火力發電廠廠用電氣自動化系統的現狀和發展

吳明

摘要：火力發電廠電氣自動化是通過對主控室、發電機、鍋爐等設備進行協調控制，做到集中、自動的管理與控制，將各設備的數據共享，使得在一定的數據處理和分析基礎上，完成電氣自動化系統的建設。為了能夠加強火力發電廠廠用電氣自動化系統的建設，本文對自動化系統的基本功能、特點和現狀進行探討，提出幾點發展策略。

關鍵字：火力發電廠;廠用電氣自動化系統;發展趨勢;發展現狀

1、前言

隨著經濟和科學技術的不斷發展和進步，火力發電廠的自動化已經得到了非常快速的發展。而在新時代的發展下，火電廠必須要能夠保證機組工作的最大限度，提高發電效率，降低能源消耗成本，達到更加先進的技術和自動化程度才能夠滿足當代人們的用電需要。所以當下火力發電廠的主要工作就是保證生產過程的自動化和管理的現代化。本文即分析國內的火力發電廠電氣綜合自動化系統的發展要點，展望電氣綜合自動化系統的發展遠景和目標。

2、火力發電廠廠用電氣自動化系統的現狀及相關問題

2.1火力發電廠廠用電氣自動化系統的現狀

我國目前大多數的火力發電廠都采用的是DCS系統技術，該技術能夠有效地提高熱力系統的自動化水平，在多年來的使用中獲得了更加顯著的經濟社會效益，但是電氣系統（ECS系統）的自動化還有許多缺點，其故障率較高，并且需要投入較多的維護資源，就算是如此其自動化程度依然較低，這也導致了DCS系統與ECS系統在使用的過程中會出現銜接不到位的情況。為了解決這個問題，在電氣行業現階段，火力發電廠要特別對ECS系統系統進行改進和優化，做好對ECS系統的運行管理工作，加強技術優化工作，使得電氣系統控制自動化程度加深，并且提高安全性和可靠性[1]。

2.2電氣自動化系統顯露出的問題

目前很多新建設的火力發電廠的數據采集系統和自動化控制系統等工作都是通過硬接線的方法來與DCS系統相接，這雖然有效的促進了電氣控制中的一些例如畫面監控、軟手操等問題的解決，但是因為火力發電廠之中，很多電力設備之間都是分散式的安置方式，并且采用的是集中控制方式，而這些會造成一些較為嚴重的問題。首先是電流、電壓都需要經過特殊的變送器來轉換成數字量，然后才能夠進入DCS系統后使用，因為數據量比較大，所以還需要配置一定數量的變送器才可以，這將花費巨大的資源。其次是主控制室內為了各項設備的控制還需要鋪設一定量的電纜，這就導致在建設過程中需要較長的施工周期，難度較高。再然后，因為DCS系統無法實現對電流、電壓故障過程中的波段錄制，且不包括電度計量功能，使得在出現故障的時候維修人員無法做到更好的分析和處理工作。最后則是因為DCS系統和各個設備之間缺乏相應的通信設備，也缺乏智能化的管理系統，所以也就導致系統無法實現高度的自動化。另外，在數據連接方面，隨著科技的發展目前很多設備都實現了設備的小型化，但是很多設備都無法與DCS進行連接，導致了數據無法共享。

3、火力發電廠廠用電氣自動化系統的優化策略

3.1火力發電廠廠用電氣自動化系統涉及到的技術

首先是網絡通訊技術，需要有網絡通信技術才能夠做到對ECS系統的高度控制，做到各電機之間的有效配合。由于傳統的網絡通信技術存在速率低、傳輸不平衡、主機數量少、功能拓展困難等問題，所以目前很多商家都將目光轉移到了在工業中采用的控制技術，也就是現場總線技術。該技術雖然具有非常好的通訊能力，運用過程也很快速，并且具有一定的靈活性。但是因為標準的不同意以及設計較為簡陋，一旦出現一處故障，即有可能造成整個系統崩潰，所以本文選取以太網來作為電氣自動化的通訊系統。其次是分層分布技術，分層分布技術的綜合IED安裝在開關設備附近，并且與通訊網相連接，這種優勢能夠有效的減少二次電纜的使用和工作量，避免了硬件的重復設置，具有更高的性價比[2]。

3.2火力發電廠電氣自動化系統的構成

火力發電廠電氣自動化系統由三層架構而成，分別是站控、網絡和間隔三個層面。站控層包括操作員站、工程師站和通信站，操作員站需要做到對數據庫的實時開發，并與監控系統、模板庫等相結合，是總體系統的運行、維護、診斷等工作的主要負責站。工程師站和通信站則分別是針對于電氣系統的繼電保護、故障錄波以及通信工作設立的。其次是網絡站，則主要是由光纖自愈環網構成，具體還需要火力發電廠能夠針對自身的實際情況來選擇相應的通訊介質。最后是間隔層，間隔層的裝置應該是要用到一體化的保護測控裝置，是針對于與發電廠的控制對象來開發相應的配置，比如說發電機保護、饋線保護等。

3.3智能化技術的應用

隨著計算機技術的發展，目前很多ECS系統已經較為完善和優化，并朝著智能化控制和管理的方向發展。目前電氣自動化系統中的智能化技術一般都用在了間隔層中，是針對于繼電保護和測控裝置的獨立以及智能化網絡的建設，使得在火力發電廠的發電過程中其控制單元將直接針對于一次性設備和機組來進行操作。智能化的應用在火力發電廠中較為寬泛，除了監控系統之外，還能夠實現對于站控層的互聯與誤觸房屋等功能，使得站控層能夠全面實現自動化。從數據采集到機組優化控制等各方面的監控管理都呈現一體化的趨勢[3]。

3.4網絡化技術的應用

上述中提到了在火力發電廠的電氣自動化系統中存在有網絡通訊能力不足的問題，而以太網能夠很好的解決網絡通信的問題。以太網本來是應用于商業中中的，以其容量較大、成本較低且傳輸能力較強的優點而被用于工業中，而在火力發電廠中也將以太網以嵌入式的方式植入于監控系統和自動化系統中。通過以太網，火力發電廠將能夠進行較為高效的數據傳輸工作，形成較為健全和穩定的網絡結構，這是非常有利于火力發電廠電氣自動化系統運作的。火力發電廠通過該技術能夠有效的達到對各項機組設備的高度控制，無論是針對于辦公室內還是生產過程中，通過以太網集成的數據通訊系統將為火力發電廠的電氣自動化提供非常好的通訊媒介。

3.5變換器電路的應用

因為科學技術的不斷發展，制造業也有了非常大的進步，很多電子元件都有著非常大的更新換代。在變換器的電路中，傳統的火力發電廠一般都是采用晶匣管作為變換器的基礎。在新時代的發展下，電氣元件也有了較大的發展，在變換器電路中也更多的采用了PWM變換器，有效地解決了高次諧波和轉矩脈動等問題。在使用PWM變換器中，因為其產生的噪音和振動較大。為了解決這個問題，在火力發電廠的電氣自動化中可以采用直流環逆變器，將其掛在高頻振蕩過零的諧振路上，使得電氣元件能夠在電壓或電流為零的條件下進行轉換，這樣就可以有效的減小逆變器的尺寸，降低相應的成本，使得逆變器集成化，所以目前在火力發電廠電氣自動化系統中，采用諧振式直流逆變器電路具有較大的發展前景[4]。

4、結束語

綜上所述，我國的火力發電廠廠用電氣自動化系統存在于DCS系統不協調的問題，這使得熱力系統的工作效率無法提高，導致了生產全過程的工作效率和自動化程度受到阻礙，本文即針對火力發電廠廠用電氣自動化系統的現狀進行分析，針對于相關問題來提出相應的發展對策，促進火力發電廠生產過程的高度自動化，使得我國發電事業能夠蓬勃發展。

參考文獻

[1]尹雪梅. 大型火力發電廠電氣自動化監控系統的設計研究[D].華北電力大學，2016.

[2]鄭鴻志. 發電廠電氣自動化技術的應用方案[D].華北電力大學（北京），2011.

[3]鄭智武.火力發電廠廠用電氣自動化系統的現狀和發展[J].黑龍江科技信息，2010（05）：11.

[4]蘇茂均. 火電廠電氣綜合自動化系統的研究[D].華北電力大學（河北），2004.