号等。

2 电气监控系统的特点

电气监控系统与热工控制系统相比有很多不同点[3-4]：

（1）与热工设备相比，电气设备控制对象较少，控制信息采集量小，操作频率低。电气控制系统虽然相对简单，但却要求准确性较高，任何疏忽和失误都可能造成较严重的后果。尤其是变压器和厂用电源，不能出现制动延迟等现象，一旦出现问题后果会比较严重。

（2）电气设备的自动保护装置要求的动作速度非常快，对抗干扰要求也较高。

（3）电气监控系统主要以数据采集系统和顺序控制为主，设备间相互联锁的条件较为简单，但联锁保护较多，某一设备故障受影响的范围也较大。

（4）电气监控系统的操作不但要满足分布式能源机组运行情况的要求，而且与电网相关联，需同时满足机组和电网的共同要求。

3 电气的监控方式

燃气分布式能源按项目规模一般分为楼宇式、区域式两种形式。楼宇式分布式能源项目一般以内燃机为核心设备，以满足建筑用能为主；区域式分布式能源一般以燃气轮机为核心设备，可向较大区域提供空调冷热水以及蒸汽需求。楼宇式与区域式分布式能源由于机组构成不同，其电气控制方式也应不同。对于机组容量小的楼宇式分布式能源，不宜配置单独的电气监控系统（电气监控系统简称ECS），电气监控系统可纳入全厂DCS（或PLC）系统；对于机组容量较大的区域式分布式能源，必要时可配置单独的ECS系统，电气部分的监控由ECS实现，ECS通过通讯把信息传输到全厂DCS系统。

ECS系统信息传输到与DCS（PLC）的意义在于：

（1）完善并提高ECS系统运行时的监控能力水平；

（2）达到了完全集控的运行状态；

（3）提高了控制可靠性。

4 工程应用

以下结合两种不同典型的分布式能源案例，分别对楼宇型及区域型的分布式能源项目的电气控制方式进行了研究分析。

4.1 楼宇型项目应用

（1）项目概况

项目一主要为25万m2的办公、酒店、商业建筑综合体提供全部的空调冷热、生活热水及部分电力需求。能源站机组配置为2台3349kW的燃气内燃发电机组，内燃机烟气及缸套水余热由烟气热水型溴化锂机组利用，调峰设备采用2台直燃机及2台电制冷机组。

（2）电气控制设计方案

该工程采用电气控制与热控共用DCS系统的设计方案，包括两台主机及辅助电气设备组成一体化控制模式，发电机、低压配电设备等电气元件的控制均设在集控室，由DCS系统控制。

表1 华电产业园能源站各子系统控制点统计

（3）电气控制点统计分析

根据系统设备，能源站主要包含内燃机、电制冷机、定压补水系统、通风系统及电气系统，各系统的控制点数及各自所占比例如表1和图1所示，其中定压补水系统、通风系统和内燃机控制点较多，分析得出是由于该系统的电动机数量较多。

4.2 区域型项目应用

（1）项目概况

项目二主要为满足某啤酒厂的蒸汽、冷水及电力需求，机组配套建设1台6MW级燃气轮发电机组+1台补燃式余热锅炉+2台20t/h燃气锅炉+1台热水型溴化锂机组。

（2）电气控制设计方案

该工程能源站分别设置DCS系统及ECS系统，10kV和380V电气系统的保护、计量、测量均由ECS系统实现监视和控制，燃气轮机及所有电动机的控制均纳入DCS控制系统。该种方式不仅实现了电气系统的协调控制、故障分析和运行管理，也减少了DCS的测点投资和硬接线方式下的电缆投资。

1）ECS系统部分

该工程能源站配置ECS系统，通过以太网将厂用电气系统组成局域网，构建成专用的ECS，实现完全数字化的电气信息量监控，同时为DCS提供高速实时的数字化通信接口。纳入ECS系统控制的各配电柜的电气测点统计见表2，各类型控制点分类如图3所示。

表2 新都雪花啤酒能源站ECS系统电气控制点统计

2）DCS系统控制部分

能源站的燃气轮发电机和所有水泵电动机的控制均纳入DCS控制系统。纳入DCS系统的燃气轮机发电机测点清单及各系统电动机控制测点统计见表3，各类型控制点分类如图4所示。

5 结语

（1）从不同方面对电气监控系统进行了较全面的总结分析，同时在此基础上提出了楼宇式与区域式分布式能源项目由于机组型式及容量不同、系统设计等的差异，需采用不同的电气监控方式。

（2）通过选取典型分布式能源工程案例，总结了楼宇式及区域式分布式能源的电气监控方式，并分别对电气二次控制点进行了统计及分析，可作为同类型分布式能源项目的设计参考。

表3 项目二能源站电动机控制点统计

（3）通过对比得出，楼宇式分布式能源的电气部分相对比较简单，控制点数不多，因此建议与工艺系统的电动机一起统一纳入DCS系统控制；而区域式分布式能源的电气部分设备较多，控制相对复杂，建议分别设置DCS系统及ECS系统。

[1]金红光，郑丹星，徐建中.分布式冷热电联产系统装置及应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]吴大为，王如竹.分布式能源定义及其与冷热电联产关系的探讨[J].制冷与空调，2005,（5）：1～6.

[3]王娓娜.大型发电厂厂用电监控系统研究[J].沈阳工程学院学报，2009，（1）：47～49.

[4]邹宁.电厂电气自动化控制系统简介[J].黑龙江科技信息，2015，（20）：18.

Case Analysis of Electrical Control System of Gas Distributed Energy

XU Jing-jing，ZHANG Xi，ZHANG Ai-ping，HE Bin-bin，YANG Ling
（Huadian Decentralized Energy Engineering Co.，Ltd，National Energy Distributed Energy Technology Research and Development Center，Beijing 100070，China）

This paper summarizes electrical control system of gas distributed energy from the electrical control object, characteristics of electrical control，the methods of electrical control system.Take two engineering cases of gas distributed energy as an example，the way of electrical control system are analyzed.It demonstrates that the different scale，different types of gas distributed energy projects need to use different electrical control modes，and provides the design basis for the electrical control system of gas distributed energy projects.

distributed energy；electrical control system；DCS

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.002

TM76

B

2095-3429（2016）04-0007-04

2016-04-05

修回日期：2016-05-30

国家能源分布式能源技术研发中心项目（CHDKJ14-01-26）

徐静静（1986-），女，山东临沂人，硕士，工程师，主要从事分布式能源系统的设计及研发工作。