電力系統電氣自動化在火力發電中的應用與研究

馬彥平 周 健

（云南耀榮電力股份有限公司，云南 昆明 650000）

1 電氣自動化技術在火力發電中的基本作用

電氣自動化技術在火力發電中的基本作用是通過以監視控制設備為主，數據交換信號反饋為輔助的自動化系統，監控設備時以主接線圖，曲線等形式測量設備的運行狀態和數據信息，并能及時的上報設備的警告信號、動作事件異常等情況，避免操作失誤和危險情況的發生。自動化系統還需提供出潮流13報表、電量日報表、設備啟停次數報表、和檢修報表等。電氣自動化系統的高級功能還提供很多特殊的數據反饋，例如利用測控裝置本身的計量功能或脈沖信號進行電量統計，定值的遠方修改在線自動效核，電氣主站系統的在線設備管理，故障診斷及電動機狀態檢修等。

2 電氣自動化技術在火力發電中的必要性

一般來說，傳統的火力發電廠中的集散控制系統（DCS）主要是側重于對機、爐系統的簡單控制，而電氣系統的保護與安全裝置都可以基本實現獨立運行，諸如廠用電源切換裝置（ATS）和自動勵磁調節裝置（AVR）等都與集散控制系統（DCS）之間的信息互訪和交換量有限，對整個電氣自動化系統的反映信息量相對較少，也導致電氣系統的操作人員所關注的測量、參數等信息都無法在集散控制系統（DCS）中得到有效反映，這也就對電氣系統的操作人員運行系統造成了一定程度地不便，無法實現輕松、快捷、簡便的系統操作，非常不利于其對火力發電廠的事故進行及時地分析與解決。因此，為了提高火力發電廠中電氣系統的自動化水平，就必須改變傳統電氣系統控制中對變送器和控制電纜大量安裝的情況，轉變過去硬接線一對一采集電氣信號的形式為現場總線技術和智能設備的結合形式，建立火力發電廠的電氣系統通信網絡，充分利用其聯網信息多樣化和全面化的優勢，進行電氣系統深層次的相關數據挖掘，實現火力發電廠中電氣系統的自動化，提高整個火力發電廠電氣自動化系統的運行和管理水平，這對于火力發電廠的長遠發展發揮著至關重要的作用。

3 電氣自動化技術在火力發電中的發展現狀

電力自動化技術在火力發電廠中的應用水平是隨著科學技術的不斷進步而不斷發展和提高的。電氣自動化系統的日新月異也為火力發電廠的數據采集和信息通信等開拓了新的技術發展領域。火力發電廠中電氣自動化系統的監控裝置不僅可以實現對交流采樣的測量、保護和監控，而且可以通過新型計算機的監控與保護實現現場總線技術與工業以太網的網絡形成。通常情況下，電氣自動化系統是由控制層、間隔層和通信層三大主要部分組成，并通過分布分層的方式實現對整個系統的監視與控制。下層的功能則可以擺脫對上層設備和網絡的依賴，而獨立實現。

4 創新電氣自動化技術在火力發電中的系統配置

電氣自動化技術在火力發電中的系統配置主要可以分為以下三種形式：I/O集中監控方式、遠程智能I/O方式和現場總線控制系統（FCS）方式。

4.1 I/O集中監控方式

I/O集中方式。是將電氣的各饋線在現場設置現場設備I/O接口，通過硬接線電纜與集控室DCSI/O通道相連，經A/D處理后進人DCS組態，實現DCS對全廠電氣沒備的監控。這種監控方式優點是速度對應快、運行維護好、監控站的防護等級低，從而使DCS的造價下降，但由于電氣設備全部進入DCS監控，隨著監控對象的大量增加使DCS主機冗余的下降，電纜數量巨大，控制樓面積大，長距離電纜引進的干擾可能影響DCS的可靠性。

4.2 遠程智能I/O方式

遠程智能I/O方式是在數據采集較集中月一離控制室較遠的現場設立遠程I/O采集柜（即現場A/D轉換機柜），現場設備I/O信號通過硬接線電纜與加采集柜相連，加采集柜與控制室DCS控制器主機柜通過光纖或雙絞線。遠程I/O具有節省大量電纜、節省安裝費用、節省控制樓面積、可靠性高等優點智能化遠程I/O還可完成數據處理、自檢、自校正等功能。但I/O卡件、模擬量卡件及電量變送器還是不能減少。

4.3 現場總線控制系統方式

現場總線是當今3C技術，即通信、計算機、控制技術發展的結合，是信息技術、網絡技術發展到控制領域和現場的體現。現場總線廢棄了DCS的控制站及其輸人/輸出單元，從根本上改變了DCS集中與分散相結合的集散控制系統體系，通過將控制功能高度分散到現場設備這一途徑，實現了徹底的分散控制。

5 創新電氣自動化技術在火力發電中的應用

5.1 統一單元爐機組

創新電氣自動化技術在火力發電中的應用，實現由機、電控制一體化向火力發電廠機、爐、電一體化的單元制運行監控方式轉化。這樣，火力發電廠中集散控制系統（DCS）可以通過機、爐、電單元制的運行方式對整個火電機組的所有運行參數和狀態信息進行匯總和分析，最大限度地挖掘火電機組潛力，并發揮其自身特有的控制功能，最大限度地縮小控制室，實現對監控系統的簡化，也就能夠最大可能地降低成本造價。

5.2 創新控制保護手段

一般來說，在傳統的火力發電中所采用的系統控制和保護手段為報警和連鎖，僅僅只能實現超限報警以及聯鎖跳機的波動性控制和保護。而通過創新電氣自動化技術，可以通過采用計算機的控制保護技術，實現對電氣自動化系統的運營檢測和故障診斷等，從而提前發現火電設備的系統隱患，并改變控制和保護策略，采取諸如系統冗余等一些主動性控制和保護措施，對系統故障的范圍進行自動控制，防患于未然，保證電氣自動化系統能夠繼續保持運行狀態。

5.3 實現電氣全通信控制

從目前的情況來看，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，其通信速度和系統可靠性還存在著一定的距離，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。要實現電氣全通信控制模式，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，豐富當前初級階段的基本運行監視功能，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。

5.4 構建通用網絡結構

通用網絡結構的構建對于電氣自動化系統的成功運營有著非常重要的作用。火力發電廠應該創新電氣自動化技術的應用，選擇能夠實現從辦公自動化環境到控制機直至元件級的整個電氣自動化系統范圍內的網絡通訊產品，保證電廠管理層實現Intemet/Intranet對電廠現場控制設備的實時監督，并確保電廠控制設備、管理系統和計算機監督系統間的數據信息傳輸暢通無阻，實現全集成自動化。

6 結束語

當前火力發電廠在電氣自動化系統（ECS）的應用方面也取得了較大的進步，最大限度地挖掘了火電機組的工作潛力，實現火力發電廠中機、爐、電一體化的單元制運行監控模式，加強了獲利發電廠中電網的統一運行和管理，提高了系統工作效率、控制水平和自動化水平，降低了火電廠的成本造價，提高了火力發電廠的市場競爭能力。

[1]張擁軍，優化火電廠自動控制系統的重要性及對策[J].中國集體經濟，2009.

[2]馬文學、鐘漢樞、閆天軍，基于工業以太網的火電廠電氣自動化系統應用研究[J].機電工程技術，2005.