火電廠熱工自動化的現狀與進展

焦萬輝

【摘 要】火電廠是我國目前較為重要的供電企業，在電能供給中占有重要位置，隨著科學技術的快速發展，火電廠熱工自動化也得到了快速的發展，熱工自動化裝置已然成為了大型發電機組的重要組成部分。火電廠熱工自動化能夠有效保障發電安全，提高工作效率與機組的經濟性，這對于火電廠發電有著重要意義。

【關鍵詞】火電廠；熱工自動化；DCS

隨著科學技術的快速發展，火電廠熱工自動化技術隨之得到快速發展。尤其熱工自動化裝置已成為大型發電機組中非常重要組成部分，并且其自動化程度也作為衡量現代化企業水平的一個重要標志。在現代工業生產的不斷發展的同時人民生活水平的也在不斷提高，火電廠的發電機組由中小容量發展到大容量、高參數發展到單元機組，電力工業也隨著進人大電網、大機組、高度自動化的時代。

一、火電廠熱工自動化現狀

當前我國大部分的火電機組都是采用DCS程控系統，而隨著近幾年科學技術的快速發展，DCS系統的應用也愈加廣泛，火電廠熱工自動化極大程度地方便了技術人員的操作，提高了發電的效率與安全性。就我國當前火電廠熱工自動化現狀來看，熱工自動化主要體現在自動檢測、自動控制、自動報警與自動保護四個方面。DCS系統通過監控整個過程的壓力、溫度與流量等熱力學參數，能夠有效監督火電廠的運行情況，同時為后期的自動控制、事故分析與經濟核算提供依據。此外系統中的自動控制裝置能夠有效調節電廠熱工自動化生產過程中的設備運行，確保火電廠機組的穩定運行。同時DCS系統在進行自動檢測時如果發現熱工參數出現異常，將發出信號報警，提醒相關人員及時處理異常情況。在熱工參數出現異常或是相關設備運行出現故障時，需要暫停設備進行調整，避免因設備運行故障而引起安全事故。

二、熱工自動化系統的構成

1、DCS系統。把單元機組電氣發變組和高、低壓廠用的電源系統都納入到DCS的監控中去，并且煙氣脫硝系統及汽機旁路系統的監控也納入到機組DCS中去。可以在兩臺機組的DCS中間設置一個公用的網絡，與兩臺機組DCS的數據總線通過網橋聯接廠用電公用系統、空壓機房、燃油泵房等公用系統，從而接入DCS公用網絡。公用網絡可以根據DCS供貨商的經驗，來單獨設置操作員站，或者通過單元機組的操作員來對公用系統進行有效的監控。

2、輔助系統集中監控網絡。所謂輔助系統的監控網絡，主要是采用可編程的控制器PLC+交換機+人機接口的方式，來在一定程度上滿足調試、安裝和初期運行過渡的要求，并且按照“ 水、煤、灰”這三個點來設置調試的終端，隨著各種輔助系統的運行，監控系統就逐漸由地系的監控變成控制室的集中監控，實現全自動的監控系統。

3、煙氣脫硫系統。煙氣脫硫系統的控制點，主要根據工程的具體情況和業主的管理模式的喜好來決定，可以和除灰系統合并設置在電除塵控制室或除灰控制室，或與輸煤系統合并設置控制室。煙氣脫硫控制系統主要采用的是PLC和FGD2DCS來進行實現的，通過FGD2DCS/PLC的LCD及其鍵盤，并運用地監視和控制實現脫硫系統設備的啟、停和正常運行時的監控。煙氣脫硫系統的監視、報警等都是通過機組和硬接線盒機組DCS進行有效的連接，從而保證了機組能夠正常的運行。

三、火電廠熱工自動化新進展

1、電氣控制正納入DCS。分散控制系統DCS 在被火電廠采用后，大大提高了汽輪機和鍋爐的控制水平，然而仍然采用傳統的控制方式對單元機組進行控制，將大量的模擬儀表光字牌和開關按鈕裝設在控制盤臺上，這就使得控制室內與汽輪機和鍋爐的DCS 控制顯得很不協調，嚴重制約了火電廠自動化的發展。在電氣控制中對DCS 的納入范圍，其主要是用于發電機系統和主廠房內的廠用電系統，它主要由發電機變壓器線路組、高壓啟動/ 備用變壓器、高壓廠用工作變壓器、低壓廠用工作變壓器、低壓廠用備用變壓器及低壓廠用工用變壓器等的控制和信號測量所組成。將DCS 不斷納入保安電源系統、支流系統和不停電電源系統來進行監視。尤其在發電機勵磁系統、自動準同期和廠用電快速切換等方面更要重點考慮DCS 的納入。在國內對于電氣控制DCS 的納入也有成功的經驗。

2、FCS，現場總線控制系統正取代DCS，某個局部的故障由于DCS 的納入而使得其對整個系統的影響較小，再加上不斷成熟的各種軟硬件技術，大大提高了整個系統的可靠性，因此，自動控制系統逐漸以DCS 為主流迅。然而，DCS 也有其有不足之處，DCS 不能實現上位機系統對現場儀表的信息要求，使得控制過程視野受到限制，上位機系統功能的發揮也受到制約，因此，要求在上位機與現場儀表進行數字通信，隨之就出現了FCS。

3、智能控制應用增多。火電廠熱工控制理論經歷了經典控制理論、現代控制理論和現在的智能控制理論，該理論是以傳遞函數為基礎而建立起來的頻率特性、根軌跡等圖解解析設計方法，非常利于單輸入和單輸出系統，到目前為止仍然被廣泛采用。然而，系統內部的變量在傳遞函數的方式下不能對其進行描述，而且初始條件影響也被忽略掉，因此，系統所有信息不能被全部包括在傳遞函數描述內。智能控制理論的提出，不僅滿足了大規模復雜系統控制的需要，并成為一種運用高度發展的計算機技術的控制方法。計算機的出現與發展，變革了控制技術的工具，從而確保了智能控制順利實現。智能控制作為一種全新的控制方法，它非線性、大時滯、變結構和無精確數學模型對象的控制問題得到基本解決。

四、電力行業熱工自動化系統的未來發展動向及前景

隨著社會的發展，人們的環保意識也越來越強，同時國家也不斷重視各工業企業實際發展進程中對環境的影響。火電廠未來熱工自動化的一個重要研究方向就是把模擬量控制系統的實際調節范圍與各項品質指標逐步提高。雖然現在已經研究出了很多先進技術，如人工神經網絡、模糊控制、狀態預測等，但他們還不完善，在電廠中實際應用的也不是很多，隨著未來我國電力行業各項競爭的不斷激烈，我們必須重視這些技術的應用研究，讓它們真正服務于我國的電力建設。單機方式運行是當前我國AGC 機組主要的運行方式，基于電網負荷存在變化頻率，變荷狀態成為了AGC 機組的常出狀態，這就要求對鍋爐的實際蒸汽壓力與溫度要不斷進行改變，增加了各設備的操作量，這樣操作必然會嚴重影響到機組的使用壽命。隨著電力市場競爭的日益激勵，當前各電廠都在努力降低自身發電成本，并且在最大限度的延長機組使用壽命，為此，我們可在電廠中配備分配全廠負荷的系統，通過電網調度部門全廠負荷指令的下發，借助全廠的負荷分配系統，綜合分析各機組的實際煤耗特性，科學，合理的安排各機組的運行，最大限度的降低全廠的發電煤耗成本，進而促進電廠發電成本的降低。相信隨著電廠科技的發展，全廠負荷分配方式將會逐步取代單機AGC 方式。

總之，熱工自動化裝置作為大型發電機組中至關重要的組成部分，其自動化技術也成為目前全球發展最快、生命力最旺盛的技術和生產力之一，使得國際上大多數先進國家都對此投入大量資金，以此確保在激烈的競爭中占有一席之地。自動化技術對于電力工業如此重要，因此，要求我國從事火電廠熱工自動化的技術人員在提升自身素質和技能的同時，也要密切關注國內外自動化技術的最新進展，以推動我國火電廠熱工自動化的發展。

參考文獻：

[1] 李子連，王漢生.火電廠熱工自動化的發展、現狀及前景[J].中國電力，2016（12）.

[2] 侯樹文，陳燕.淺談大型火電廠熱工自動化水平的探討[J].華東電力，2017（11）.

（作者單位：赤峰熱電廠有限責任公司）