火力發電廠熱工自動化設備的改造

朱堯堯

摘要：隨著市場經濟體制在我國的確立，電力行業體制的改革也逐漸深入。在這種背景下，加之電網商業化運營、競價上網的需要，以及火電機組要適應電網自動發電控制（AGC）的要求，火電廠熱工自動化系統技術改造已成為必然。

關鍵詞：火電廠;熱工自動化;DCS;FCS

1、火力發電廠熱工自動化的概念

火力發電廠熱工自動化的主要概念是以火力發電過程中數據的測量、信息的處理、設備的自動控制、報警和自動保護為基礎，通過自動化系統的控制來達到無人操作的過程。在火力發電廠生產過程中為了使發電設備的安全有所保障，需要對設備進行自動化控制，以避免重大事故的發生，同時也減少了一定的人力資源。一般的火電自動化系統都分為四個子系統，其中以自檢系統、控制系統、報警系統、保護系統為主。

2、我國火力發電廠熱工自動化技術應用現狀

自動化是現階段各企業單位發展探索的主要方向。在電力企業中，熱工自動化控制系統的應用為店里事業提供了有效的發展平臺，是在火力發電的道路中慢慢發展而來的。熱工自動化在目前主要包括自動檢測、自動控制、自動報警和自動保護四個方面。⑴自動檢測、自動檢測是熱力過程中溫度、壓力、流量、成份和液位等熱工參數的測量是采用自動化儀表獨立完成，不需要工作人員直接參與控制之中。自動檢測的應用可以及時的發現火電廠工作中存在的各種不足和問題，并且對火電廠機組的運行情況及時調整。⑵自動控制是應用自動控制裝置視線火電廠機組中某些過程和設備自動運行和調節，確保機組運行的安全性和經濟性。⑶自動報警指的是在無人控制的情況下對機組運行中偏離參數控制情況下提示工作人員進行調整和糾正，以便發生重大的故障和事故。⑷自動保護是熱工參數超過限定值或者相關的設備運行條件無法滿足設計要求的時候應當對機組設備進行自我修復和控制，或者采取終止工作，避免事故的擴大和損傷。

目前，我國在火力發電加強了技術改革，現階段的火電廠熱動自動化已經得到了很大的發展。從自動裝置看，組裝儀表已經向現在的數字儀表發展，系統控制設備也提升到了新的檔次，一些機組有專門的小型計算機進行監督和控制，配以CRT顯示，監控水平較以前大大提高;在局部應用控制與熱工保護方面都取得了良好的效果;協調控制系統的采用是大型火電機組控制系統發展的另一重要特點，我國的大型發電機組和引進的發電機組都使用了注意控制系統。這一系列的進步都使我國的電廠熱工自動化實現的高速發展。

2.1電氣控制納入DCS之中

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控制顯得不協調，嚴重制約了火電廠自動化的發展。在電氣控制中將DCS納入范圍，其主要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。國際上已開始廣泛將DCS納入電氣控制，并得到了好評。在國內，對于電氣控制DCS的納入也有成功的經驗。

2.2FCS（FieldbusControlSystem）得以廣泛應用

某個局部的故障由于DCS的納入而使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。但是，DCS也有不足之處，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。

2.3智能控制應用呈現增多趨勢

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，歷時約50年。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。智能控制作為一種新的控制方法，它基本解決了非線性、大時滯、變結構和無精確數學模型對象的控制問題。

3、加強自動化技術改造與安全系統的有效措施

DCS安全技術包括2個方面：①提高DCS可靠性，從源頭上減小DCS故障發生率，如提高DCS電磁兼容性、開發安全控制器等。為此，《火力發電廠熱工自動化安全技術指南》已進一步提出一系列要求。②合理配置DCS及其后備監控設備，減小DCS故障的影響程度。對于自動化技術改造的具體措施主要有：

首先，設備質量是自動化改造工作成敗的關鍵，在選擇和購買設備或配件時，應以質量、可靠為前提，采用公開、公正和公平的招標方式選取供貨商。招標前要提出要求合理的技術規范書，制定合理的標底，防止招標中的不軌行為。招標前對供貨商的資格審查很重要，選擇的供貨商要具備以下基本條件：具有合法資格證明;有成套設計供貨能力和業績;有健全的質量保證體系;有相對穩定的職工隊伍和售后服務力量。若電廠對DCS或其他控制設備的生產廠商和產品質量不清楚時，可向咨詢機構咨詢，再通過有目的的調查研究，選擇幾家廠商作為招標對象。積極支持民族工業發展，優先選用符合性能要求的國產化產品或在國內有合作單位的產品，不僅可降低造價，而且有利于備品的供應和廠家的售后服務。

其次，老機組自動化改造的目的是提高機組整體運行水平。通過改造要做到降低煤耗、提高可用率、減少運行人員，并能實現AGC和適應調頻調峰要求。因此，老機組自動化改造工作不能獨立進行，必須與主機、輔機的技術更新工作配合進行。完善的自動化只能建立在可控性好的機組和可靠性高的自動化裝置基礎上，任何脫離主輔機改造的自動化改造都是難以取得實效的。

再次，自動化系統的基礎是測量元件、傳感器和執行機構，應首先改造不能適應工作要求的測量元件和執行機構，選用性能好、質量高的傳感器、變送器、開關儀表及執行器。這里還應特別注意與執行機構相連的閥門，它直接影響自動系統的改造效果。

此外，對老機組自動化改造必須進行長遠考慮，不能忽視設計的重要性，否則難以避免反復改造。老機組的主機經改造后延長了繼續服役的年限，因此改造方案應考慮機組繼續服役過程中不會再出現無法適應新的運行方式。無論在裝置選型和功能實現上都應進行全面、長遠的考慮，提出合理的設計方案。對目前因技術問題或資金限制暫時不能實現的功能，可留待以后分階段實行，但在選擇DCS配置時應留有可擴展的余地，并考慮DCS的開放性，以便與其他廠家設備如PLC相連接，實現分步改造的方式，逐步擴展完成整個機組的自動化改造。

4、結束語

隨著科學技術的不斷更新，我國火力發電廠的技術也得到了前所未有的發展和完善。尤其是火力發電廠的熱工自動化技術，其控制系統DCS已經發生了極大的改變，從控制范圍、控制結構、總線技術、管理系統、監控系統都為熱工自動化技術的發展注入了新的活動。相信將來的火電廠自動化技術將日臻完善，為電力的安全運行提供強有力的保證。

參考文獻：

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（作者單位：山東電力建設第三工程有限公司）