探析火電廠中熱工自動化控制的應用和發(fā)展

摘 要：熱工自動化對提高火電廠發(fā)電機組效率、提升發(fā)電機組運行的穩(wěn)定性與安全性都有著極其重要的作用與意義。文章從火電廠熱工自動化技術出發(fā)，分析其主要內容與當前現(xiàn)狀及各種先進技術的應用，并探討其未來趨勢，以供業(yè)內人員參考與借鑒，為國家電力事業(yè)的發(fā)展貢獻一份力量。

關鍵詞：火電廠；熱工自動化；發(fā)展

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）12-0089-02

隨著我國科學技術的日益進步與裝機容量的日益增大，火力發(fā)電已經(jīng)成為我國電力生產與傳輸系統(tǒng)的最為重要的組成部分之一，其中人工自動化技術及相關科研成果也日益增多與完善。近些年，先進的科學技術推動了熱工自動化控制技術的進步與完善，其表現(xiàn)在：一方面是發(fā)電機組中最為重要的DCS系統(tǒng)的控制結構出現(xiàn)了明顯變化，另一方面是火電廠管理與監(jiān)控系統(tǒng)的完善與現(xiàn)場總線技術的進步與普及，為熱工自動化與火電廠的發(fā)展注入了新的動力。

1 簡述熱工自動化技術

火電廠熱工自動化是指在需要少量人員或不需要人員的幫助與參與下，通過利用自動化儀表以及自動化的控制裝置與設備，對火電廠的熱力參數(shù)進行測量與控制，并實現(xiàn)對測量出的各種數(shù)據(jù)信息的自動化整理、控制與分析以及自動化報警與自我保護的要求。熱工自動化技術在我國火電廠中有效運用，使得火力發(fā)電機組的運行安全與穩(wěn)定得到了保障，提升了發(fā)電機組的發(fā)電效率與經(jīng)濟效果，還極大的降低了火電廠職工的工作強度，改善了工作環(huán)境與工作條件，從而大大提升了火電企業(yè)與國家電力事業(yè)的發(fā)展水平。

2 火電廠熱工自動化技術的內容與現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國的各行各業(yè)都開始探索與發(fā)展自動化技術，并取得了一定的成果。在火電廠中，熱工自動化技術是在火電廠逐步發(fā)展中逐漸形成與完善的一種控制技術，為電力事業(yè)的發(fā)展提供了有效的平臺。當前，熱工自動化技術還處于逐漸發(fā)展與完善階段，其主要包括檢測自動化、控制自動化、報警自動化以及保護自動化四方面內容。

①檢測自動化：檢測自動化是指在火電廠運行過程中通過利用自動化儀器對壓力、流量、溫度、液位、成分等各種熱力參數(shù)自動化檢測，不再需要職工的直接參與。在火電廠中應用檢測自動化技術，能夠通過各種熱工參數(shù)及時發(fā)現(xiàn)機組等設備中的問題與不足，并提醒工作人員調整機組設備的運行狀態(tài)。

②控制自動化：控制自動化在火電廠中應用，實現(xiàn)了對機組運行的控制與調節(jié)，保障機組運行的經(jīng)濟型、穩(wěn)定性與安全性。

③報警自動化：報警自動化是指在少人或無人管理控制的狀態(tài)下，對機組自動化檢測出的數(shù)據(jù)偏離正常狀態(tài)的情況進行自動報警，提醒人員進行及時的調整與維護，以免重大安全事故的發(fā)生。

④保護自動化：保護自動化是指在自動檢測出的數(shù)據(jù)超出限定范圍或相關設備的運行條件無法滿足正常要求的情況下，對機組設備實現(xiàn)自動化的控制與處理，或停止工作，以防事故的發(fā)生或擴大。

當前，我國的火力發(fā)電技術已經(jīng)取得了極大的發(fā)展，熱工自動化技術已經(jīng)逐漸推廣與普及。從自動化裝置來看，組裝儀表已經(jīng)開始發(fā)展為先進的數(shù)字化儀表，系統(tǒng)控制設備的檔次也得到了有效的提升，一些機組使用專業(yè)的小型計算機技術進行控制與監(jiān)督，并配以先進的顯示設備，管理與監(jiān)控水平大大提升；在火電廠機組設備的熱工控制保護技術也取得了很高的成果；在大型火電機組中采用控制協(xié)調系統(tǒng)也是火電廠發(fā)展的一大特點，我國的大型火電機組也關注與使用控制系統(tǒng)。上述的這些先進技術的應用使得我國火電廠熱工自動化技術實現(xiàn)了極大的進步與發(fā)展。

3 DCS的發(fā)展趨勢與發(fā)展方向

3.1 自律分布式的系統(tǒng)結構

作為現(xiàn)代化的火電站熱工技術中的一項重要發(fā)展項目的自律分部控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了自律可協(xié)調性與自律可控性的有效統(tǒng)一。自律可協(xié)調性，是指在任何系統(tǒng)出現(xiàn)不良情況與問題時，系統(tǒng)能夠協(xié)調自身的狀態(tài)，并在運行中實現(xiàn)對各系統(tǒng)設備的協(xié)調與控制。自律可控制是在該系統(tǒng)中任何環(huán)節(jié)或任何系統(tǒng)部件出現(xiàn)問題時，其他環(huán)節(jié)或系統(tǒng)部件能夠在自我保護的基礎上協(xié)調控制自身的狀態(tài)。

自律DCS與當前使用的DCS有著明顯的不同：當前使用的DCS主要分為層次分布與水平分布兩種類型。當前者上位子系統(tǒng)出現(xiàn)問題，下位子系統(tǒng)是無法實現(xiàn)自我調節(jié)，當其能在局部范圍內實現(xiàn)局部控制，有自律控制性但缺乏有效的協(xié)調性；后者的子系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，其他的子系統(tǒng)還能夠繼續(xù)運行，不會受到存在問題的子系統(tǒng)的影響，但是在這種狀態(tài)下，各子系統(tǒng)之間無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交換，不能彼此進行控制，因此，這一系統(tǒng)類型具有協(xié)調性但缺乏控制性。此外，傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)只有一個集中控制裝置，它既沒有協(xié)調性也沒有控制性。因此，火電廠熱工自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向為自律DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)協(xié)調性與可控性的有效統(tǒng)一，提高熱工自動化系統(tǒng)的運行效率與水平。

3.2 過程控制儀表

在DCS推廣與普遍使用的情況下，常規(guī)檢測控制儀表的使用范圍大大縮小，尤其是中央控制室的BTG。常規(guī)儀表盤上裝設的記錄與指示儀表的施工急劇下降。當前300 MW以上的大型機組設置的儀表設備已經(jīng)減少到29塊并且已經(jīng)不再使用記錄儀表。尤其是在大屏幕IGS的廣泛應用下，中央控制室已經(jīng)不再安裝儀表設備。國外使用該技術已經(jīng)具有了一定的經(jīng)驗，其過程控制儀表的未來發(fā)展方面是在FB支持下通過各種智能變送器與執(zhí)行器的有效運行，實現(xiàn)各種設備的有效互補，使設備在運行或停運狀態(tài)下及時檢測出系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，為儀表的有效運行提供一個穩(wěn)定安全的良好環(huán)境。在現(xiàn)代社會的發(fā)展下，社會各界越來越注重環(huán)境保護，各種環(huán)境監(jiān)控儀表設備在火電廠中廣泛使用，但是這些儀表設備結構復雜，造價昂貴，很難得到有效的運用與維護，而且，由于是新技術，還缺少相應的高技術人才進行操作與維護。同時，我國當前還沒有相關設備的詳細資料，國外的資料也比較稀少，這都影響了設備的有效使用，不僅浪費了國家的有效資源，還會對環(huán)境造成威脅。當前，發(fā)達國家非常重視這種設備的運用與維護，并已經(jīng)成為了火力發(fā)電系統(tǒng)中不可獲缺的一部分。

3.3 EIC綜合技術

在傳統(tǒng)的發(fā)電控制技術中，電氣控制、儀表控制與計算機控制三方面的裝置都是分別安裝的獨立裝置。在先進技術的支持下，國家逐漸開始應用EIC綜合技術，在DCS的統(tǒng)一控制實現(xiàn)三方面裝置的有效結合。為實現(xiàn)這一目標，應加大相關設備及其軟硬件技術開發(fā)與研究。

3.4 現(xiàn)場總線

采用現(xiàn)場總線FB也是熱工自動化的發(fā)展方向。采用FB可將所有智能設備實現(xiàn)統(tǒng)一連接，不僅減少控制線纜的使用量，還能減少長線傳輸?shù)男盘柌涣寂c差異的問題。現(xiàn)場總線的應用，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的分散有效管理，提升設備的智能化水平，對發(fā)電設備的運行與維護都起到了非常重要的作用。

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