試述熱電廠儀表自動化技術的應用

王書祺

（大唐陜西發(fā)電有限公司渭河熱電廠，陜西咸陽 712038）

火電廠的熱工儀器智能化科技是伴隨著中國儀器科技和熱工智能化科技的進一步發(fā)展而出現(xiàn)的，隨著中國電氣科學技術的進一步發(fā)展，熱工儀器智能化科技也因此得到了日益深入的運用，有效地提升了火電廠產(chǎn)品的工作效率，提高了產(chǎn)品質量和使用安全性。由于近年來中國發(fā)電體制改革的不斷深入，以及火電廠規(guī)模的不斷擴大，火力發(fā)電廠熱工儀表自動化科技也得到了更大的發(fā)展空間。本文從工作內容、儀器配置以及故障排除方法等多個方面，對火力發(fā)電機組的熱工儀表自動化技術進行具體闡述。

1.熱工自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀

中國電力工業(yè)在隨著中國經(jīng)濟社會蓬勃發(fā)展的近20年間也實現(xiàn)了飛速的發(fā)展變化，目前在世界上已經(jīng)處于行業(yè)領先水平，自動化控制系統(tǒng)也由最初的就地自動化，實現(xiàn)了到現(xiàn)在的分散性控制系統(tǒng)（DCS）的發(fā)展。

火力發(fā)電廠在實際的運行過程中，已經(jīng)將對單元機組和車間設備進行了現(xiàn)場監(jiān)視和管理的數(shù)字化控制系統(tǒng)，使得電廠的信息管理系統(tǒng)操作技術越來越偏向于以經(jīng)濟效益為主要目標的市場經(jīng)濟操作模型，在一定程度上也使企業(yè)在發(fā)電過程中的經(jīng)營成本實現(xiàn)了減少，提高了電廠企業(yè)對于在工業(yè)生產(chǎn)過程中的技術水平，也提高了在激烈的市場競爭中的生存能力。

2.火電廠熱工儀表自動化技術簡介與組成

2.1 自動化技術簡介

火力發(fā)電廠的熱工儀表智能化技術，融了智能儀表科學技術、電氣信息技術、熱工智能化技術、控制技術等于一身，在完成了火力發(fā)電廠的熱工智能后，火電廠在發(fā)電過程中的檢測、智能化管理、報警和數(shù)據(jù)處理，均能夠利用自動控制儀器儀表來完成，節(jié)約了大部分的人力操作?；鹆Πl(fā)電廠熱工智能的實施，通過利用各種管路儀器、就地表計、電纜等設備構成的智能控制技術回路，對火力發(fā)電廠內各種熱力參數(shù)、電氣一二次設備等進行了檢測、監(jiān)視和自動控制。一方面，增強了裝置的管理和調控能力，更進一步增強了裝置工作的安全性；另一方面，更加促進了火力發(fā)電廠效率的提高，一步減輕了火力發(fā)電廠運行人員的工作勞動強度，優(yōu)化了運行條件與管理環(huán)境，從而更進一步為機組的安全、經(jīng)濟運行創(chuàng)造了有利條件，提高了企業(yè)的自動化與智能化水平。

火力發(fā)電廠自動化、智能化的技術特點主要表現(xiàn)在以下2個方面：（1）科學技術進步，融入了包含計算機信息技術、熱能技術、控制技術等多種信息技術在內的高新科技，并始終處于持續(xù)的技術更新?lián)Q代狀態(tài)。（2）儀器的信息化與智能管理，借助各種先進熱工儀器的配套與前沿技術的輔助，完成了對火電廠全廠設備的智能化控制和管理[1]。

2.2 自動化技術組成

2.2.1 分布式控制系統(tǒng)的組成

在火電廠熱工儀表的控制過程中，自動化技術占據(jù)了主要位置。自動化技術在應用過程中主要起到分散控制和過程監(jiān)控的作用，保證電廠生產(chǎn)工作的順利進行。局域網(wǎng)是火電廠運行的基礎，分散控制系統(tǒng)是局域網(wǎng)的基礎?；痣姀S需要在特定的局域網(wǎng)環(huán)境中運行，在這個局域網(wǎng)的支持下，分散控制系統(tǒng)可以通過計算機系統(tǒng)對整個火電廠進行自動管理。在火電廠中，各個工作部分的局域網(wǎng)就像一個“網(wǎng)絡窗口”，可以起到控制數(shù)據(jù)的作用。分散控制系統(tǒng)實現(xiàn)對火電廠工作數(shù)據(jù)的采集和分析，實現(xiàn)“窗口”監(jiān)管。在熱控儀表研究中，經(jīng)常使用分散控制系統(tǒng)，它可以幫助電廠進行集中和分散管理，即控制全局，精確控制各熱力系統(tǒng)節(jié)點。在火電廠熱控儀表自動化研究中，分散控制系統(tǒng)占有較為重要的地位，應用能力是其他系統(tǒng)無法比擬的。

2.2.2 火電廠熱工儀表自動化技術

對于整個火電廠來說，生產(chǎn)數(shù)據(jù)控制和人員管理都離不開監(jiān)控信息系統(tǒng)。作為電廠主管，自動化技術監(jiān)控信息系統(tǒng)可以實時采集、分析和記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)。監(jiān)控信息系統(tǒng)的核心是分布式控制系統(tǒng)技術。該技術是監(jiān)控信息系統(tǒng)的重要組成部分，決定了電廠系統(tǒng)能否正常工作，以及整個電廠生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性。在自動化技術快速迭代的今天，熱工儀表在電廠領域的應用更加廣泛，技術更加先進，系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

3.火電廠熱工儀表自動化設備

伴隨著中國火電自動化技術的發(fā)展，熱工儀表智能化裝置在生產(chǎn)工藝和技術水平上均得到了提高，完成了由傳統(tǒng)儀表向智能化控制儀表的轉變，效果和性能均得到了大幅改善。

3.1 火電站熱工儀器設備的安裝

3.1.1 熱工設備和儀表的安裝

在進行火電廠熱工儀器的配置時，首先，必須了解自動化儀器的總體特性和運行指標，達到心中有數(shù)，要在配置之前對施工儀器進行數(shù)量清查和性能校驗，確定儀器無損傷、工作正常、性能符合要求后再進行安裝配置。對于熱工自動儀表中某些特定的信號儀表，應該做好適當?shù)亩ㄖ禍y試，在保證定值達到工程設計值要求的范圍內和火電廠熱工控制系統(tǒng)條件后再進行安裝。在安裝時還應當注意施工工藝，保證裝配后系統(tǒng)正常使用[2]。

3.1.2 熱工管路和配線的安裝

由于在熱工自動儀表工作中，包括了信息收集、參數(shù)檢測、電源管理等諸多環(huán)節(jié)，各類設備需要根據(jù)設備自身檢測特性完成配套的管線敷設與配線安裝。在進行熱工管道敷設與配線設置工作時，應當根據(jù)情況和工程設計施工特點選取合適的安裝位置，注意避免磁場和干擾源，以減少熱力管路和高壓電纜及周邊環(huán)境等可能對儀表設備測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生的干擾及設備損壞，保證接地的準確性和管路敷設的合理性以及對于汽體、液體測量時管路上下方位布置的設計要求，以盡量減少返工現(xiàn)象。

進行管線敷設時，要及時完成管線的清掃、焊口檢查和試壓作業(yè)，保證相應的管線在工作中數(shù)據(jù)的準確性，確保設備運行后系統(tǒng)正常準確測量數(shù)據(jù)。另外，除刮掃和現(xiàn)場測試以外，根據(jù)管道工作中存在的高溫和高壓等條件，必須完成獨立試壓工作，在進行了儀表的測試之后，再根據(jù)施工的工藝，對施工設備進行測試，在系統(tǒng)通過各種類型的帶工質傳動試驗，來校驗在儀器儀表工作中數(shù)值的準確性和可靠性。

3.2 火電廠熱工儀表自動化的調試

當完成了火力發(fā)電廠熱工儀表及自動裝置的安裝后，隨即進入調試階段。調試階段主要是對火力發(fā)電廠熱工儀器所開展的各種工藝試驗、二次聯(lián)校等各項測試。通過傳動試驗檢查單體控制系統(tǒng)儀表的數(shù)據(jù)值。而對于火力發(fā)電廠內大型的運行機組裝置，不但要對配置后的儀表進行校驗及數(shù)據(jù)合理性分析，還應做好對其連鎖裝置進行傳動試驗，使得熱工控制系統(tǒng)在遠方控制時數(shù)據(jù)可靠且聯(lián)動設備可靠動作。一般而言，在開展聯(lián)動檢測和實驗時都需要先將自動控制系統(tǒng)投入自動模式，并在保證廠內各主要系統(tǒng)設備單體工作滿足設備說明書要求后，再啟動系統(tǒng)對運行狀態(tài)及各主要參數(shù)進行分析加以測試。

3.3 火電廠熱工儀器自動化現(xiàn)場故障調查及處理

火力發(fā)電廠熱工儀表在工作過程中，存在著相當復雜的外部環(huán)境，工作條件十分嚴苛，自動控制系統(tǒng)也相當繁雜，熱工測點遍布全廠各系統(tǒng)之中，工作環(huán)境因所安裝位置及系統(tǒng)高溫高壓、磨損等客觀條件導致了火力發(fā)電廠的熱工儀表在投入工作后很容易發(fā)生各種復雜的現(xiàn)場故障。

火電廠的熱工儀器在系統(tǒng)使用過程中發(fā)生故障后，可從如下幾個方面來進一步考慮處理對策。

3.3.1 熱工儀器故障分析

故障分析是指通過對事故產(chǎn)生前的有關統(tǒng)計特點加以分析與對比，再結合統(tǒng)計分析的成果對火力發(fā)電廠內熱工儀表的有關特性、使用方法等進行了全面分析。并核對系統(tǒng)的常規(guī)工作時間，以及各項技術參數(shù)變化是否在合理范圍內，以及事故產(chǎn)生后，通過火力發(fā)電廠內各設備的負載變動、溫度變化、壓力變化、系統(tǒng)擾動等多種趨勢分析，分析查明事故的根本原因以及相應的解決對策。

防止熱工儀表故障是確?；鹆Πl(fā)電機組安全穩(wěn)定運行的重要手段，熱工儀表的故障研究便是將故障原因及處理方法進行系統(tǒng)分析，結合現(xiàn)場實際案例進行總結，在本質上有效防范熱工儀表導致的保護誤動。在火電廠的正常運行過程中，各系統(tǒng)參數(shù)是在運行人員設定的參數(shù)范圍內有規(guī)律地進行變化的。如果熱工儀器采集和記錄的數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)了很大的改變，甚至發(fā)生了無序改變，則很有可能是出現(xiàn)了需要排查的問題。此時，就應該根據(jù)參數(shù)的相應改變做合理的根據(jù)，找出潛在的問題，詳加檢測并排除故障。

通常情形下，熱工儀器本身存在問題多以外部環(huán)境影響為主，有不少其他原因導致的測量異常情況，比如，因為DCS卡件的運行不正常引起儀器顯示和采集錯誤、采集通道的異常等。所以，在開展設備故障的分析與排除工作時，應當根據(jù)儀器系統(tǒng)的特性與工藝運行特點，做出更全面的考慮。

3.3.2 儀表控制系統(tǒng)故障分析

熱工儀表作為現(xiàn)場控制系統(tǒng)最前端測量設備，服務于各系統(tǒng)的控制回路之中，又有自己的特點。首先，火電廠熱工儀器的檢測和管理已基本達到自動化。其次，由于熱工儀器的檢測一般存在時間的滯后性，即數(shù)據(jù)改變一定時間后，熱工儀器的測量信號才會發(fā)生變化，變化的趨勢是連續(xù)成規(guī)律線性的。所以，如果儀器檢測到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了很大變化，比如突然減小或者增加等，就極有可能是系統(tǒng)內部發(fā)生問題，但這種問題還需結合運行系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)定性做特殊判斷。

系統(tǒng)的故障因素也有許多，通常對于系統(tǒng)參數(shù)突然出現(xiàn)的較大幅度的變化，很有可能是因為溫度元件、中間電纜、變送器等元件的失效造成的，而對于參數(shù)的變化幅度很大且速度十分緩慢的變動，通常由于控制工藝所造成的[3]。

以溫度控制系統(tǒng)故障的分析方法為例，假如氣動調節(jié)閥通過自動回路進行了指令的調整、而調整閥卻未能動作，則很有可能是氣動閥的膜片或氣缸產(chǎn)生了故障。

如果單項氣動閥的指令信號并未改變、但閥門反饋卻有大的改變，則很可能是電磁閥故障。

4.火電廠熱工儀表自動化維護

在自動化儀器投入使用之前，應當先全面掌握其工作原理及其校準方法，并進行日常保養(yǎng)操作，具體內容如下。

4.1 應保持電源電壓的穩(wěn)定性

如果電流、電壓波動較大，則會導致相關的電子元件遭到破壞，使用壽命因而減少。較嚴重狀況下，異常的電壓及電流還會造成裝置斷電以及系統(tǒng)故障，甚至導致自動化的熱工儀器以及有關裝置也無法維持正常工作。這就必須對供電系統(tǒng)進行相應的改造優(yōu)化，增加了電壓穩(wěn)定性。此外在選擇就地儀表產(chǎn)品時應充分考慮電源穩(wěn)定性，選擇可支持寬電壓的設備，設計雙路冗余供電，或冗余設備接入不同卡件、電源系統(tǒng)以保證重要設備不因電源故障導致保護誤動或拒動情況發(fā)生。

4.2 運行環(huán)境的溫度控制應保持穩(wěn)定

長時間的高溫工作將會導致零部件老化速度變快，因此故障率也很高，若工作溫度較低則會大大地降低系統(tǒng)設備活性也將影響其正常運行。故在電子設備間應配備可靠的制冷系統(tǒng)確保溫度在18℃～24℃范圍內工作，地表計如在室外布置的應選取通風情況良好處，如工藝原因設備無法保證良好的運行環(huán)境應增設遮陽棚、保溫柜或增加通風冷卻設備進行一次測量設備運行穩(wěn)定性。

4.3 落實定期維護修理工作

檢測類儀表應具備準確測量的功能，故根據(jù)機組等級檢修或設備重要性安排設備的定檢工作，壓力容器類應保證半年進行檢驗以保證設備測量準確可靠，貿(mào)易結算類表計應委托具有響應資質的單位進行校驗工作并出具國家市場監(jiān)管部門認可的校驗報告。對于設備保護、自動類設備校驗時應增加三級驗收環(huán)節(jié)，確保設備校驗完畢安全穩(wěn)定性能可控在控[4]。

5.結語

目前火電企業(yè)儀表控制自動化已較多年前相對完善，各企業(yè)完全具備自動控制生產(chǎn)的功能，但現(xiàn)場測量的問題仍然存在各類問題影響著實時數(shù)據(jù)準確性及可靠性，并因技術及工藝質量問題延緩國產(chǎn)化設備全覆蓋的腳步，存在較多技術壁壘。熱工人員通過自身生產(chǎn)經(jīng)驗也為各類型設備提供較多的生產(chǎn)實際經(jīng)驗供各研發(fā)人員提高其設備準確性，通過實際使用及維護過程共同推進數(shù)字化火電企業(yè)發(fā)展。