常見電廠熱工自動(dòng)控制技術(shù)淺析

白小勇

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720118

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的電廠熱工控制模式已經(jīng)逐漸無法適應(yīng)電廠建設(shè)和發(fā)展的需要，近年來，電廠通過對(duì)熱工自動(dòng)化控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅大幅提高了電力生產(chǎn)的效率與質(zhì)量，同時(shí)還進(jìn)一步提升了電力生產(chǎn)過程中安全性和經(jīng)濟(jì)性。本文主要介紹了電廠熱工自動(dòng)化控制技術(shù)的構(gòu)成，分析了熱工自動(dòng)控制技術(shù)中的一些常見問題，并在此基礎(chǔ)上提出了自己的觀點(diǎn)和對(duì)電廠熱工自動(dòng)控制技術(shù)的展望。

關(guān)鍵詞：電廠；熱工；自動(dòng)化；控制技術(shù)

隨著近年來國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，用電需求開始呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢。我國是一個(gè)以火電廠為發(fā)電主力的國家，火力發(fā)電廠在我國的社會(huì)發(fā)展中扮演了極其重要的角色。近年來，我國開始大力提倡創(chuàng)新建設(shè)，電力部門也在技術(shù)創(chuàng)新方面加大了投入的力度，熱工自動(dòng)化控制技術(shù)開始被廣泛應(yīng)用于火電廠中，這項(xiàng)技術(shù)的推廣不僅改善了火電廠工作人員的作業(yè)環(huán)境，同時(shí)也給電廠乃至社會(huì)都帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

一、電廠熱工自動(dòng)化控制技術(shù)概述

（一）熱工測量技術(shù)原理

自動(dòng)檢測功能是電廠熱工自動(dòng)化控制技術(shù)中的重要組成部分，這項(xiàng)技術(shù)是由控制系統(tǒng)通過自動(dòng)化儀表獨(dú)立完成對(duì)各機(jī)組設(shè)備相關(guān)參數(shù)的測量，從而達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行狀況的目的。熱工測量技術(shù)主要包含以下幾種：一是溫度測量。熱工溫度測量中，傳感器主要采用的是熱電偶和熱電阻，也有部分電廠使用水銀溫包或金屬膜等其他類型的熱敏元件；二是壓力測量。其傳感器通常為應(yīng)變?cè)砟て?，檢測原理為變送器位移檢測。目前多以數(shù)顯儀表為主；三是流量測量。當(dāng)前使用較多的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流一般是為差壓原理測量，僅有少數(shù)電廠還在使用傳統(tǒng)的齒輪或渦輪流量計(jì)；四是液位測量。目前測量液位的主流是采用差壓原理在經(jīng)過壓力補(bǔ)償測量，同時(shí)應(yīng)用電接點(diǎn)和工業(yè)電視。

（二）DCS系統(tǒng)

大機(jī)組儀控制系統(tǒng)目前多采用的是DCS系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由集中式控制系統(tǒng)發(fā)展而來的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)能夠通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全程檢測火電廠的整個(gè)生產(chǎn)過程，并對(duì)機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行和停止進(jìn)行控制。隨著近年來電子技術(shù)的發(fā)展，DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到完善。

二、電廠熱工自動(dòng)化控制技術(shù)問題分析

電廠熱工自動(dòng)化控制技術(shù)雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在具體的生產(chǎn)應(yīng)用過程中，仍然存在一些問題。

（一）電廠設(shè)備自動(dòng)化水平

電廠熱工控制自動(dòng)化水平主要是由以下幾個(gè)方面決定：一是發(fā)電機(jī)組設(shè)備在電廠所有設(shè)備中的地位和配電網(wǎng)對(duì)發(fā)電廠機(jī)組的要求；二是電廠發(fā)電機(jī)組承受負(fù)荷的能力和機(jī)組的可控性；三是測量所用儀表與控制設(shè)備的質(zhì)量和種類；四是電廠自身的設(shè)備自動(dòng)控制設(shè)計(jì)水平。除此之外，設(shè)備機(jī)組的安裝、調(diào)試以及自動(dòng)控制系統(tǒng)所能達(dá)到的最終效果還是要依賴于電廠的維護(hù)水平和管理機(jī)制。

（二）單元機(jī)組控制和DCS一體化水平

當(dāng)前電廠單元機(jī)組的主要技術(shù)特征之一就是爐機(jī)電融一體化，將DCS技術(shù)應(yīng)用于電廠后，可以利用DCS技術(shù)的安全性和可靠性，將其與電廠的熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)相結(jié)合，就可以形成一種新的單元機(jī)組格局。其一是爐機(jī)電控制。以往的電廠建設(shè)布局中，通常都是由一條線路實(shí)現(xiàn)發(fā)電設(shè)備、變壓器設(shè)備以及電廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的連接，采用自動(dòng)化控制模式后，發(fā)電廠的運(yùn)行操作過程開始采取爐機(jī)電分管機(jī)制，要求系統(tǒng)與爐機(jī)分離，電廠設(shè)備開始改為集中控制；二是DCS一體化功能的覆蓋。DCS一體化通常是指將DCS作為電廠主體，通過網(wǎng)絡(luò)通信的方式傳輸和共享數(shù)據(jù)，從而使系統(tǒng)操作更加簡單方便，降低電廠工作人員操作設(shè)備的難度，進(jìn)而達(dá)到提高電廠員工工作效率的目的[1]。

三、加強(qiáng)熱工自動(dòng)控制技術(shù)可靠性的建議

基于以上分析，筆者認(rèn)為，加強(qiáng)電廠熱工自動(dòng)化控制技術(shù)可靠性和安全性可以從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行：

（一）提高發(fā)電機(jī)組整體運(yùn)行和監(jiān)管的水平

電廠在建設(shè)熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的過程中，首先需要確保各單元機(jī)組能夠正常運(yùn)行。發(fā)電機(jī)組是整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中最重要的組成部分，其中又以作為發(fā)電機(jī)組核心的大容量機(jī)組為重中之重。通過觀察熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)在電廠的實(shí)際運(yùn)行可以發(fā)現(xiàn)，由于該系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此在運(yùn)行過程中必須加強(qiáng)對(duì)各機(jī)組的監(jiān)視和操作，同時(shí)還要細(xì)化每一步指令。例如：通常情況下400～700MW的發(fā)電機(jī)組可達(dá)到6000點(diǎn)以上的信息總量，實(shí)際運(yùn)行過程中也超過了1300個(gè)以上的具體操作指令。如果采用傳統(tǒng)的人工操作模式來來完成對(duì)這些大容量發(fā)電機(jī)組的操控，并且還要確保其安全運(yùn)行，顯然難度極大。因此，發(fā)電廠要在機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中全面提高監(jiān)管力度。

（二）對(duì)過程控制中的專用軟硬件加以優(yōu)化和完善

當(dāng)前大部分電廠熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)都是采用的分散控制模式，這種模式在提升汽輪機(jī)和鍋爐的控制水平方面有較好的效果。然而，還是有一部分電廠仍然在使用傳統(tǒng)的控制模式。例如將一定數(shù)量的開關(guān)按鈕和模擬儀表光字牌等安裝于控制臺(tái)的做法就會(huì)導(dǎo)致DCS系統(tǒng)與鍋爐、汽輪機(jī)以及控制室之間出現(xiàn)協(xié)調(diào)不暢的情況，從而嚴(yán)重影響熱工自動(dòng)化控制水平。在電氣控制系統(tǒng)中，DCS主要是在主廠房用電系統(tǒng)中和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中對(duì)不停電電源、支流以及保安電源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。隨著近幾年電廠熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，DCS在電廠熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普及。但是，DCS仍然存在一些不足和缺陷，例如智能化水平不足以及在實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場儀表信息要求時(shí)較難等[2]。因此，完善和優(yōu)化過程控制專用軟硬件對(duì)于電廠熱工自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用和創(chuàng)新有著極其重要的作用。

（三）單元機(jī)組的集中配置

電廠熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，測量參數(shù)，處理信息數(shù)據(jù)以及控制保護(hù)和報(bào)警等都是由自動(dòng)化儀表和自動(dòng)控制設(shè)備來完成。因此，采用熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)，有助于提升電廠熱工裝置的安全性和可靠性，同時(shí)還能有效的降低電廠工作員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。通常情況下，電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)都是由1～2臺(tái)單元機(jī)組構(gòu)成，并由一系列不同的小型電子設(shè)備構(gòu)成電子室。隨著現(xiàn)階段人們用電需求的不斷提高，發(fā)電廠在繼續(xù)擴(kuò)大熱工集控室的同時(shí)，逐漸開始出現(xiàn)能夠?qū)㈦姀S全部單元機(jī)組集合控制的超大型控制室，超大型控制室的出現(xiàn)對(duì)于電廠單元機(jī)組電子設(shè)備的集中配置起到了良好的促進(jìn)作用，同時(shí)也達(dá)到了優(yōu)化電廠熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的目的。

四、對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的展望

（一）智能化的單元機(jī)組控制

現(xiàn)如今，DCS系統(tǒng)的單元控制一體化已經(jīng)在火電廠廣泛應(yīng)用，但是，DCS的智能化卻被業(yè)界忽視了。而類似的監(jiān)控系統(tǒng)智能化軟件在其他行業(yè)的都取得了較好應(yīng)用。因此，我們有理由相信，在各行各業(yè)都在為了早日實(shí)現(xiàn)智能化而不斷努力的今天，我國的火電廠單元機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)必然不會(huì)落后于其他行業(yè)，電力行業(yè)應(yīng)重視智能化單元機(jī)組控制的重要性，并盡可能在未來幾年內(nèi)將信息智能化的儀表裝置和相關(guān)的智能軟件應(yīng)用到電力行業(yè)中來了。

（二）人工智能的應(yīng)用

模擬量控制系統(tǒng)的質(zhì)量和適用范圍正在不斷提升，相信在不久后會(huì)出現(xiàn)大量的人工智能研究成果，并逐漸將該系統(tǒng)從模擬階段發(fā)展至實(shí)用階段?，F(xiàn)階段電廠的溫度和壓力監(jiān)控系統(tǒng)都只是某一點(diǎn)的溫度和壓力作為檢測依據(jù)，對(duì)整體情況有所忽略。因此檢測結(jié)果很多時(shí)候差強(qiáng)人意。就目前的技術(shù)水平而言，這個(gè)問題暫時(shí)得不到有效的解決。但是，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，相信未來利用人工智能可以很好的解決這一難題。

（三）現(xiàn)場總線系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用

DCS系統(tǒng)能夠有效的降低系統(tǒng)內(nèi)被因某個(gè)芯片故障而導(dǎo)致的對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)造成的影響。隨著相關(guān)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，近年來DCS系統(tǒng)的安全性和可靠性較之以往有了很大的提高。但是，雖然電力行業(yè)將DCS系統(tǒng)作為最主要的對(duì)線運(yùn)行機(jī)組控制系統(tǒng)，但DCS系統(tǒng)采用的仍然是模擬量信號(hào)，所提供的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率有一定的偏差，對(duì)電廠熱工過程的控制視野造成了一定的限制。應(yīng)用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，不但能夠解決信號(hào)傳輸過程中的電纜數(shù)量冗余問題，而且還可以有效的保證信號(hào)質(zhì)量。將香腸總線系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)，可以將火電廠熱工控制系統(tǒng)合理分散為多個(gè)控制單元來進(jìn)行管理運(yùn)作。與DCS結(jié)合使用既能增強(qiáng)現(xiàn)場設(shè)備智能化程度，同時(shí)還有利于火電廠機(jī)組設(shè)備的檢測維護(hù)，從而增強(qiáng)火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性和可靠性。

五、結(jié)語

總而言之，火電廠熱工自動(dòng)化水平關(guān)系著電廠機(jī)組是否能夠經(jīng)濟(jì)安全的運(yùn)行。隨著當(dāng)前不斷擴(kuò)大的電網(wǎng)規(guī)模，輸電等級(jí)也在逐年上升?；痣姀S的發(fā)展必須高度重視系統(tǒng)自動(dòng)化?；痣姀S熱工自動(dòng)化從業(yè)員工也必須積極學(xué)習(xí)，不斷提升自己的綜合能力素質(zhì)，推動(dòng)熱工自動(dòng)化水平的不斷發(fā)展和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧宏斌.探析火電廠中熱工自動(dòng)化控制的應(yīng)用和發(fā)展[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)：下旬刊，2014，（04）：8990.

[2]黃遵華.探討火電廠熱工自動(dòng)化及控制[J].科技與企業(yè)，2013，（04）：238238，242.