燃机电厂电气控制系统的实践探讨

在“双碳”目标的推动作用下，能源结构正加速朝着清洁化以及高效化的方向进行转型。电气控制系统作为燃机电厂的“神经中枢”，既负责厂用电源切换、发电机 - 变压器组调控、UPS 与直流电源保障等核心功能，又会直接对电厂运行的安全性、稳定性以及经济性产生影响。目前部分燃机电厂面临系统响应滞后、故障处理效率较低、控制策略适配性不足等实践方面的问题，这些问题对其效能发挥形成了制约，因此深入剖析燃机电厂电气控制系统的组成逻辑与实践路径，对于提升燃机电厂运行水平、帮助能源转型具有重要意义。

一、燃机电厂电气控制系统的构成

（一）硬件设备系统

硬件设备系统作为燃机电厂电气控制的物理基础，主要包括核心控制单元、通信网络层以及人机交互接口这三个部分，其中核心控制单元大多采用背板式PC 结构控制器，例如西门子S7 - 400 系列，它拥有多通道信号采集以及高速指令输出的能力，可实时处理燃机转速、发电机电压、厂用电源负荷等关键参数，借助内置控制算法实现设备启停、负荷调节等核心功能。通信网络层以工业以太网作为主干，搭配现场总线，构建起“控制站 - 设备层”二级通信架构，保证控制器与传感器、执行器之间数据传输的实时性和可靠性，同时还支持不同子系统之间的信息交互。人机交互接口包含操作员站监控主机和就地操作面板，监控主机凭借 WinCC 等组态软件展示系统运行画面，可实时显示设备状态、报警信息以及历史数据，就地操作面板配备紧急启停按钮和状态指示灯，为现场维护提供便捷的操作通道。

（二）总体网络结构系统

网络结构系统是连接硬件设备与控制功能的关键纽带，目前主流燃机电厂多采用“机、电、炉”集中控制架构，实现全厂区电气设备的统一管理与控制。该架构以燃气—汽机控制系统和分散控制系统为核心，通过工业以太网搭建三层网络：一是管理信息层，连接电厂生产管理系统，实现运行与管理数据交互；二是控制层，布置 DCS 控制站和 TCS 控制柜，接收实时数据、执行控制算法并输出指令；三是设备层，通过现场总线连接终端设备，完成指令下达与数据反馈。此外，系统配备双冗余网络和数据备份中心，主网络故障时备用网络 50ms内自动切换，备份中心实时存储关键数据，避免因网络中断或数据丢失致机组停运，保障电厂稳定运行。

（三）与传统燃煤电厂对比的优势

燃机电厂电气控制系统的构成设计，紧密契合燃气发电“启停速度快、负荷波动幅度大、燃料特性独特”的特性，相较于传统燃煤电厂控制系统有三方面优势，一是控制响应效率更高：传统燃煤电厂通过复杂锅炉燃烧控制间接调节发电负荷，控制链路长；燃机电气控制系统直接连接燃机燃烧室与汽机转子，调节燃气进气量可使负荷秒级响应。二是系统集成度更优：燃煤电厂采用“机、炉、电”分控模式，需多系统协同，而燃机电厂依靠“机 - 电 - 炉”集中网络架构，将发电机控制等功能整合到统一 DCS 平台，降低数据交互延迟，提高故障定位效率。三是安全控制更精准：燃机电厂针对燃气特性，内置燃气泄漏检测与紧急切断联动模块，0.5 秒内触发阀门关闭，但燃煤电厂侧重炉膛防爆控制，响应逻辑复杂，燃机电厂安全控制更契合燃料特性，事故预防能力更强。

二、燃机电厂电气控制系统的实践

（一）系统设计与实现

为保证燃机电厂电气控制系统稳定发挥功能，系统设计与实现应遵循“安全优先、高效协同”原则，聚焦厂用电源、发电机 - 变压器组、电源控制三大核心模块，构建覆盖电厂全电气链路的控制体系。在厂用电源系统模块设计中，采用“常用 + 备用 + 保安”三级供电架构，采用6kV 高压厂用电源采用手车式开关柜，配置过流、速断保护装置，实现与主变低压侧自动切换；380V 低压系统用抽屉式配电柜分组控制辅机负荷，搭配智能电表监测能耗。事故保安电源以柴油发电机为核心，与 UPS 系统联动，保证机组停运时控制回路与应急照明供电。发电机 - 变压器组模块设计关注“精准调控 + 状态监测”，发电机控制接入励磁调节与调速系统，靠 DCS 指令实现转速、电压闭环控制，同期装置用微机型准同期控制器，捕捉电压、频率差值实现并网。主变 220kV 侧开关则配 SF6 气体绝缘断路器，利用控制器实时采集 SF6 气压、分合闸线圈电流等参数，在异常时触发声光报警与闭锁操作。电源控制模块设计则强化“冗余保障”，直流电源系统用 2 组 110V/220V 蓄电池组并联，配高频开关电源充电模块，满足直流油泵、继电保护装置供电需求。

（二）运行与维护

要保证燃机电厂电气控制系统可长时间稳定运行，就需要构建科学的运行监测机制以及规范的维护体系，及时找出并解决潜在问题，防止系统故障对电厂发电效率造成影响。展开来说，在运行阶段应当以“实时监测、精准预警”作为核心，依靠系统内部设置的监测模块以及数据采集平台，对关键参数进行全天 24 小时的动态跟踪。操作员站实时监控发电机出口电压、厂用电源切换时间、UPS 输出电压稳定性等各项指标，当参数超出限定范围时会自动触发声光报警，因此就需记录故障类型以及发生时间，方便运维人员进行溯源分析。维护工作需要按照“定期检修 + 状态检修”相结合的模式来开展，每天对控制器、通信模块进行外观检查，清理散热通道的灰尘；每个月测试厂用电源切换功能，模拟工作电源失电的场景，验证备用电源投切的可靠性；每季度对直流蓄电池组进行充放电试验，检测单体电池电压以及容量衰减情况；每年开展全系统联调，校验控制算法精度以及保护定值准确性。并且建立运维档案，记录设备型号、检修时间、故障处理方案等相关信息，为后续维护提供数据支持。

（三）优化与改进

面对燃机电厂负荷波动不断加剧以及新能源并网需求持续增加等一系列新挑战，需要借助技术升级以及策略优化的方式，不断提高电气控制系统的适应性和效能。基于此，优化改进工作要围绕“提升响应速度、提高兼容性、降低能耗”这三个目标来推进。在控制策略优化方面，引入模糊 PID 控制算法来取代传统PID 控制，在燃机负荷快速变化的场景中，该算法可动态调整比例、积分、微分参数，降低发电机电压调节的超调量，以适应电网调峰的需求。在硬件升级方面，可把传统 PLC 控制器更换为边缘计算网关，并新增数据预处理和边缘分析功能，网关可实时过滤传感器冗余数据，只上传关键异常信息，减少云端数据传输量，同时接入光伏、储能系统接口，实现燃机电厂与新能源的协同控制。比如在光伏出力不足时，系统会自动提高燃机负荷，保障供电的稳定性。在能耗优化方面，开发厂用电源智能调度模块，该模块结合实时负荷数据与电价信息，自动切换 6kV 电源运行方式，使系统的综合性能得到提升，能适应现代电厂的运行需求。

结束语：本文针对燃机电厂电气控制系统的构成以及实践情况展开详细探讨，内容覆盖硬件设备所提供的物理支撑、总体网络所形成的协同架构，还涉及系统设计中各项功能的具体实现、运行维护环节对稳定状态的保障以及优化改进工作所带来的效能提升等方面，全面且完整地呈现了控制系统从“构建”起始，历经“应用”阶段，直至“升级”过程的全流程实践逻辑。在未来的发展进程中，有必要促使控制系统与人工智能等技术实现更为紧密的融合，以此帮助燃机电厂在能源转型的进程中发挥更为关键的作用，为电力系统可实现清洁高效运行奠定稳固的基础。