探究火電廠熱工自動(dòng)化的安全配置與技術(shù)改造

宋曉峰 黃明明

摘 要：本文對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化的基本概念、發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)特征等內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，深入探究了熱工自動(dòng)化的安全配置狀況，重點(diǎn)闡述火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)改造方法，以此增強(qiáng)火電廠發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性與安全性?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)十分發(fā)達(dá)普及，將熱工自動(dòng)化安全要求與自動(dòng)化、智能化等技術(shù)相結(jié)合，能夠有效提高信息處理效率、增強(qiáng)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有利于規(guī)避安全事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：火電廠;安全技術(shù);熱工自動(dòng)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）19-0145-02

0 引言

我國(guó)電力事業(yè)在各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的支持下得到快速發(fā)展，但由于經(jīng)濟(jì)水平與生活水平相較于過(guò)去有所提高，故而機(jī)組容量不斷增大。為了在滿(mǎn)足用戶(hù)用電需求的基礎(chǔ)上不斷提升火電廠熱工自動(dòng)化程度，企業(yè)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)擴(kuò)大監(jiān)控范圍，發(fā)揮自動(dòng)化技術(shù)與智能化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高火電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

1 火電廠熱工自動(dòng)化概述

1.1 基本概念

火電廠熱工自動(dòng)化是指以熱功率測(cè)量、自動(dòng)控制、信息處理、故障報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作的控制過(guò)程。在火電廠整體工作環(huán)節(jié)中充分發(fā)揮熱工自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，有利于增強(qiáng)發(fā)電設(shè)備的安全性，對(duì)規(guī)避重大安全事故具有積極影響，因此發(fā)電企業(yè)必須重視改造熱工自動(dòng)化技術(shù)的必要性。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)火電廠自動(dòng)化技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的支持下得到快速發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)、可視化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)等被廣泛應(yīng)用于安全技術(shù)改造中，不僅提高了發(fā)電質(zhì)量與效率，還增強(qiáng)了通信接口的識(shí)別與數(shù)據(jù)共享管理能力。其中，分布式控制系統(tǒng)的主要作用是自動(dòng)分散處理信息數(shù)據(jù)，智能化技術(shù)有效節(jié)約了資金成本與人力資源損耗。

1.3 技術(shù)特征

第一，使用溫度測(cè)量傳感器對(duì)火電廠環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，該設(shè)備主要由熱電偶熱電阻、熱敏感組件（如雙金屬薄膜）、汞燈泡等元件組成;第二，利用應(yīng)變傳感器膜片對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量，此類(lèi)傳感器遵循位移監(jiān)測(cè)原則，在工作時(shí)需要搭配彈簧管、電阻電容傳感器、二次儀表數(shù)字顯示儀等設(shè)備;第三，對(duì)液體水平進(jìn)行測(cè)量，必須嚴(yán)格按照壓差原理要求，由于此類(lèi)材料測(cè)量呈現(xiàn)出較明顯的加權(quán)性與電容性，故而也可以使用超聲進(jìn)行檢測(cè);第四，在對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流部件測(cè)量原則為基礎(chǔ)，采用齒輪流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等儀器進(jìn)行檢測(cè)[1]。

2 火電廠熱工自動(dòng)化的安全配置

2.1 提高控制系統(tǒng)電磁兼容性

現(xiàn)階段，分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋了火電廠熱工自動(dòng)化多方面功能，尤其是電氣監(jiān)控，在該技術(shù)的支持下后備監(jiān)控設(shè)備基本全部取消，極大程度上提高了火力發(fā)電的安全性與控制系統(tǒng)電磁的兼容性，但在應(yīng)用分布式控制系統(tǒng)時(shí)，若是該系統(tǒng)出現(xiàn)故障，便會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，使得火電廠停電事故爆發(fā)率明顯增加。對(duì)此，為了保證火電廠機(jī)組運(yùn)行安全與降低電能損失，企業(yè)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)與《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化安全技術(shù)指南》對(duì)分布控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)開(kāi)發(fā)并安裝安全控制器等方法增強(qiáng)其可靠性與應(yīng)用性，以此提高熱工自動(dòng)化相關(guān)配置的安全性。

2.2 保證控制系統(tǒng)與監(jiān)控設(shè)備配置的合理性

通過(guò)分析《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化安全技術(shù)指南》對(duì)分布式控制系統(tǒng)提出的要求，發(fā)電企業(yè)應(yīng)遵循“系統(tǒng)故障時(shí)最大限度減小對(duì)火電機(jī)組運(yùn)行安全的影響”指導(dǎo)思想制定配置方案。例如，某火力發(fā)電廠將循環(huán)水泵、空冷機(jī)的冷卻水泵等公用系統(tǒng)，按照固定分組與單元納入分布式控制系統(tǒng)中，有效解決了系統(tǒng)故障時(shí)全廠或多臺(tái)機(jī)組同時(shí)停止運(yùn)行的問(wèn)題，切實(shí)降低了不必要損失。

2.2.1 冗余輔助設(shè)備的配置原則

在對(duì)冗余輔助設(shè)備進(jìn)行配置時(shí)，為了進(jìn)一步強(qiáng)化熱工自動(dòng)化整體運(yùn)行情況的安全性，需要遵循以下配置原則：第一，將送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵等輔助設(shè)備分別配置在不同控制器中，同時(shí)允許送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)等縱向組合設(shè)備作用于同一控制器，如此可以避免當(dāng)控制器出現(xiàn)故障時(shí)火電機(jī)組被迫停止運(yùn)行的問(wèn)題。

第二，將給水泵、油燃燒器、磨煤機(jī)等冗余設(shè)備適當(dāng)分配到幾個(gè)控制器中，同時(shí)對(duì)模擬量控制回路進(jìn)行分散配置，將會(huì)對(duì)同一重要參數(shù)造成影響的控制回路配置在不同控制器中。比如一級(jí)見(jiàn)聞控制系統(tǒng)、二級(jí)減溫控制系統(tǒng)、再熱蒸汽擺動(dòng)火嘴、噴水控制系統(tǒng)、引風(fēng)控制系統(tǒng)、送風(fēng)控制系統(tǒng)等不能被配置在同一控制器中，否則會(huì)造成模擬量控制系統(tǒng)失靈的現(xiàn)象[2]。

第三，在配置汽包水位控制器時(shí)必須遵循重要保護(hù)與控制分開(kāi)配置的獨(dú)立性原則;錯(cuò)誤檢測(cè)與處理控制器需要按照故障安全原則進(jìn)行配置;爐膛安全系統(tǒng)與汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)控制器的繼電器執(zhí)行回路同樣要遵循故障安全原則，而跳閘輸出則需要符合帶電動(dòng)作原則配置要求。

第四，為了確保熱工自動(dòng)化程序中的控制器能夠在發(fā)生故障后的短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，且確保在恢復(fù)期間火電機(jī)組可以在穩(wěn)定負(fù)荷的情況下安全運(yùn)行，針對(duì)汽包水位、主蒸汽溫度、再蒸汽溫度、主蒸汽壓力、爐膛壓力等重要安全參數(shù)，需要在兩對(duì)控制器中同時(shí)配置。

2.2.2 后備監(jiān)控設(shè)備的配置要求

盡管在分布式控制系統(tǒng)的作用下，后備監(jiān)控設(shè)備基本被取消，但是出于安全考慮，在實(shí)現(xiàn)熱工自動(dòng)化時(shí)，仍需要對(duì)融合了自動(dòng)化技術(shù)與智能化技術(shù)的后備監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行配置。過(guò)往配置后備監(jiān)控設(shè)備時(shí)，總會(huì)在分布式控制系統(tǒng)局部故障時(shí)無(wú)法維持短時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行、分布式控制系統(tǒng)緊急停機(jī)時(shí)無(wú)法確?；痣姍C(jī)組安全等問(wèn)題，主要原因是當(dāng)出現(xiàn)上述兩種現(xiàn)象時(shí)，后備監(jiān)控設(shè)備會(huì)發(fā)出停機(jī)、打開(kāi)真空破壞門(mén)的指令，同時(shí)啟動(dòng)直流潤(rùn)滑油泵、交流潤(rùn)滑油泵，然而停止機(jī)組運(yùn)行是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的操作過(guò)程，因此分布式控制系統(tǒng)的保護(hù)回路與聯(lián)鎖回路在執(zhí)行時(shí)便受到了極大阻礙。

基于上述問(wèn)題，在配置后備監(jiān)控儀表、報(bào)警裝置等設(shè)備時(shí)，需要嚴(yán)格按照以下配置要求開(kāi)展工作：第一，對(duì)于后備監(jiān)視儀表，可以采用經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明可靠性與安全性較強(qiáng)的鍋爐汽包電接點(diǎn)水位表，有利于提高熱工自動(dòng)化全程測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，此外還可以選擇凝汽器真空表、汽輪機(jī)等設(shè)備。第二，對(duì)于后備報(bào)警裝置，發(fā)電企業(yè)若想切實(shí)保證熱工自動(dòng)化配置安全，需要對(duì)一些重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保其始終處于允許范圍呃逆，尤其是跳閘、聯(lián)鎖、保護(hù)等回路的動(dòng)作是否正確，同時(shí)適當(dāng)增加報(bào)警裝置數(shù)量，盡量以最小代價(jià)換取火電機(jī)組運(yùn)行的安全性，以此避免出現(xiàn)短時(shí)停運(yùn)或緊急停機(jī)的現(xiàn)象。

3 火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)改造

3.1 發(fā)揮分布式控制系統(tǒng)的作用

在對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行改造時(shí)，充分發(fā)揮分布式控制系統(tǒng)的作用，能夠確?；痣姍C(jī)組在額定參數(shù)運(yùn)行狀態(tài)下帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，主要根據(jù)是分散控制系統(tǒng)既可以對(duì)火電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)調(diào)整，又支持熱工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備更新，有利于提高機(jī)組的調(diào)節(jié)品質(zhì)，具體構(gòu)成與運(yùn)行如圖1所示[3]。

3.2 優(yōu)化單元機(jī)組分散控制系統(tǒng)配置

對(duì)于單元機(jī)組分散控制系統(tǒng)配置，發(fā)電企業(yè)首先要明確實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員站、通訊網(wǎng)絡(luò)之間的功能劃分，秉承可靠性與安全性原則對(duì)冗余設(shè)備進(jìn)行配置，同時(shí)為了能夠照顧到后期檢修工作，熱動(dòng)自動(dòng)化運(yùn)行線上的工作人員都應(yīng)具備一定檢查與維修能力。其次，在優(yōu)化單元機(jī)組分散控制系統(tǒng)配置時(shí)，可以適當(dāng)增加單元機(jī)組集控室內(nèi)操作員的數(shù)量，嚴(yán)格遵循獨(dú)立性原則開(kāi)展配置工作，禁止為了操作方便而減少控制其數(shù)量，使得分散系統(tǒng)的保護(hù)性能未能真正發(fā)揮，導(dǎo)致熱工自動(dòng)化機(jī)組因突發(fā)性停運(yùn)問(wèn)題給發(fā)電企業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p失。再者，工作人員需要注重配置細(xì)節(jié)，比如送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備應(yīng)配置在不同控制器中，給煤機(jī)、風(fēng)門(mén)、磨煤機(jī)等設(shè)備應(yīng)配置在同一控制器中，冗余設(shè)備必須采用縱向組合，在完成配置工作之后，還需要對(duì)參數(shù)的精準(zhǔn)度進(jìn)行再次確認(rèn)，以此避免出現(xiàn)監(jiān)控信號(hào)因?yàn)楣收隙鴶嚅_(kāi)的問(wèn)題。最后，要將IO信號(hào)配置在相應(yīng)模件上，根據(jù)實(shí)際情況選擇采用三重或雙重冗余變送器測(cè)量關(guān)鍵參數(shù)，保證回路輸出與輸入信號(hào)布置在同一控制器的模件機(jī)柜中，同時(shí)將二者相互隔離，如圖2，確保兩種信號(hào)互不干擾，此舉的主要作用是增強(qiáng)模件信號(hào)輸出與輸入的穩(wěn)定性。

3.3 提高安全設(shè)備自動(dòng)化水平

3.3.1 改良系統(tǒng)設(shè)備

當(dāng)前，多數(shù)發(fā)電企業(yè)在改造熱工自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)秉承著“杜絕拒動(dòng)、防止誤動(dòng)”的配置理念，一定程度上提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，但若想進(jìn)一步加大熱工系統(tǒng)保護(hù)力度，企業(yè)必須對(duì)安全設(shè)備進(jìn)行改良，通過(guò)增加證實(shí)信號(hào)、報(bào)警程序等方法提高自動(dòng)化水平。另外，還可以對(duì)觸發(fā)停機(jī)停爐保護(hù)信號(hào)的開(kāi)關(guān)量?jī)x表、模擬量變送器進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，在控制或調(diào)整指令時(shí)應(yīng)遵循有效保護(hù)原則，并且按照一定控制邏輯啟動(dòng)跳閘繼電器，如此方能確保減少因信號(hào)瞬時(shí)干擾造成的錯(cuò)誤動(dòng)作，有效增強(qiáng)輸入與輸出信號(hào)的可靠性、邏輯控制與設(shè)備的穩(wěn)定性。

3.3.2 優(yōu)化自動(dòng)增益控制程序

熱控自動(dòng)增益控制是負(fù)荷調(diào)節(jié)的中樞系統(tǒng)，主要由汽輪機(jī)、鍋爐等調(diào)節(jié)裝置組成，然而僅依靠控制技術(shù)并無(wú)法確保程序充分發(fā)揮負(fù)荷控制效果，尤其是在面對(duì)二次調(diào)峰需求、三次調(diào)峰需求、調(diào)度系統(tǒng)的自動(dòng)增益控制考核需求時(shí)。當(dāng)前，大部分火力發(fā)電企業(yè)采取的自動(dòng)增益控制策略是利用PID（比例、積分、微分）反饋調(diào)節(jié)法，這種調(diào)控方法要求與前饋控制回路相關(guān)的參數(shù)必須十分精確且火電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、機(jī)組運(yùn)行方式成熟、調(diào)節(jié)系統(tǒng)準(zhǔn)確且高效，由此可見(jiàn)若是自動(dòng)增益控制程序的控制能力比較差，整個(gè)控制程序都會(huì)因?yàn)閿_動(dòng)能力差被消除而出現(xiàn)參數(shù)大幅度波動(dòng)的問(wèn)題，降低發(fā)電質(zhì)量、浪費(fèi)燃料資源。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)火電廠熱工自動(dòng)化安全技術(shù)水平在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的之下得到快速發(fā)展，為提高居民用電質(zhì)量與滿(mǎn)足其需求提供了有力支持。在進(jìn)一步增強(qiáng)熱工自動(dòng)化安全的要求下，企業(yè)應(yīng)提高控制系統(tǒng)電磁兼容性、強(qiáng)化控制系統(tǒng)與監(jiān)控設(shè)備配置的合理性，同時(shí)發(fā)揮分布式控制系統(tǒng)的作用，對(duì)單元機(jī)組分散控制系統(tǒng)配置進(jìn)行優(yōu)化，有利于提高熱工自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 李寧.淺談如何提高電廠熱工自動(dòng)化水平[J].科技與創(chuàng)新，2018（17）：132-133.

[2] 李小康.關(guān)于電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)化改造研究[J].科技風(fēng)，2018（04）：158.

[3] 徐寶祿.熱工自動(dòng)化技術(shù)改造分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（08）：83-84.