火力發電廠電氣—熱控一體化控制技術的探討

摘 要：火力發電廠是我國電力生產的主流力量，雖然水能、風能、核能均可以用于發電，但是目前科學技術水平尚不能支持上述能源的大規模發電，因此智能電網在發展上依然離不開火力發電廠的支持。而在火力發電廠的不斷建設過程中，單元機組容量隨著智能電網發展而不斷增加，其對火力發電廠信息自動化系統的要求愈見升高，因此火力發電廠嘗試進行數字化電廠的建設。而火力發電廠的數字化建設，需要依托于“電氣-熱控”一體化控制技術來實現。本文試對火力發電廠的“電氣-熱控”一體化控制技術進行分析、研究。

關鍵詞：火力發電廠；電氣；熱控；一體化；控制技術

現階段，智能電網在發展中面臨著許多挑戰。固然，智能電網以集成網絡、雙向高速通信、傳感技術為基礎而形成了安全可靠、經濟穩定的架構，可以抵御各種攻擊、接入各種發電設備，實現對電力市場資產的優化配置。但是作為智能電網生產電力的來源，火力發電廠通常存在著生產耗能大、副產物嚴重污染環境的問題，一直以來的人工管理方式更是為火力發電廠的生產帶來了一定的阻礙。因此，火力發電廠必須采取更加先進的技術，以實現電能的節能調動與綠色發電。

一、火力發電廠在自動化技術上存在的各種問題

（一）電氣自動化

近些年來，火力發電廠在電氣控制裝置的功能和性能上有了很大的變化，但是各部門僅僅為自己所屬領域作出自動化發展，對于其他與自己無關的部門則缺乏相應的自動化建設。事實上，火力發電廠需要實現電子自動化的環節有許多，如：NCS和ECS、故障錄波、自動裝置、電量計費、保護裝置以及廠用電管理，等等。上述情況會導致這些環節無法統一管理，信息無法集成，甚至最為基礎的電能平衡也很難實現，于是最終導致的結果便是電力企業難以獲得較高的整體效益，電氣與熱控之間缺少信息共享，資源白白浪費。

（二）熱控自動化

熱控自動化與電氣自動化一樣在近幾年來得到了飛速的發展，但是就主機控制范圍而言卻沒有明顯的進步，其變化最大的地方在于輔助車間的控制系統，變曾經的分散控制為現如今的幾種控制。事實上，現場總線控制技術在火力發電廠不斷發展中有了愈加寬廣的應用范圍，設備在信息的收集上不斷深入、擴展，在分析設備狀態的環節之中，甚至可以獲得裝置狀態的詳細數據。

例如，人們在DCS中納入了“機組性能計算+耗差分析”系統，參考人員可以根據所獲得信息進行系統的簡單配置，即可獲取可信的數據；漸漸地，人們又在DCS中融入了機組優化控制功能，但是令人可惜的是，主廠房的DCS并沒有與輔助車間實現控制的統一，二者依然相互獨立，信息無法互通、共享，對于火力發電廠的數字化建設無疑是非常不利的。

（三）熱控、電氣分離

為了提高生產率，實現節能減排目的，國家對電力體制進行了相應的改革，火力發電廠開始致力于自動化建設。然而，發電廠若要實現自動化建設，必須要在權威機構的協調下進行，而當前在火力發電廠的各個組成部分中，熱控專業與電氣專業是彼此分離、各自獨立發展的，二者的分離使得電力企業難以高水平發展，并且二者有一分功能是相互重疊的，二者的分離無疑會導致資源浪費，火力發電廠的自動化控制系統將難以充分而徹底地發揮其整體優勢。

例如，火力發電廠在熱工控制上有：輔控網、DCS、ETS、TSI、DEH，等等；在電氣控制上，火力發電廠則有：保護裝置、NCS、錄波裝置以及ECMS，等等。火力發電廠應該為熱控控制裝置與電氣控制裝置進行統一的控制。但是出于技術、分工以及人為因素的影響，熱控控制裝置與電氣控制裝置被隔斷開來，無法實現協網控制與信息共享，火力發電廠需要為二者分配更多的資源，這完全不符合自動化系統的節能要求。究其原因，主要是火力發電廠沒有將信息化建設與實際生產有效結合，火力發電廠在信息化建設上缺乏精益求精的管理，在發生上無法與智能電網相適應。

（四）熱控、電氣自動化的業務界限沒有得到信息部門的明顯

火力發電廠在自身信息化、電氣自動化、熱控自動化上沒有區分開明確的業務范疇，在管理上存在真空，在工作上存在一定的重復，自動化建設未能充分為信息化建設提供服務，火力發電廠因此處于數據精度低、信息化發展進程緩慢的狀態，即使從自動化系統內部獲得大量數據，也無法發揮出信息化的真正作用，反而會導致信息系統的不穩定。同時，電氣自動化、熱控自動化于業務需求方面存在流程不完善的問題，亟需進行重組。

二、解決方式

（一）制定自動化建設標準與規范

針對火力發電廠在現階段存在的自動化程度滯后問題，相關部門應該聘請或組織專家對相關狀況進行調研與評估，安排專門調查人員對電力市場發展狀況、智能電網建設狀況進行調查。專家將調查結果與評估結果結合在一起，制定出促進“電氣-熱控”一體化的相關規范、標準，以此來引導自動化系統的平穩發展，確保火力發電廠運營狀況的提高、節能減排目標的實現。

（二）堅定“一體化”控制方向不動搖

火力發電廠若要提高自身的自動化水平，應該致力于提高自身對電力市場、智能電網的應對能力。也就是說，火力發電廠需要堅定“一體化”的發展方向不動搖，在自動化專業上實現電氣與熱控的有機結合，摒棄過往二者的各自獨立發展模式，基于全局角度來推動火力發電廠的自動化發展，基于“統一規劃”、“集中管理”、“分散控制”、“架構優先”的原則從整體上提高發電廠的控制水平。

目前，需要推動電氣與熱控的自動化建設，需要解決如下幾個問題：

①電氣各子系統的獨立控制與監測系統的一體化問題；

②熱控輔網與熱控主網的一體化控制問題；

③“電氣-熱控”控制系統的一體化問題；

④“電氣-熱控”自動化系統的過程信號處理問題；

⑤低速信號與高速信號的軟硬件處理平臺問題。

（三）升級完善設計方案

目前，火力發電廠主要通過數據庫和拓撲結構網絡來進行一體化控制，電氣與熱控依然存在專業間的差異，對此，可以通過升級拓撲結構網絡的控制器、完善數據庫管理模式來平衡二者之間的差異。

在筆者看來，可以從控制層、控制管理層以及廠級管理層等若干部分進行概念性設計，在設計方案中，按照電氣專業與熱控專業的特點，為電氣、熱控設備進行設備狀態與信號的處理。其中，控制層出于滿足各種電廠控制的原因選擇電源裝置、通信裝置、各種控制機來組成，具有基本功能控制功效，可以為現場總線設備實現信號與通信的分離；控制管理層則是在必要的時刻控制與管理各個工程師站、操作員站以及歷史站，為大多數高級控制設備進行故障診斷與故障分析；廠級管理層的控制管理對象則是不同的機組，在廠級管理層的控制之下，各機組之間可以實現或集中或分散的自動化管理，外系統也可以從廠級管理層獲得所需的數據。

在筆者看來，這一設計方案可以有效控制火電廠的運行成本、設備的運行效率，以貴州的清鎮發電廠為例，實行本設計方案之后，減少了10%的運行人員、15%的建設費用以及20%的信息化費用。

三、結語

火力發電廠需要構建“電氣-熱控”一體化的控制系統，以實現NCE、ECS功能與現場總線設備的有效控制。這一系統的構建可以促進信息的共享、運營效益與管理水平的提高。

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作者簡介：鄧瑩（1982-），男，漢族，湖南祁陽人，本科，助理工程師，主要從事工作和研究方向是火力發電廠熱控方面。