火電廠熱工自動(dòng)化的現(xiàn)狀與進(jìn)展探討

馮賀

摘要：火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)依托于自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)及控制技術(shù)，在大中型電力企業(yè)發(fā)電機(jī)組中得到了有效應(yīng)用，在滿足社會(huì)生產(chǎn)生活電力能源供給需求方面起到了重要的助推作用。在火電廠發(fā)電機(jī)組逐步實(shí)現(xiàn)了由小容量向大容量擴(kuò)展、由高參數(shù)向單元機(jī)組轉(zhuǎn)變的行業(yè)背景下，研究火電廠熱工自動(dòng)化的現(xiàn)狀及趨勢(shì)，更顯重要。

關(guān)鍵詞：火電廠;熱工自動(dòng)化;現(xiàn)狀;進(jìn)展

現(xiàn)階段，隨著社會(huì)各行業(yè)對(duì)電力能源提出了更高需求，我國(guó)電力技術(shù)及電力設(shè)備也取得了較好的發(fā)展成果，火電廠及電廠機(jī)組在數(shù)量、規(guī)模及裝機(jī)容量上不斷擴(kuò)展?；痣姀S熱工自動(dòng)化標(biāo)志著火電廠在技術(shù)上趨于成熟，火電廠熱工自動(dòng)化水平高低也直接反映了電力行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。本文對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)加以預(yù)測(cè)，僅供參考。

一、火電廠的熱工自動(dòng)化概念

所謂火電廠的熱工自動(dòng)化，其定義為采用并通過各種自動(dòng)化儀表和裝置（包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）對(duì)火力發(fā)電廠的熱力生產(chǎn)過程進(jìn)行開環(huán)的和（或）閉環(huán)的監(jiān)視、控制，使之安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的技術(shù)。主要指的就是相關(guān)的技術(shù)參數(shù)在火電廠熱力過程中的信息處理、自動(dòng)報(bào)警和控制、測(cè)量、以及進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)的工作，不需要人員直接參與工作，只是經(jīng)過自動(dòng)化的儀表和控制裝置來完成。熱工自動(dòng)化有效保障了熱工設(shè)備的安全，提高了機(jī)組的機(jī)械性能，在勞動(dòng)強(qiáng)度上減輕了工作人員的壓力，使勞動(dòng)的條件得到了大幅度改善。

二、火電廠熱工自動(dòng)化新進(jìn)展

2.1電氣控制正納入DCS

分散控制系統(tǒng)DCS在被火電廠采用后，大大提高了汽輪機(jī)和鍋爐的控制水平，然而仍然采用傳統(tǒng)的控制方式對(duì)單元機(jī)組進(jìn)行控制，將大量的模擬儀表光字牌和開關(guān)按鈕裝設(shè)在控制盤臺(tái)上，這就使得控制室內(nèi)與汽輪機(jī)和鍋爐的DCS控制顯得很不協(xié)調(diào)，嚴(yán)重制約了火電廠自動(dòng)化的發(fā)展。在電氣控制中對(duì)DCS納入范圍，其主要是用于發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和主廠房?jī)?nèi)的廠用電系統(tǒng)，它主要由發(fā)電機(jī)變壓器線路組、高壓?jiǎn)?dòng)/備用變壓器、高壓廠用工作變壓器、低壓廠用工作變壓器、低壓廠用備用變壓器及低壓廠用公用變壓器等的控制和信號(hào)測(cè)量所組成。將保安電源系統(tǒng)、支流系統(tǒng)和不停電電源系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)來進(jìn)行監(jiān)視。

2.2FCS（FieldbusControlSystem，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）正取代DCS

由于DCS的納入，使得某個(gè)局部的故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響較小，再加上不斷成熟的各種軟硬件技術(shù)，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，因此，自動(dòng)控制系統(tǒng)逐漸以DCS為主流。然而，DCS也有其不足之處，DCS不能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的信息要求，使得控制過程視野受到限制，上位機(jī)系統(tǒng)功能的發(fā)揮也受到制約，因此，要求在上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行數(shù)字通信，隨之就出現(xiàn)了FCS。

2.3智能控制

火電廠熱工控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，涵蓋的設(shè)備和儀表數(shù)量較多，而對(duì)于部分大型火電廠來說，各類設(shè)備及儀表自身在結(jié)構(gòu)上就具備非常高的復(fù)雜性，若仍使用傳統(tǒng)控制辦法，那么延遲、誤控等現(xiàn)象就很有可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至出現(xiàn)安全問題。通過智能控制技術(shù)的應(yīng)用，上述問題將能得到有效的制約和解決。結(jié)合火電廠主要的熱工過程來說，智能控制技術(shù)主要作用于對(duì)鍋爐燃燒過程的控制和對(duì)溫度的控制。

首先，對(duì)火電廠鍋爐燃燒過程的控制應(yīng)將重點(diǎn)放在提升燃燒效率、降低環(huán)境污染等方面，對(duì)于這樣的要求來說，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等技術(shù)的輔助之下，鍋爐燃燒過程中所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)將能得到有效的采集和監(jiān)測(cè)，進(jìn)而在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒狀態(tài)的精確控制，保障火電廠鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性和安全性。其次，鍋爐汽溫具備較強(qiáng)的時(shí)變性，傳統(tǒng)控制辦法難以應(yīng)對(duì)大型火電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)需求，在汽溫模糊控制技術(shù)等的輔助之下，火電廠熱工控制系統(tǒng)將能更好的針對(duì)不同負(fù)荷下的鍋爐汽溫進(jìn)行控制，以此來保障大型火電廠的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、火電廠熱工自動(dòng)化發(fā)展的新進(jìn)展

3.1將電氣系統(tǒng)控制納入到DCS系統(tǒng)中

火電廠采用了分散控制系統(tǒng)DCS以后，很大程度上改善了運(yùn)行人員的工作環(huán)境，提高了機(jī)組監(jiān)控的可靠性，給提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和事故處理提供了運(yùn)行和分析的依據(jù)，在集控室形成了以操作員站為中心的監(jiān)控方式。但如果電氣部分采用常規(guī)的儀表控制，則在整套單元機(jī)組的監(jiān)控上顯得不協(xié)調(diào)，同時(shí)也給電廠實(shí)現(xiàn)機(jī)爐電一體化監(jiān)控和管理帶來不便，使火電廠的自動(dòng)化發(fā)展受到制約。在目前的大型電站中，都把發(fā)電機(jī)-變壓器組和廠用電源系統(tǒng)直接并入DCS系統(tǒng)中，由DCS完成包括廠用電源切換控制、發(fā)電機(jī)并列/解列等電氣監(jiān)控項(xiàng)目。而中小型電站通常是在集控室設(shè)置單獨(dú)的電氣操作員站及電氣監(jiān)控系統(tǒng)，甚至有些電廠還采用老式的模擬屏對(duì)電氣廠用主接線進(jìn)行監(jiān)控，這導(dǎo)致了機(jī)爐電系統(tǒng)維護(hù)的不方便，需要多種設(shè)備的備件，也影響了電站自動(dòng)化程度。針對(duì)這種情況，現(xiàn)在的中小型電站也在向大機(jī)組靠攏，把電氣系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)中來，這樣就減少了維護(hù)備件過多，運(yùn)行協(xié)調(diào)性也大大提高。

3.2對(duì)于智能控制方面的應(yīng)用逐漸增多

在火電廠的熱工控制理論中，已經(jīng)先后經(jīng)歷了經(jīng)典的控制理論，現(xiàn)代的控制理論，以及當(dāng)前比較盛行的智能控制理論，其中經(jīng)典的控制理論的形成時(shí)期主要是在上個(gè)世紀(jì)的四十到五十年代，這種理論的成果主要是根據(jù)函數(shù)傳遞以及在這個(gè)基礎(chǔ)上建立起來的軌跡圖的解析和設(shè)計(jì)方法以及頻率的特性，對(duì)于單方面的輸入和輸出的系統(tǒng)是非常有利的。但是在在對(duì)它進(jìn)行描述的時(shí)候不能夠在系統(tǒng)內(nèi)部變量傳遞的函數(shù)方式下，在這個(gè)基礎(chǔ)上也忽略了初始條件的影響。所以說，在函數(shù)進(jìn)行傳遞的描述范圍內(nèi)不包括系統(tǒng)中的所有信息。

對(duì)于智能的控制理論來說，它的形成時(shí)期主要是在上個(gè)世紀(jì)的九十年代，是在經(jīng)典以及現(xiàn)代的控制理論之上逐漸發(fā)展起來的，這種智能型的控制理論，不僅可以控制大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)，還可以逐漸發(fā)展成為一種運(yùn)用當(dāng)下發(fā)展比較迅速的計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行控制。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)就是控制技術(shù)工具發(fā)生了變革，保證了智能控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，智能控制可以順利實(shí)現(xiàn)，它作為一種新的控制方法，相信在未來的幾年中電氣儀表的智能控制技術(shù)以及其他一些相關(guān)智能軟件，必然會(huì)在火力發(fā)電生產(chǎn)中得到快速的發(fā)展及運(yùn)用。

3.3DCS系統(tǒng)逐漸被FCS取代

雖然DCS系統(tǒng)是目前電力行業(yè)對(duì)線運(yùn)行機(jī)組的最主要的控制系統(tǒng)，但其檢測(cè)和執(zhí)行等現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)仍然采用的是模擬量信號(hào)，不能為工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)、維護(hù)以及管理提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考，極大的限制了對(duì)火電廠熱工過程的控制視野。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，為電站自動(dòng)化控制提供了一個(gè)新的模式，現(xiàn)場(chǎng)總線是指通信網(wǎng)絡(luò)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化，即將安裝在現(xiàn)場(chǎng)的智能變送器和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，掛在現(xiàn)場(chǎng)總線上，可與任何一個(gè)DCS相連，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息的數(shù)字化傳送。一根現(xiàn)場(chǎng)總線可以掛多臺(tái)智能變送器，同時(shí)傳送工藝變量，控制信息和診斷信息，能在控制室的DCS工程師站上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)智能變送器的校驗(yàn)、調(diào)速和診斷。雖然現(xiàn)階段現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)還未統(tǒng)一，現(xiàn)場(chǎng)智能儀表造價(jià)也很高，但在現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化和智能變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)展、完善的基礎(chǔ)上，與現(xiàn)有DCS技術(shù)（計(jì)算機(jī)數(shù)字通信、控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）相結(jié)合，通過現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶，組成一代新的控制系統(tǒng)――現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS），將是控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

結(jié)語

總之，熱工自動(dòng)化裝置作為大型發(fā)電機(jī)組中至關(guān)重要的組成部分，其自動(dòng)化技術(shù)也成為目前全球發(fā)展最快、生命力最旺盛的技術(shù)和生產(chǎn)力之一，使得國(guó)際上大多數(shù)先進(jìn)國(guó)家都對(duì)此投入大量資金，以此確保在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于電力工業(yè)如此重要，因此，要求我國(guó)從事火電廠熱工自動(dòng)化的技術(shù)人員在提升自身素質(zhì)和技能的同時(shí)，也要密切關(guān)注國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化技術(shù)的最新進(jìn)展，以推動(dòng)我國(guó)火電廠熱工自動(dòng)化的發(fā)展。

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