電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

韓熠

摘 要：新時(shí)期電力行業(yè)面臨著新的發(fā)展趨勢(shì)，社會(huì)用電需求量大幅度增多給火電廠的電力生產(chǎn)造成了很大的壓力。電廠內(nèi)部的熱控設(shè)備也開始出現(xiàn)不同形式的故障，嚴(yán)重制約了廠內(nèi)熱能生產(chǎn)效率的提升。采用自動(dòng)化控制技術(shù)指導(dǎo)熱工控制，可避免各種故障現(xiàn)象的發(fā)生，研究熱工自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)是極為關(guān)鍵的。

關(guān)鍵詞：熱工自動(dòng)化；技術(shù)；發(fā)展

我國(guó)火力發(fā)電廠的熱工自動(dòng)化技術(shù)近年來得到了非常迅猛的發(fā)展。其核心技術(shù)Distributed Control System（DCS）更是被我國(guó)發(fā)電企業(yè)所應(yīng)用。DCS技術(shù)主要是通過設(shè)備的分散控制來達(dá)到數(shù)據(jù)和信息的自動(dòng)化處理，在我國(guó)350MW以上的火電機(jī)組上應(yīng)用較為廣泛，其經(jīng)濟(jì)性和安全性被我國(guó)發(fā)電企業(yè)所認(rèn)同。近年來隨著計(jì)算機(jī)軟件可視化效果的提高，DCS技術(shù)得到了極大的發(fā)展和應(yīng)用，通訊接口的識(shí)別和管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享為火力發(fā)電廠的信息化處理提供了必要保障。同時(shí)DCS的分散控制也起到了非常好的效果。

1 電廠熱工自動(dòng)化的概念

火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化的主要概念是以火力發(fā)電過程中數(shù)據(jù)的測(cè)量、信息的處理、設(shè)備的自動(dòng)控制、報(bào)警和自動(dòng)保護(hù)為基礎(chǔ).通過自動(dòng)化系統(tǒng)的控制來達(dá)到無人操作的過程。在火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中為了使發(fā)電設(shè)備的安全有所保障，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制。以避免重大事故的發(fā)生，同時(shí)也減少了一定的人力資源。一般的火電自動(dòng)化系統(tǒng)都分為四個(gè)子系統(tǒng)，其中以自檢系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)為主。

2 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)幾乎所有的機(jī)組都采用了DCS控制系統(tǒng)。國(guó)外的系統(tǒng)運(yùn)行可靠但價(jià)格昂貴；國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)價(jià)格低，但是運(yùn)行和維護(hù)的工作量都比較大。根據(jù)國(guó)內(nèi)的機(jī)組情況，從自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的角度，將國(guó)內(nèi)機(jī)組的狀況歸納如下：

（1）機(jī)組、配套儀表設(shè)備、DCS系統(tǒng)、編制軟件都采用進(jìn)口知名設(shè)備。國(guó)外的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)成熟完備，并且各種儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行可靠，機(jī)構(gòu)線性良好，各種參數(shù)設(shè)置合理。

（2）國(guó)產(chǎn)機(jī)組、進(jìn)口儀表及設(shè)備、進(jìn)口DCS系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)編制DCS程序。這一類企業(yè)往往采用國(guó)內(nèi)專業(yè)的程序編制人員，比如熱工調(diào)試所等機(jī)構(gòu)。他們也有著成熟的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)程序編制經(jīng)驗(yàn)，和相當(dāng)?shù)膮?shù)整定經(jīng)驗(yàn)。但是在系統(tǒng)編程和調(diào)試階段，有些時(shí)候相對(duì)粗糙。在以后的運(yùn)行過程中，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)有可能存在一些問題。國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)一些經(jīng)驗(yàn)不太豐富的人員編制的程序。這些企業(yè)存在的問題較多。設(shè)備之間的匹配不夠完善，閥門曲線不夠

合理，程序編制有可能會(huì)存在一些缺陷，參數(shù)整定也更為粗糙一些。不管什么樣的機(jī)組，他們的維護(hù)人員還是國(guó)內(nèi)的。目前，國(guó)內(nèi)的維護(hù)人員更偏重于對(duì)DCS系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。國(guó)內(nèi)各種論壇刊物上所發(fā)表的，也大多是對(duì)DCS系統(tǒng)的學(xué)習(xí)心得、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。很少有人去關(guān)注DCS程序的優(yōu)化、參數(shù)的整定。因而造成了國(guó)內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)質(zhì)量參差不齊、參數(shù)整定稍顯陌生的現(xiàn)狀。一般來說，所有國(guó)內(nèi)企業(yè)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)整體是比較可靠的。很少甚至不會(huì)出現(xiàn)汽包水位偏差過大，蒸汽超壓安全閥動(dòng)作等極端的情況。但是，這不能說明自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是非常合理的。

自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在著各種問題。這些問題有些是外在的，比如與設(shè)計(jì)煤種偏差大、設(shè)備之間匹配不夠合理、閥門或者機(jī)構(gòu)曲線不夠理想等等問題。這些問題已然存在，很難改變。但是還有一些問題是可以努力的。

3 智能控制技術(shù)運(yùn)用于熱工自動(dòng)化

3.1 數(shù)據(jù)采集

采集火電廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的目的是為了分析機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)，掌握汽輪機(jī)組及其連接設(shè)備是否處于正常狀況。智能控制技術(shù)是熱工自動(dòng)化的多功能表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了熱控設(shè)備的機(jī)械化、一體化操控。智能操控必須要有數(shù)據(jù)采集模塊作為輔助結(jié)構(gòu)，及時(shí)獲取準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)信息。目前，智能控制系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)采集模塊，技術(shù)人員事先將指令程序輸入設(shè)備，由采集模塊篩選實(shí)用性數(shù)據(jù)。

3.2 自動(dòng)處理

控制系統(tǒng)所收集的數(shù)據(jù)并非完全適用于生產(chǎn)指導(dǎo)，自動(dòng)處理模塊具有篩選、檢測(cè)、排查等作用，對(duì)控制系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)詳細(xì)地處理?；痣姀S機(jī)組日常作業(yè)涉及到各種數(shù)據(jù)，如：熱力產(chǎn)量、電力流量、設(shè)備狀態(tài)等，數(shù)據(jù)處理模塊能夠根據(jù)熱控系統(tǒng)的要求，從類別、功能、安全等角度篩選出針對(duì)性的數(shù)據(jù)，這樣便可提高數(shù)據(jù)信息處理的效率，指導(dǎo)汽輪機(jī)組安全地操控。

3.3 安全監(jiān)控

“安全生產(chǎn)”是火電廠生產(chǎn)電能的指導(dǎo)思想，社會(huì)各行業(yè)對(duì)電廠電能供應(yīng)的需求量持續(xù)增多，汽輪機(jī)組及鍋爐設(shè)備的作業(yè)負(fù)荷大幅度增加，曲此引發(fā)了不同程度的安全事故。智能控制系統(tǒng)具有安全監(jiān)控功能，有效監(jiān)控了鍋爐爐膛的燃燒狀態(tài)，避免熱力能量的過度耗損。如：安裝智能監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控鍋爐爐膛的燃燒狀態(tài)，從溫度、熱量等標(biāo)準(zhǔn)反映出熱控設(shè)備的狀況。

4 DCS的主要發(fā)展方向

4.1 采用自律分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自律分布控制系統(tǒng)是現(xiàn)代電廠熱工發(fā)展中的一項(xiàng)重要控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以同時(shí)滿足自律可控性和自律可協(xié)調(diào)性的系統(tǒng)。所謂“自律可控性”是指，如果在該系統(tǒng)中的任何一個(gè)部件系統(tǒng)出現(xiàn)問題，那么其余的系統(tǒng)就能在自我保護(hù)的基礎(chǔ)上對(duì)自身的系統(tǒng)進(jìn)行控制，而“自律可協(xié)調(diào)性”是指，任何系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，企業(yè)的系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)控制自身的工作狀態(tài)，并在工作中互相協(xié)調(diào)。

自律DCS與現(xiàn)有DCS有以下差別：現(xiàn)有的DCS主要有兩種類型，即層次分布型系統(tǒng)與水平分布型系統(tǒng)。當(dāng)前者的上位子系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，下位子系統(tǒng)無法實(shí)施調(diào)節(jié)，但下位子系統(tǒng)可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行局部控制，具有自律控制性，但缺乏協(xié)調(diào)性；后者的部分子系統(tǒng)停止工作時(shí)，其余的系統(tǒng)可以繼續(xù)工作，子系統(tǒng)的問題并不影響其余系統(tǒng)的工作狀態(tài)，但在這種情況下，系統(tǒng)彼此之間無法交換信息，無法實(shí)現(xiàn)彼此控制，所以，它具備協(xié)調(diào)性，缺乏控制性；而在傳統(tǒng)的集中式系統(tǒng)中，由于只有一個(gè)控制器，因此它既無自律可控性，也無自律可協(xié)調(diào)性。

4.2 EIC綜合技術(shù)

在以前的發(fā)電控制過程中，電氣控制裝置E（Eleetric）、儀表控制裝置I（Instrument）和計(jì)算機(jī)控制裝置c（Computer）都是彼此獨(dú)立的裝置，采取分別安裝的方式。在現(xiàn)代科技的支持下，國(guó)家開展了EIC綜合技術(shù)運(yùn)用，將這三種裝置結(jié)合起來，并由DCS進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和完成，這是DCS的未來發(fā)展方向。為了讓這個(gè)目標(biāo)成為現(xiàn)實(shí)，對(duì)該綜合系統(tǒng)起到控制力的分布系統(tǒng)應(yīng)具有相應(yīng)的控制能力，即需要配套的硬件、軟件支持，同時(shí)還需要適合綜合系統(tǒng)組成的編碼。

4.3 過程控制儀表

隨著DCS的廣泛使用，常規(guī)的控制儀器的使用范圍大大縮小，特別是中央控制室的BTG盤上所裝設(shè)的指示儀表和記錄儀表的使用更是急速下降。目前在300MW以上大型機(jī)組上設(shè)置的儀器表已經(jīng)縮小到29塊，并且不再安裝記錄表。隨著大屏幕IGS的應(yīng)用，現(xiàn)代中央控制室將不再使用儀表盤。國(guó)外在這項(xiàng)技術(shù)的使用上已經(jīng)有了一定經(jīng)驗(yàn)，今后過程控制儀表的主要發(fā)展趨勢(shì)是在FB支持下使用各種智能變送器和智能執(zhí)行器，這些裝置不但可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的互補(bǔ)，還可以往設(shè)備運(yùn)行中以及停止運(yùn)行時(shí)檢查到出現(xiàn)在系統(tǒng)中的問題，為儀器運(yùn)行提供了一個(gè)安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境?，F(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展越來越注重環(huán)境的保護(hù)，各種先進(jìn)的監(jiān)控發(fā)電廠污染物排放量的儀器日益增加，但這些設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高昂，在實(shí)際使用和維護(hù)中都非常困難，同時(shí)，由于是新型技術(shù)，現(xiàn)階段還缺乏相應(yīng)的技術(shù)人才，我國(guó)沒有則很重儀器的詳細(xì)介紹，國(guó)外的資料也十分有限，這些都影響了該設(shè)備的使用，不但浪費(fèi)了國(guó)家的資金和人力，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成威脅?？墒菄?guó)外卻很重視這種儀器的使用和維護(hù)，它已經(jīng)成為發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)不可缺少的部件。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)總線

采用現(xiàn)場(chǎng)總線FB也是DCS未來的發(fā)展方向。FB是由DCS所控制一條通信線路，它能排除干擾和免受不良影響。采用FB可將現(xiàn)場(chǎng)的所以智能設(shè)備，如智能變送器和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)全部統(tǒng)一連接到FB上。不僅減少r控制電纜的數(shù)量，還能減少因長(zhǎng)線傳輸導(dǎo)致的信號(hào)不良和信號(hào)差異等問題。使用FB后，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)有有機(jī)的系統(tǒng)分散管理和運(yùn)行，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化運(yùn)行，對(duì)發(fā)電控制設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)都起到了積極作用。

總之，熱工自動(dòng)化技術(shù)是電力企業(yè)改革的重點(diǎn)內(nèi)容，只有依賴于先進(jìn)的操控技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)熱力生產(chǎn)效率的提高，為電能生產(chǎn)儲(chǔ)備更多的熱能。經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐的積累，我國(guó)對(duì)熱工自動(dòng)化控制中的操控設(shè)備、智能理論、控制系統(tǒng)等有了深刻的認(rèn)識(shí)，掌握熱控控制技術(shù)需依賴人才作用的發(fā)揮。重視高素質(zhì)技能型人才的培養(yǎng)，督促電力人才增強(qiáng)職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)，能更好地服務(wù)于企業(yè)未來的發(fā)展。