火電廠熱工自動化的現狀與進展探討

馮賀

摘要：火電廠熱工自動化技術依托于自動化技術、網絡信息技術及控制技術，在大中型電力企業發電機組中得到了有效應用，在滿足社會生產生活電力能源供給需求方面起到了重要的助推作用。在火電廠發電機組逐步實現了由小容量向大容量擴展、由高參數向單元機組轉變的行業背景下，研究火電廠熱工自動化的現狀及趨勢，更顯重要。

關鍵詞：火電廠;熱工自動化;現狀;進展

現階段，隨著社會各行業對電力能源提出了更高需求，我國電力技術及電力設備也取得了較好的發展成果，火電廠及電廠機組在數量、規模及裝機容量上不斷擴展。火電廠熱工自動化標志著火電廠在技術上趨于成熟，火電廠熱工自動化水平高低也直接反映了電力行業的發展狀況。本文對火電廠熱工自動化的現狀進行分析，對其發展趨勢加以預測，僅供參考。

一、火電廠的熱工自動化概念

所謂火電廠的熱工自動化，其定義為采用并通過各種自動化儀表和裝置（包括計算機系統）對火力發電廠的熱力生產過程進行開環的和（或）閉環的監視、控制，使之安全、經濟、高效運行的技術。主要指的就是相關的技術參數在火電廠熱力過程中的信息處理、自動報警和控制、測量、以及進行自動保護的工作，不需要人員直接參與工作，只是經過自動化的儀表和控制裝置來完成。熱工自動化有效保障了熱工設備的安全，提高了機組的機械性能，在勞動強度上減輕了工作人員的壓力，使勞動的條件得到了大幅度改善。

二、火電廠熱工自動化新進展

2.1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公用變壓器等的控制和信號測量所組成。將保安電源系統、支流系統和不停電電源系統納入DCS系統來進行監視。

2.2FCS（FieldbusControlSystem，現場總線控制系統）正取代DCS

由于DCS的納入，使得某個局部的故障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。然而，DCS也有其不足之處，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

火電廠熱工控制系統結構較為復雜，涵蓋的設備和儀表數量較多，而對于部分大型火電廠來說，各類設備及儀表自身在結構上就具備非常高的復雜性，若仍使用傳統控制辦法，那么延遲、誤控等現象就很有可能導致設備出現故障，甚至出現安全問題。通過智能控制技術的應用，上述問題將能得到有效的制約和解決。結合火電廠主要的熱工過程來說，智能控制技術主要作用于對鍋爐燃燒過程的控制和對溫度的控制。

首先，對火電廠鍋爐燃燒過程的控制應將重點放在提升燃燒效率、降低環境污染等方面，對于這樣的要求來說，在人工神經網絡、模糊控制等技術的輔助之下，鍋爐燃燒過程中所產生的各類數據將能得到有效的采集和監測，進而在此基礎之上實現對鍋爐燃燒狀態的精確控制，保障火電廠鍋爐燃燒的經濟性和安全性。其次，鍋爐汽溫具備較強的時變性，傳統控制辦法難以應對大型火電廠的運轉需求，在汽溫模糊控制技術等的輔助之下，火電廠熱工控制系統將能更好的針對不同負荷下的鍋爐汽溫進行控制，以此來保障大型火電廠的高效運轉。

三、火電廠熱工自動化發展的新進展

3.1將電氣系統控制納入到DCS系統中

火電廠采用了分散控制系統DCS以后，很大程度上改善了運行人員的工作環境，提高了機組監控的可靠性，給提高發電機組運行的經濟性和事故處理提供了運行和分析的依據，在集控室形成了以操作員站為中心的監控方式。但如果電氣部分采用常規的儀表控制，則在整套單元機組的監控上顯得不協調，同時也給電廠實現機爐電一體化監控和管理帶來不便，使火電廠的自動化發展受到制約。在目前的大型電站中，都把發電機-變壓器組和廠用電源系統直接并入DCS系統中，由DCS完成包括廠用電源切換控制、發電機并列/解列等電氣監控項目。而中小型電站通常是在集控室設置單獨的電氣操作員站及電氣監控系統，甚至有些電廠還采用老式的模擬屏對電氣廠用主接線進行監控，這導致了機爐電系統維護的不方便，需要多種設備的備件，也影響了電站自動化程度。針對這種情況，現在的中小型電站也在向大機組靠攏，把電氣系統納入DCS系統中來，這樣就減少了維護備件過多，運行協調性也大大提高。

3.2對于智能控制方面的應用逐漸增多

在火電廠的熱工控制理論中，已經先后經歷了經典的控制理論，現代的控制理論，以及當前比較盛行的智能控制理論，其中經典的控制理論的形成時期主要是在上個世紀的四十到五十年代，這種理論的成果主要是根據函數傳遞以及在這個基礎上建立起來的軌跡圖的解析和設計方法以及頻率的特性，對于單方面的輸入和輸出的系統是非常有利的。但是在在對它進行描述的時候不能夠在系統內部變量傳遞的函數方式下，在這個基礎上也忽略了初始條件的影響。所以說，在函數進行傳遞的描述范圍內不包括系統中的所有信息。

對于智能的控制理論來說，它的形成時期主要是在上個世紀的九十年代，是在經典以及現代的控制理論之上逐漸發展起來的，這種智能型的控制理論，不僅可以控制大規模的復雜系統，還可以逐漸發展成為一種運用當下發展比較迅速的計算機技術來進行控制。運用計算機技術就是控制技術工具發生了變革，保證了智能控制系統的正常運行，智能控制可以順利實現，它作為一種新的控制方法，相信在未來的幾年中電氣儀表的智能控制技術以及其他一些相關智能軟件，必然會在火力發電生產中得到快速的發展及運用。

3.3DCS系統逐漸被FCS取代

雖然DCS系統是目前電力行業對線運行機組的最主要的控制系統，但其檢測和執行等現場儀表信號仍然采用的是模擬量信號，不能為工作人員對現場設備的檢測、維護以及管理提供更加準確的數據參考，極大的限制了對火電廠熱工過程的控制視野。隨著現場總線技術的發展，為電站自動化控制提供了一個新的模式，現場總線是指通信網絡的國際標準化，即將安裝在現場的智能變送器和智能執行機構，掛在現場總線上，可與任何一個DCS相連，實現現場信息的數字化傳送。一根現場總線可以掛多臺智能變送器，同時傳送工藝變量，控制信息和診斷信息，能在控制室的DCS工程師站上進行現場智能變送器的校驗、調速和診斷。雖然現階段現場總線標準還未統一，現場智能儀表造價也很高，但在現場總線國際標準化和智能變送器、執行機構發展、完善的基礎上，與現有DCS技術（計算機數字通信、控制、網絡技術）相結合，通過現場總線為紐帶，組成一代新的控制系統――現場總線控制系統（FieldbusControlSystem，FCS），將是控制系統的發展方向。

結語

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。

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