電氣自動化技術在火力發電中的應用

倪 濤

（黃岡職業技術學院，湖北 黃岡 438002）

火力發電電氣自動化系統（簡稱為ECS）是現代電氣自動化領域中的新型技術，目前，電氣自動化已經在火力發電中得到了廣泛的應用，由于自身的特點和網絡化優勢，不僅能更好的促進火力發電的發展，還能提高發電廠的自動化水平，增強電氣自動化的穩定性和先進性。

1 傳統DCS技術應用時存在的障礙

發電廠廠用電氣自動化系統，簡稱EFCS或ECS，是發電廠自動化領域近年來興起的一個新的熱點。與發電廠分散控制系統（DCS）側重于熱工系統的監控相對應，EFCS側重于發電廠電氣系統的監控；與發電廠網絡監控系統（NCS）側重于發電廠接入電網部分的電氣監控相對比，EFCS側重于發電廠內部，實現廠用電中低壓電氣系統的保護、測量、計量、控制、分析等綜合功能。

EFCS系統將原先各自獨立運行的6kV/10kV中壓系統及400V低壓系統中種類和數量眾多的繼電保護裝置、測控裝置、自動裝置等通過現場總線或以太網聯結起來構成系統，一方面，實現了與DCS系統的通信方式的信息交換，大大減少了DCS的測點投資和硬接線方式下的電纜投資，另一方面，通過網絡和后臺軟件，實現了電氣系統的協調控制、故障分析和運行管理，提高了整個發電廠的自動控制水平和運行管理水平。

（1）在電氣自動化系統中，電氣系統的電流電壓等早已實現了直接交流采樣，精度高、速度快、數字化；而DCS對電壓電流等需要通過變送器轉換后接入DCS，二次接線復雜，造價高，抗干擾性能差；

（2）由于DCS對電氣測點的限制，使電氣系統的許多應用功能無法實現，如故障診斷、故障分析、經濟性分析、定值管理等。從而無法提升電氣系統的運行管理水平。近年來，以現場總線、工業以太網為代表的網絡通信技術在變電站綜合自動化系統的成功應用，以及DCS系統硬接線方式缺點的逐步暴露，使得全面提高廠用電氣系統自動化水平的呼聲越來越高。從2000年以來，國內國外一些電力自動化設備制造廠家和電力規劃、設計和使用和試驗部門一起積極探索，提出了多種EFCS方案，并在一些電廠進行了試驗，積累了寶貴的經驗。這些方案的共同特點是：廠用電氣自動化設備通過現場總線聯網；電氣系統與DCS間采用通信加部分硬接線方式進行聯系以減少電纜數量；建立電氣后臺系統，規劃并逐步開發各種應用軟件。

2 EFCS系統的構成

(1)間隔層.該層主要是為了促進各種專業化功能的智能裝置的完成和完善，包括：廠用電中壓6kV/10kV系統系列保護測控裝置、廠用電低壓400V系統系列智能控制器及測控裝置、廠用電源快速切換裝置、低壓備用電源自投裝置、自動準同期控制裝置、小電流接地選線裝置、直流接地選線裝置等。通過各種職能軟件的開發促進系統的可操作性，有CPU、A/D、RAM、EEPROM、現場總線或以太網對外通信接口等。

(2)通信管理層。這一層主要是網絡和通信的安全管理，完成上述的各種智能裝置、DCS系統、電氣后臺監控系統、發電廠其他智能設備、發電廠其他系統的通信。主要的通信方式還是以工業太網和現場總線，如PROFIBUS、CAN等，現代通信管理裝置已經實現了不同現場總線接口標準的互聯以及不同通信之間的轉換。

（3）站控層。改成包括后臺監控系統計算機硬件和各種專業應用軟件，硬件有服務器、工作站等，應用軟件包括SCADA（數據采集和監控）、廠用電抄表、錄波分析、電動機故障診斷等各種高級軟件或者基礎軟件，以及后臺系統與發電廠其他管理系統（如MIS系統）間的通信接口軟件。

3 創新電氣自動化技術在火力發電中的應用

（1）統一單元爐機組。自動化技術在火力發電中應該得到創新，實現機、電的一體化，逐漸實現火力發電廠機、爐、電一體化的單元制運行監控的統一。那么火力發電中的集散控制系統（DCS）就能利用機、爐、電單元制的運行方式對整個發電機組的運行參數和狀態進行信息手機和分析，發揮火力發電機組的最大潛力，同時實現自身具備的控制功能，縮小控制室，簡化監控系統，減少管理人員的工作負擔，提高工作進度，同時還能最大可能程度的降低造價；同時，統一單元爐機組也便于火力發電中電廠信息管理系統（MIS）的信息采集，加強火電電網的統一管理，完成中調AGC的相關指令和要求，提高電廠工作效率，讓電廠始終保持在最佳的工作狀態和獲取最大的經濟效益。因此，統一單元爐機組有利于提高火電機組的監控水平和自動化水平。

（2）創新控制保護手段。在傳統的火力發電形式中，主要采用的系統控制和保護手段為報警和連鎖，這種方式之恩你實現超限報警以及聯鎖跳機的波動性控制和保護。而電氣自動化技術可以通過計算機的計算和分析，實現對電氣自動化系統的運營檢測和故障診斷，提高火電設備的完善性，并減少故障發生，改變控制和保護策略，對與控制系統故障，防患于未然，保證電氣自動化系統能夠繼續保持運行狀態有著積極的意義。另外，通過電氣自動化系統還能從預防維護的被動和事故后維修轉化為預防維護的預知和設備維修的同時進行，全面提高火電發電的質量和效率。

（3）實現電氣全通信控制。以我國火電發電的實際來看，火力發電廠的電氣自動化系統（ECS）還無法滿足集散控制系統（DCS）通過電氣自動化系統實現電氣全通信控制的方式，通信的速度和可靠性還存在問題，總體來說比較落后，電氣自動化系統（ECS）和集散控制系統（DCS）之間還存存留了一部分的硬接線。因此，要實現電氣的全通信，就必須處理好熱工工藝連鎖的問題，提高電氣后臺系統的實際應用水平，在發電運行的基本階段進行實時監控，實質性地提高電氣自動化系統的控制邏輯、控制水平、自動化水平和運行管理水平。

4 現代自動化發電技術的成熟

（1）鍋爐汽包水位測量技術取得重大突破。秦皇島華電測控設備有限公司和淮安維信儀表有限公司經過多年研究開發，推出了GJT-2000高精度、高可靠性的電極式汽包水位測量裝置、無盲區低偏差雙色水位計、汽包內置式電極式水位測量裝置、多測孔接管技術等，并在研究汽包內部汽水動力工況及取樣位置配置方面取得豐富經驗。這些成果，標志著鍋爐汽包水位測量技術已經取得了重大突破。但是，由于現行規程規范，包括2001年國家電力公司發布的《防止電力生產重大事故二十五項重點要求》，均建立在過去的汽包水位測量裝置和技術的基礎上的，因此，這些規程規范在一定程度上嚴重束縛著這些新技術的推廣應用。目前，按上述技術，汽包水位計間偏差全程可以控制在30mm以內，汽包水位保護可以從點爐開始可靠投入運行。特別是通遼電廠汽包內置式電極式水位計通過長期運行(二年多)考驗，并通過鑒定，受到了高度的評價，它的成功有望率先在世界上使鍋爐汽包水位測量現場基準儀表取得突破。

（2）2SIS技術正走向成熟。SIS概念從十年前由我國專家首次提出后，經過大討論、試點和逐步推廣應用，目前已在三百多個電廠中推廣，在中國發展成為一個有幾十家公司組成的產業。雖然有些電廠由于選擇開發商不當或本身管理跟不上而導致效果未能顯現外，大部分電廠均取得了不同程度的明顯效果。第一個SIS電力行業標準《火力發電廠廠級監控信息系統技術條件》從2004年頒發以來，通過大量實踐，SIS技術又有了較大發展，網絡技術包括單向物理隔離裝置防止“丟包”的技術等有了新進展，應用功能不斷豐富和完善，實時數據庫系統可選范圍擴大，一些優秀的國產數據庫在市場競爭中脫穎而出，不少電廠也逐步形成了一套適應SIS系統管理電廠實時生產過程的制度、方法和經驗。

5 電氣自動化技術在火電廠常規控制中的運用

（1）就地控制。有一些發展規模較小的發電廠，它們在具體操作時所使用的設備較少，但仍然需要構建一個綜合控制系統，如：鍋爐、汽輪機、發電機等重要設備，都是需要綜合控制的。通過自動化技術能合理的綜合的使用設備，避免了由于設備單獨運行而帶來的不便。

（2）集中控制?；痣姀S比其它電廠的規模大，發電數量多，電廠內的設備也較多，完善個設備之間的協調運轉是管理工作的重點，這也是企業進行生產規劃的難點之一。自動化技術能把鍋爐、汽輪機、發電機等合理搭配組合，對發電廠進行綜合控制，全面提高了設備的使用效率。

（3）自動控制。電氣自動化也會促進電能的自動化。如：計算機技術的發展減少了人力管理，而自動化的推廣，不僅提高了電廠管理的規范性，還維護了生產人員的安全，降低了電能生產的難度，提高了電能產量，讓電廠獲得更多的經濟效益。

（4）故障控制。在發電過程中，設備難免會出現個各種故障，而電氣自動化技術在設備故障方面的控制也能起到關鍵作用。技術人員通過計算機建設在線監測系統，對發電中的各種異常進行分析和解決，還能根據操作處理指令處理各種小故障。

6 結語

火電廠的電氣自動化運用，能提高火力發電系統管理的自動化和管理水平。自動化系統通過計算機、保護、測量、分層分布控制和通信技術，對火電廠的電力系統的運行進行保護、控制和故障處理，這無疑是一項綜合性的管理系統。充分利用電氣系統聯網后信息全面的優勢，成功實現電氣自動化的使用，完成較為復雜的電氣運行管理工作。