淺談如何提高電廠熱工自動(dòng)化水平

李寧

（大唐太原第二熱電廠，山西 太原 030041）

熱工自動(dòng)化技術(shù)作為火力發(fā)電廠的重要技術(shù)之一，能夠幫助設(shè)備運(yùn)行，提高機(jī)組的工作效率，提升其發(fā)電工作的精準(zhǔn)程度，優(yōu)化熱控系統(tǒng)控制有效性的同時(shí)避免出現(xiàn)不必要的誤動(dòng)。所以，電廠需要高度重視熱工自動(dòng)化技術(shù)，在明確其存在不足的基礎(chǔ)之上加以改進(jìn)，從而保障熱控設(shè)備以及熱控系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，保護(hù)好機(jī)組的經(jīng)濟(jì)安全。

1 電廠熱工自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著技術(shù)改革的不斷深化，目前，電廠熱工自動(dòng)化水平也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，能夠在設(shè)備、系統(tǒng)以及控制結(jié)構(gòu)、控制范圍等方面實(shí)現(xiàn)突破與優(yōu)化。逐漸淘汰了火電廠的老機(jī)組以及初投產(chǎn)機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了主輔機(jī)設(shè)備的有效、可靠控制。

電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的核心是自動(dòng)控制系統(tǒng)，其主要由過(guò)熱器、省煤器、給水閥所組成，把工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程之中的溫度、壓力、液位、濃度等多個(gè)因素進(jìn)行自動(dòng)化控制的系統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)程控制系統(tǒng)，這樣就能夠保障鍋爐在正常的溫度下安全運(yùn)行，同時(shí)，汽包的水位穩(wěn)定在一定的范圍。其中，測(cè)量變送器的主要功能就是用來(lái)測(cè)量被調(diào)量，同時(shí)，對(duì)于這種參數(shù)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)化，給定元件則是為了去設(shè)置被調(diào)量的給定值和電信號(hào)的，調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)調(diào)量信號(hào)以及給定值比較后的偏差信號(hào)，遵循一定的控制指令規(guī)律傳送給執(zhí)行器，執(zhí)行器根據(jù)控制指令來(lái)改變調(diào)節(jié)量。所以，綜合來(lái)看，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是指接受控制作用去改變調(diào)節(jié)量變化的具體設(shè)備，所控制的對(duì)象是被控制的熱工生產(chǎn)過(guò)程及其設(shè)備。

所以，電廠應(yīng)用熱工自動(dòng)化技術(shù)，不僅僅是電廠安全運(yùn)行以及對(duì)于設(shè)備性能完善改造的主要手段，同時(shí)，也是電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物。在發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)主輔機(jī)的自動(dòng)化設(shè)備也提出了更高的要求，除了要滿足安全、經(jīng)濟(jì)的需求之外，還要符合廠站獨(dú)立經(jīng)濟(jì)核算的實(shí)際要求，即廠站應(yīng)用的“廠網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、同網(wǎng)同質(zhì)同價(jià)”電力經(jīng)營(yíng)策略；新型自動(dòng)化裝置要能夠與調(diào)頻調(diào)峰要求相適應(yīng)，提升火電廠自身的控制能力。

但是目前所應(yīng)用的電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)也存在著不足，故障離散性相對(duì)較大，很多環(huán)節(jié)都會(huì)存在著不穩(wěn)定因素：例如保護(hù)信號(hào)取樣及配置方式、測(cè)量設(shè)備、控制設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備、電纜、電源、熱控設(shè)備以及技術(shù)人員外部控制等多種因素，都會(huì)導(dǎo)致其裝置故障、機(jī)組跳閘以及設(shè)備的損壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致安全事件，機(jī)組運(yùn)行參數(shù)異常波動(dòng)等。所以，需要電廠提升自身的熱工自動(dòng)化技術(shù)水平，在掌握熱工被控對(duì)象、變送器使用方法、執(zhí)行器運(yùn)行原理、調(diào)節(jié)器應(yīng)用措施、熱工系統(tǒng)主要控制方式以及評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)之上，有效實(shí)現(xiàn)技術(shù)提升與技術(shù)應(yīng)用。

2 加強(qiáng)應(yīng)用具體措施

2.1 優(yōu)化單元機(jī)組分散控制系統(tǒng)的配置

在分散控制系統(tǒng)配置時(shí)，應(yīng)該明確操作員站、工程師站、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器以及通訊網(wǎng)絡(luò)之間的功能劃分，冗余配置應(yīng)該可靠、安全。為了照顧到后續(xù)的檢修與維護(hù)環(huán)節(jié)，工程師站與操作員站都應(yīng)該具備檢修功能，同時(shí)，還要增加單元機(jī)組集控室內(nèi)的操作員站數(shù)量。而在配置控制器時(shí)，更應(yīng)該嚴(yán)格遵循其分開(kāi)配置的獨(dú)立性要求，不能為了便利日常操作而降低控制器的實(shí)際數(shù)量，因?yàn)橄到y(tǒng)配置的分散性能夠較好地提升對(duì)機(jī)組的保護(hù)，由此避免機(jī)組出現(xiàn)停運(yùn)事故等現(xiàn)象時(shí)產(chǎn)生不可控制的損失。

配置細(xì)節(jié)上需要注意，比如水泵以及送風(fēng)機(jī)需要配置在不同的控制器之中，一些冗余及組合的設(shè)備為了發(fā)揮其最大作用應(yīng)該縱向組合。在同一個(gè)控制系統(tǒng)中，比如給煤機(jī)、磨煤機(jī)以及風(fēng)門(mén)等都是在同一個(gè)控制器之內(nèi)，這些控制配置全部完成之后，要確保參數(shù)的精準(zhǔn)設(shè)置，保障重要監(jiān)控信號(hào)不會(huì)因?yàn)楣收蠁?wèn)題而斷開(kāi)監(jiān)視聯(lián)系，加強(qiáng)對(duì)汽包水位、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度以及爐膛壓力的參數(shù)控制。

除了參數(shù)配置之外，IO信號(hào)需要配置在相應(yīng)的模件上，重要的關(guān)鍵參數(shù)選擇三重冗余變送器測(cè)量，其余關(guān)鍵參數(shù)則可以使用雙重冗余變送器測(cè)量，保障并控制回路的輸出與輸入信號(hào)布置在同一個(gè)控制器的模件機(jī)柜之中，且其之間應(yīng)該是互不干擾，相互隔離的，這也在一定程度上提升了模件輸入輸出信號(hào)的穩(wěn)定性，避免因?yàn)殡妷旱膫魅耄屚ǖ喇a(chǎn)生故障及損壞等現(xiàn)象。

對(duì)于DCS系統(tǒng)，在應(yīng)用上應(yīng)該滿足《熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》《火力發(fā)電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)技術(shù)條件》《全國(guó)電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》等相關(guān)法規(guī)的實(shí)際要求，DCS自身還需要達(dá)到電磁兼容的實(shí)際要求，并且結(jié)合其火力發(fā)電廠的實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求，建立聲光報(bào)警系統(tǒng)，從而優(yōu)化信號(hào)情況。根據(jù)通訊需求，平時(shí)應(yīng)該采取ETS雙網(wǎng)的通訊系統(tǒng)，以此避免因?yàn)閭€(gè)別部分通訊故障而集體故障的現(xiàn)象，保證另一個(gè)通訊系統(tǒng)能夠正常工作。

2.2 明確應(yīng)用類(lèi)型

熱工自動(dòng)化技術(shù)在發(fā)電廠中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在3個(gè)系統(tǒng)上，分別是DCS系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及熱工測(cè)量技術(shù)，這三種應(yīng)用技術(shù)共同構(gòu)成了熱工自動(dòng)化技術(shù)，在發(fā)電廠的日常運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮重要作用。DCS系統(tǒng)能夠有效結(jié)合局域網(wǎng)技術(shù)與發(fā)電機(jī)組，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，加強(qiáng)對(duì)其他口令與信號(hào)的控制和處理；而自動(dòng)控制系統(tǒng)則是主要對(duì)于各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，比如燃燒溫度、主汽溫度以及水位調(diào)節(jié)等，且在開(kāi)環(huán)控制以及壓力控制方面也有著良好的表現(xiàn)。熱工測(cè)量技術(shù)則是利用檢測(cè)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力、流量以及液位的測(cè)量。所以，想要提升發(fā)電廠的熱工自動(dòng)化技術(shù)，除了需要提升其機(jī)組的智能化，還需要讓技術(shù)人員明確技術(shù)要點(diǎn)，通過(guò)培訓(xùn)、教學(xué)工作規(guī)范技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)熱工自動(dòng)化技術(shù)的系統(tǒng)性應(yīng)用。

2.3 不斷更新熱工自動(dòng)化技術(shù)

除了傳統(tǒng)的熱工自動(dòng)化技術(shù)之外，目前，我國(guó)也開(kāi)發(fā)了全新的技術(shù)，比如SIS系統(tǒng)應(yīng)用以及變頻技術(shù)應(yīng)用，SIS系統(tǒng)能夠更好地對(duì)電廠信息進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與信息共享，其智能化與自動(dòng)化體現(xiàn)在了設(shè)備故障的自我診斷與自我修復(fù)上，不僅僅能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理與存儲(chǔ)，同時(shí)，也能夠進(jìn)行分析、判斷以及運(yùn)行控制優(yōu)化。變頻技術(shù)則是能夠在電力生產(chǎn)的過(guò)程之中，積極促進(jìn)低速轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、動(dòng)態(tài)速度，提升調(diào)整行為的范圍與精確程度，且交流變頻調(diào)速技術(shù)也通常會(huì)應(yīng)用在高壓電機(jī)之上。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度上看，變頻技術(shù)自身也具備節(jié)能減排的特征，是未來(lái)電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.4 加強(qiáng)熱工保護(hù)系統(tǒng)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備

在熱工保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用中，一般都遵循著“杜絕拒動(dòng)，防止誤動(dòng)”的配置原則，所以，為了進(jìn)一步保護(hù)熱工系統(tǒng)，可以適當(dāng)增加證實(shí)信號(hào)與報(bào)警系統(tǒng)，單獨(dú)設(shè)置觸發(fā)停機(jī)停爐保護(hù)信號(hào)的開(kāi)關(guān)量?jī)x表以及模擬量變送器，控制指令遵循有效保護(hù)的原則，按照一定的控制邏輯啟動(dòng)跳閘繼電器。

在用于連鎖保護(hù)的通信網(wǎng)絡(luò)傳送的開(kāi)關(guān)量點(diǎn)中，應(yīng)優(yōu)化加延時(shí)或上網(wǎng)點(diǎn)的形式，利用硬線連接的形式來(lái)減少信號(hào)的瞬時(shí)間干擾所造成的錯(cuò)誤動(dòng)作，提升信號(hào)的穩(wěn)定性與可靠性，從根本上優(yōu)化熱工的邏輯控制與設(shè)備的穩(wěn)定程度。

2.5 提高設(shè)備自動(dòng)化水平

熱控AGC控制是負(fù)荷調(diào)節(jié)的中樞系統(tǒng)，而鍋爐、汽輪機(jī)等的調(diào)節(jié)裝置是系統(tǒng)的“手”和“腳”，空有先進(jìn)的控制系統(tǒng)而“手”“腳”不聽(tīng)指揮是無(wú)法達(dá)到高效的負(fù)荷控制效果的，尤其是需要事先快速的二次、三次調(diào)峰的需求和面對(duì)調(diào)度系統(tǒng)嚴(yán)格的AGC考核。目前，大多數(shù)火電廠AGC控制策略主要采用負(fù)荷指令前饋PID反饋的調(diào)節(jié)方案，這種方案要求前饋控制回路的參數(shù)必須定得非常精確，機(jī)組對(duì)煤種穩(wěn)定、機(jī)組設(shè)備穩(wěn)定、機(jī)組運(yùn)行方式成熟、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的準(zhǔn)確高效要求很高。如果設(shè)備控制能力較差，則整個(gè)控制會(huì)出現(xiàn)消除擾動(dòng)能力差，易出現(xiàn)參數(shù)大幅波動(dòng)及調(diào)節(jié)振蕩情況；機(jī)組負(fù)荷升降速率較低；燃料、給水等控制量波動(dòng)大；主、再熱汽溫的控制品質(zhì)相對(duì)較差等一系列的問(wèn)題。

另外，引起上述問(wèn)題的原因還有隨著機(jī)組工況和煤種的變化，機(jī)組被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性已變得越來(lái)越差，過(guò)程的滯后和慣性變得越來(lái)越大，對(duì)象非線性和時(shí)變性的特征也越來(lái)越明顯。在這種情況下，常規(guī)的AGC調(diào)節(jié)方案已很難協(xié)調(diào)好控制系統(tǒng)快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾。要從根本上解決上述問(wèn)題，應(yīng)將先進(jìn)的控制技術(shù)，比如預(yù)測(cè)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等技術(shù)應(yīng)用到火電機(jī)組的優(yōu)化控制中來(lái)，控制策略的質(zhì)量取決于調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)格執(zhí)行策略。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前電廠在提升熱工自動(dòng)化技術(shù)方面還有很大的發(fā)展空間，需要在明確發(fā)展現(xiàn)狀以及技術(shù)應(yīng)用基本概念的基礎(chǔ)之上，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)的研究以及技術(shù)的應(yīng)用與掌握，細(xì)化參數(shù)配置細(xì)節(jié)，從而提升應(yīng)用效果，保障電廠能夠在安全生產(chǎn)的前提下達(dá)到負(fù)荷控制的良好效果。