電氣自動化技術在火力發電中的創新與應用

摘要：在國內，高參數、大容量的大型火電機組已成為我國電力行業的主力機組。隨著計算機技術、電子技術以及信息技術的快速發展，火力發電廠逐漸步入了信息化和網絡化時代，電氣自動化技術也由此在火力發電廠中得到了廣泛的創新和應用。文章對電氣自動化技術在火力發電中的創新與應用進行了探討。

關鍵詞：火力發電；電氣自動化技術；火電機組；發電廠；低壓電氣系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM76 文章編號：1009-2374（2016）22-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.013

火力發電廠中所使用的電氣自動化系統（簡稱為ECS）主要是起著對發電廠內部的中低壓電氣系統進行保護和控制的作用，以此達到對其進行自動化監控的目的。由于具備信息化和網絡化的特點，電氣自動化技術已經在火力發電中得到了廣泛的應用和發展，這不僅使得火力發電廠的自動化水平得到了很大提高，也使得其電氣控制系統的安全系數大大加強。在提高工作效率的同時降低了成本造價，大大提高了發電廠的市場競爭力，成為發電廠在激烈的市場競爭中生存和發展的必由之路。

1 電氣自動化技術的特點

電氣自動化技術是一套以監視控制設備為主、數據交換信號反饋為輔的自動化系統。其主要行使著對發電廠內部的電氣系統的自動化監管職能，并且具備對其中低壓電氣系統的保護和控制功能。其主要是通過對設備的運行狀態進行檢測并以數據信息的形式進行反饋，使電廠的管理人員能夠及時發現設備的異常情況并采取相應的措施，避免發生危險情況。其主要有以下特點：

1.1 提高發電效率

社會發展的日新月異使得人們的物質生活水平也得到了很大程度的提高，人們對于物質文化的需求也愈來愈高，尤其是對電量的需求明顯表現出大幅增加的趨勢，這種狀況就難免會給發電廠的發電量帶來巨大的壓力。然而，傳統發電廠的發電設備并不能滿足當今社會對電量的需求。因此，當前的社會現狀對于發電廠的發電設備和技術提出了新的要求，技術革新成為發電廠亟需解決的一大問題。在這種情況下，電氣自動化技術在火力發電系統中的應用和創新為這一問題提供了一個正確的方向和解決方案，提高了電廠的發電效率，從而生產出能夠滿足大眾需求的電量。

1.2 降低發電成本

煤和石油構成了火電廠的主要生產原料，但過去由于發電技術較為落后，原材料得不到充分燃燒，其原有價值也就得不到有效發揮，這不僅造成了巨大的資源浪費，也極大地增加了電廠的產電成本。而今，電氣自動化技術在發電領域的廣泛運用使得這種情況得到了極大的改善。

1.3 優化資源配置

在發電過程中，資源的有效利用對于發電效率有著巨大的影響。過去，發電技術的落后導致原材料和電力設備以及人力資源等都沒有得到有效合理的利用，火力發電的效率受到了一定程度的削弱，然而電氣自動化技術在火力發電領域的應用為這一問題的解決提供了一條卓有成效的道路。

2 傳統電氣自動化系統（ECS）應用于火力發電廠中的集散控制系統（DCS）時的缺陷

將ECS系統應用于火電廠的DCS系統當中主要會面臨電壓、操作監護、控制程序掃描周期以及設備投運規劃等一系列問題。

2.1 強、弱電壓之間的沖突

隨著ECS系統被納入DCS控制系統之中，系統輸出點以及AC220V、AC380V電壓也將隨之一并被串入DCS系統中，結果可能導致弱電設備面臨被燒毀的危險。因此，在設計時，強、弱電的隔離問題就需要設計人員進行充分的考慮。另外，在施工過程中，這個問題也應該引起操作人員的重視，避免出現設備燒毀的情況。

2.2 操作監護問題

盡管DCS控制軟件對于用戶權限和分級問題等方面的設置非常細致，但是對于操作監護問題卻認識尚淺。要使這個問題得到相應改善，火電廠應該在設計聯絡會上就一些為ECS操作系統所必需的監護程序與DCS廠家達成共識。

2.3 DCS的掃描周期達不到要求

在火電廠的發電過程中，控制系統要實現諸如電氣保護、電快切、通氣以及勵磁調節等功能，就要求DCS控制程序具備一定頻率的掃描周期。然而，就目前看來，市面上大部分DCS系統的掃描周期還達不到要求。因此，將ECS納入DCS控制后，控制這一系列功能的裝置就必須保留，以確保設備正常運行。

2.4 設備投運時間

相對于用電送電，DCS設備的安裝和調試等工作在工期上一般要稍晚一些，所以要將ECS納入DCS控制系統，就要求ECS設備的安裝調試工作必須與廠用電設備的安裝調試工作同時進行，以確保ECS系統能夠正常投運于產電過程。此外，用于操控DCS系統的機柜室的修建工作也必須同步完成。這就需要廠方對設備的安裝調試工作進行全面的規劃，對工期進行合理的安排。

3 創新電氣自動化技術在火力發電中的應用

3.1 自動化技術在火力發電中的系統創新

電氣自動化技術在火力發電中的系統創新主要體現在I/0集中監控、遠程智能I/0以及現場總線控制等

方面。

3.1.1 I/0集中監控。此種模式通過將各現場設備的I/0接口與DCS控制系統的I/0通道相連，使其進入DCS組態，這樣DCS控制系統就可以對現場所有的電氣設備進行實時監控。這種模式具有快速、容易維護以及防護等級低等優點，極大地降低了DCS控制系統的造價。然而，由于這種模式使得DCS控制系統需要對全場所有的電氣設備進行監控，工作任務量加大，結果使得DCS主機冗余隨之下降，DCS控制系統的安全性和可靠性也將受到削減。

3.1.2 遠程智能I/O控制。遠程智能I/O控制模式就是將遠程I/O采集柜設置在離控制室較遠的現場，再使用光釬或雙絞線將現場設備、采集柜以及DCS主機柜聯結在一起，進行大量的信息采集活動。這種方式的優點就在于既可以減少電纜的使用量和安裝成本，又可以減少系統的控制任務量，同時也使系統的可靠得到了極大保障。同時，遠程I/O控制模式還具備數據處理以及自我檢測和校正等功能。但是這種方式的不足之處就在于沒能減少其對一些諸如I/O卡件、模擬量卡件及電量變送器等輔助設備的需求量。

3.1.3 現場總線控制系統。這種控制系統方式通過將通信技術、計算機技術以及控制技術緊密結合在一起，滿足了控制領域對于信息技術以及網絡技術等的需求。這種新型的控制模式從根本上改變了傳統的DCS集散控制方式，通過將系統的控制功能高度地分散到現場各個設備，使得分散控制得以徹底實現。

3.2 火力發電中電氣自動化技術的創新實例

電氣自動化技術能夠最大限度地挖掘火電機組的工作潛力，在火力發電中扮演著十分重要的角色。火力發電中，電氣自動化技術已經得到了廣泛的發展和創新。

3.2.1 使用統一單元爐機組。創新型的電氣自動化技術實現了火力發電廠由機、電控制一體化向機、爐、電一體化的轉型。在這種控制方式下，火電廠的DCS系統就可以通過這種單元制的操縱模式將全部設備的運行狀態和信息參數收集在一起進行匯總和整理，為相關管理人員提供一系列有效的數據參考，以便最大限度地發掘產電機組的潛力，將其控制功能發揮到最好。同時，同一單元爐機組的使用還可以減小控制室的規模，簡化監控系統，盡可能地降低設備產電成本。除此之外，這一模式的使用也便于火力發電廠的信息管理系統進行數據采集，最大程度地提高電網的統一運行水平以及管理水平，也有助于設備執行中調AGC的相關指令，在提高電網工作效率的同時又能使其在最經濟、最佳的工作狀態下運行。這一創新模式在火力發電過程中的應用既提高了控制系統的監控水平，又提高了整個產電過程的自動化水平，對于火力發電及火力發電廠意義重大。

3.2.2 控制保護模式的創新。報警和連鎖是傳統火電系統所普遍采用的控制和保護手段，但這種保護模式僅僅只能被動地應對諸如超限報警以及聯鎖跳機等情況的發生。與傳統的系統控制和保護手段不同的是，創新型控制保護模式通過對計算機技術的使用，使控制系統具備對產電設備進行運營檢測和故障診斷的能力，使相關管理人員能夠及時發現設備存在的隱患，采取積極有效的措施避免危險情況的發生，真正做到防范于未然，使系統能夠繼續運行。同時，創新控制保護模式的應用也實現了電氣自動化系統從被動向預知的轉變，這是電氣自動化技術在火力發電中的重大創新，極大地促進了自動化技術在火力發電領域的發展。

3.2.3 使用電氣全通信控制。就目前的情況而言，DCS控制系統對于電氣全通信控制有著較高的要求，然而當下火電廠的電氣自動化系統的通信速度和可靠性還有所欠缺，滿足不了系統對于全通信控制的需求，這就成為火電廠亟待解決的一大難題。只要電氣全通信控制得以實現，后臺系統的實際應用水平就能得到提高，系統的基本運行監視功能就能更加豐富，其控制水平、自動化水平和運行管理水平才能得到實質性的

提高。

4 結語

火力發電在我國的發電產業中扮演著不容忽視的角色，對經濟、民生以及人類文明的發展起著十分重要的作用。近幾年來，電氣自動化技術在火力發電中的應用問題倍受青睞，引發了許多相關人士的積極探討。筆者認為，發電企業必須養成對電氣自動化技術的創新意識，使其能夠得到廣泛的應用和長遠的發展。在火力發電中，電氣自動化技術的應用所取得的成就是有目共睹的，其信息化和網絡化的特點，提高了火力發電廠電氣系統的自動化水平和運行管理水平。計算機、保護測量、分層分布控制及通信技術的最新成果在系統中的綜合應用，使得火電廠電氣系統的控制和保護功能實現了自動化，同時也使得電氣信息的應用得到了強化，促使電氣系統復雜的運行以及管理工作得以完成。

參考文獻

[1]趙楊，丁寶峰，杜翠女，趙明.淺談電氣自動化技術

在火力發電中的創新與應用[J].硅谷，2011，（3）.

[2]龐衛仕.電氣自動化技術在火力發電中的創新與應用

[J].廣西輕工業，2011，（7）.

作者簡介：柳寧（1989-），男，寧夏青銅峽人，寧夏青銅峽鋁業發電有限責任公司助理工程師，研究方向：電氣自

動化。

（責任編輯：黃銀芳）