基于電廠設備電氣自動化系統(tǒng)的節(jié)能控制方法探究

遲鵬

[中圖分類號] TM76

[文獻標志碼]A

[文章編號]2095-6487 （2021） 02-0005-02

Research on Energy-saving Control Method Based on Electrical

Automation System of Power Plant Equipment

Clu Peng

[ Abstract] Elecrrical automation control has a direct impact on the operating capacity of power plant equipment. Through the analysis ofthe problems exposed in the application of current power plant equipment electrical automation technology， on this basis， the introduction of fullconununication monitoring intelligent integrated solutions， equipment structure transformation and Frequency conversion speed regulation technology caneffectively ensure that all kinds of equipment are in a safe， stable， and low-energy operation state， and unprove the automation control level of power plantequipment

[ Keywords] electrical automation; energy-saving control; frequency coiwersion speed regulation

近年來我國電廠設備數(shù)量持續(xù)增多，設備運行將產(chǎn)生人量能耗，在引入電氣自動化系統(tǒng)進行設備運行狀態(tài)調(diào)控的同時，還應兼顧環(huán)保要求進行節(jié)能技術措施的應用，合理調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行時間、控制設備運行成本、實現(xiàn)資源優(yōu)化配置與利用，保障電J‘設備的節(jié)能、高效運行。

1電廠設備電氣自動化技術應用

1.1 ECS系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要利用現(xiàn)場總線進行繼電保護器、測控裝置的連接，便于操作人員執(zhí)行對控制站的控制操作。但引入ECS系統(tǒng)將有可能影響到數(shù)據(jù)處理速度，處理器需耗費較長時間進行數(shù)據(jù)分析處理，將增人現(xiàn)場布線難度，并且不利于提升主機使用率。在實際布發(fā)ECS系統(tǒng)環(huán)節(jié)，應確保土機、終端間保持適當距離，保障土機的驅(qū)動能力，避免因電纜被干擾影響到系統(tǒng)應用效果。1.2

1.2? I/O集中監(jiān)控

該監(jiān)控方式主要利用電氣設備饋線進行現(xiàn)場I/O接口設置，借助硬接線電纜進行集中控制室內(nèi)DCS的I/O通道的連接，通過A/D處理進入集散控制系統(tǒng)組態(tài)，以此實現(xiàn)對電廠設備的全面監(jiān)控?？紤]到集散控制系統(tǒng)的監(jiān)控范圍涵蓋火電廠內(nèi)的所有設備，伴隨設備數(shù)量的增多，將有可能引發(fā)DCS土機冗余縮減問題，對此可引入一種DCS熱備冗余控制系統(tǒng)，借助雙控制器為主從機切換、數(shù)據(jù)同步提供技術支持，防范輸出數(shù)據(jù)的擾動風險。

1.3 通信控制

為保證實現(xiàn)對系統(tǒng)設備的全而檢測，采用變電運行管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，借助專用技術設備控制巡檢，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資料匯總上傳與信息共享，為設備調(diào)度與變電管理提供科學依據(jù)，以此保障及時消除故障隱患、提高變電設備傳輸精度，實現(xiàn)電氣工程全通信控制目標。

2基于節(jié)能控制的火電廠設備電氣自動化改造及優(yōu)化方法

2.1全通信方式監(jiān)控智能一體化方案

鑒于火電廠原有ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)在應用過程中采用的通信方式較為簡單，在電氣設備數(shù)量持續(xù)增多的形勢下，沿用常規(guī)硬接線方式將增加設備投資、無法保障實時處理數(shù)據(jù)，并且在電氣信號數(shù)據(jù)更新環(huán)節(jié)嚴重滯后，不利于維護DCS系統(tǒng)監(jiān)控功能的發(fā)揮?；诠?jié)能控制目標進行監(jiān)控方案改造，擬將ECS系統(tǒng)納入DCS中，從而實現(xiàn)一體化監(jiān)控，由DCS系統(tǒng)結(jié)合運行工況條件與程序判斷結(jié)果生成電氣邏輯，將調(diào)控指令通過I/O通信端口直接發(fā)送至智能終端，以此控制電源切換、斷路器操作機構(gòu)分合閘、高壓電動機啟停等，并且實現(xiàn)對相關操作命令與事件行為邏輯的判斷，防lI：發(fā)生誤操作事件。通過整合ECS系統(tǒng)與DCS監(jiān)控系統(tǒng)，可將AVR自動調(diào)節(jié)等保護裝置的動作保護信號、位置狀態(tài)開關量以DI數(shù)字輸入量模式進行傳送，同時基于A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換將電流、電壓類模擬信號轉(zhuǎn)換為4 - 20mA標準信號，統(tǒng)一傳送至DCS 監(jiān)控系統(tǒng)中。

在一體化方案設計上，ECS、DCS系統(tǒng)均以主控單元作為DPU的I/O功能模件，利用DPU進行控制信號、動作事件命令的傳遞，在串口通信服務網(wǎng)卡、通信處理機、現(xiàn)場總線、測控保護單元等模塊的支持下實現(xiàn)對設備啟停操作的控制，以此完成智能一體化艱難控管理方案的部署。

在系統(tǒng)功能實現(xiàn)上，土要體現(xiàn)在以下3個方面：①機組自動起?？刂疲弥骺貑卧獙⒖刂七壿媯鬟f至ECS系統(tǒng)實現(xiàn)手動操作或順序控制，系統(tǒng)參考發(fā)電機的額定電壓、轉(zhuǎn)速等指標進行AVR自動調(diào)節(jié)裝置的投放或發(fā)出投入裝置信號，由ECS子系統(tǒng)負責針對裝置運行性能參數(shù)進行實時監(jiān)控，待判斷參數(shù)符合同期條件后發(fā)出合閘指令脈沖，在并網(wǎng)后實現(xiàn)機組起動;在停機環(huán)節(jié)，利用ECS子系統(tǒng)調(diào)控DEH裝置，完成用電系統(tǒng)切換，直至負荷降至零后將相應開關跳開。②電廠用電監(jiān)控，利用自動切換裝置將運行工況信號傳送至DCS監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)對相關數(shù)據(jù)信息的實施顯示、存儲，并提供數(shù)據(jù)分析、報警提示等其他功能。③電氣公用監(jiān)控，分別負責針對備用變電氣開關、繼電保護裝置、AVR調(diào)壓裝置、照明電路等進行控制，支持集中控制與保護聯(lián)動，依托可視化人機交互界而設置權限、執(zhí)行程序，為管理人員調(diào)度運行決策的編制提供數(shù)據(jù)支持，保障機組安全高效運行。

2.2 常規(guī)鍋爐自動化節(jié)能改造

火電廠常規(guī)鍋爐主要由空氣預熱器、引風機、脫硫裝置、脫硝裝置（圖1）、省煤機等設備組成，在綠色生產(chǎn)理念的指導下引入靜電除塵器（EPR）、煙氣脫硫器（FGD）、濕式電除塵器（WESP）、煙氣換熱機（GGH）等裝置進行環(huán)保設計，致力于實現(xiàn)節(jié)能、降耗、減排目標。當火電廠鍋爐處于低負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)下時，需合理安排削減脫硫裝置的投運數(shù)量，然而基于安全運行、環(huán)保要求，火電J‘通常至少投運2臺脫硫設備，在此模式下濕式電除塵器、煙氣換熱機的負荷變化不受影響，但整體系統(tǒng)用電率將明顯增人，由此造成電能浪費、耗煤量增人等問題。

為改善上述問題，需做到以下幾點。①需引入自動化技術調(diào)整鍋爐運行模式的調(diào)整，針對機組設備運行模式進行調(diào)整，在原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中增設自動擋板門與連通門，保證符合鍋爐低負荷運行需要，其自動化改造結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過實行鍋爐設備的自動化改造，可將每組機組數(shù)量控制為2臺，保證發(fā)電設備各部件有效適應低負荷運轉(zhuǎn)條件，提高粉塵、煙氣處理效率，并且為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擴展留足余量。②應采用智能化技術優(yōu)化設備性能，根據(jù)發(fā)電設備運行工況條件進行磁場、集成線路及各類設備的分析，調(diào)控發(fā)電設備運轉(zhuǎn)速度、工作時長，并且可實現(xiàn)對運行故障的實時監(jiān)控、自動診斷、生成檢修策略，自動隔離故障，維護系統(tǒng)其他設備的正常運行。⑧應基于PLC系統(tǒng)進行運行狀態(tài)控制，與人機接口配合組建主站層監(jiān)控室，借助遠程系統(tǒng)與傳感器的配合實現(xiàn)自動化監(jiān)控。④引入BIM技術、人工智能技術與自動化生產(chǎn)模式相結(jié)合，通過建模實現(xiàn)對相關設備運行指標的精確預測，調(diào)控生產(chǎn)資源、提高生產(chǎn)效率，更好地實現(xiàn)電廠設備的自動化、智能化運行目標。

2.3 變頻調(diào)速技術的應用

變頻調(diào)速技術在電氣自動化控制系統(tǒng)中得到廣泛應用，在降低電機啟動沖擊、優(yōu)化電機調(diào)速性能、降低生產(chǎn)能源消耗、對電網(wǎng)電壓波動適應性好等方面呈現(xiàn)出良好應用性能。將其應用于電氣自動化控制中，在自適應電動機模型單元設計上，可針對電動機的電流、電壓等參數(shù)進行檢測，基于預先設定的規(guī)則自動識別相關參數(shù)，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制;在等速區(qū)間超速控制保護方而，當電廠設備處于滿載工況或超速運行狀態(tài)下時，可利用變頻調(diào)速技術進行設備狀態(tài)調(diào)控，將設備運行速率范圍控制在設定值的15%內(nèi)，保證電氣自動化系統(tǒng)的安全運行，并且在日常運行過程中針對設備運行速率變化趨勢進行評估，當發(fā)現(xiàn)速率變化超出安全范圍將發(fā)出預警，采取緊急制動等措施保證設備安全;在減速區(qū)間低速保護方而，當電氣設備減速至臨近限制值時，可引入變頻調(diào)速裝置采取降頻調(diào)速方法進行設備控制，使系統(tǒng)盡快恢復正常運行狀態(tài)。

以某火電廠電氣自動化設備改造項目為例，該電廠現(xiàn)有引送風機設備在運行過程中存在噪聲人、能耗高的問題，且頻繁發(fā)生故障，對此技術人員結(jié)合設備運行工況與電氣自動化系統(tǒng)實際情況，引入變頻調(diào)速技術進行結(jié)構(gòu)改造，其變頻器接線設計如圖3所示。針對增設變頻調(diào)速裝置后的設備改造效果進行分析，在機組負荷為60 MW的情況下，引風機、送風機的節(jié)能量分別為403.5 kW和18 7.3 kW，節(jié)電率為57.1%;在機組負荷為80MW的情況下，總節(jié)能量為529.2 kW，節(jié)電率為47.7%;在機組負荷為100 MW的情況下，總節(jié)能量為546.8 kW，節(jié)電率為43 .1%，具有顯著節(jié)能降耗效果。

3.結(jié)束語

總體來看，當前電廠設備的電氣自動化水下逐步提升，通過引入節(jié)能控制技術能夠有效提高設備運行效率、降低人工成本，提高生態(tài)價值與環(huán)保效益，為企業(yè)綜合效益的提升奠定良好基礎。

參考文獻

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