自動化技術在火力發電電氣控制中的應用探討

陳國偉

神華準格爾能源有限責任公司矸石發電公司 內蒙古 鄂爾多斯 010300

引言

自動化技術可以通過實現智能化管理，提升制造業運營能力。尤其是像火力發電這種具有一定危險性、電力控制要求較高的制作業，具有更大的自動化技術應用空間，現在已經逐漸成為火力發電重要工具。為讓自動化技術和火力發電進行深度結合，需要對這方面應用展開更為詳細的研究。

1 將自動化技術引入火力發電中的意義

1.1 穩定提高生產效率

將自動化技術應用在火力發電的電氣控制中，可以取代人工控制方法，從而規避以往人工不精確、不到位問題，讓電氣控制可以達到精準定位，正確無誤完成所有操作指令[1]。利用這種工作模式，可以大幅度降低在電氣控制中不確定因素，有效提升電氣控制工作效率，提高電氣控制質量，讓單位時間內的發電效率得到有效提升，并讓生產環節中產生的余熱可以得到更高效回收與使用，從而降低化石能源的過度消耗，提升發電各個環節能量利用率。而且，自動化技術也可以讓發電方案和地區用電需求進行相互匹配。避免出現低效率發電，影響發電廠經濟效益。

1.2 大幅度降低電力生產成本

火力發電是將富含高化學能的煤炭、石油作為生產原料，通過化學能轉化為熱能，再轉化為電能。在過去發電模式中，生產原料大多是以定量模式進行生產供給，沒有辦法通過地區的用電波峰波谷對原料進行科學調節，導致波峰生產電量時常發生無法供應用電需求，而在波谷生產的電量又會造成過大浪費。而且，大量的原料送入火力發電裝置中，也難以保證原料可以得到高效燃燒。在兩種因素共同影響下，造成電力生產成本普遍較高。而應用自動化技術后，可以及時檢測電網的波動情況，科學分析波峰波谷時間段，并利用電力控制對生產原料用量科學控制，提升燃料投入比例，確保燃料可以達到完全燃燒，降低原料的熱量過度損耗。既能讓發電廠降低能源消耗，提升原料利用效率，也能有效降低生產成本。

1.3 提升生產資源應用效率

自動化技術和電力控制相互結合，可以對發電廠所有應用設備、生產環節的運行參數展開科學編制，并對電力資源生產進行精確控制，極大提升燃料配比效率。尤其是自動化技術可以實現7d×24h的時刻待機，極大解決人力資源長時間在一線工作的帶來的精神狀態下滑，避免出現控制問題。也可以根據設備的機械強度設置工作強度，提升生產設備每天工作效率，提升生產資源的利用效率。如果生產設備出現故障，也可以做到快速定位，為維修人員提供最佳解決故障的技術方案，避免因設備故障，影響電力資源正常生產。

1.4 對現有生產技術起到革新作用

自動化技術可以把自動控制、信息技術等進行集中式處理，極大提升發電廠科技水平，并為電力生產提供扎實的技術保障。提升單位時間內的電力資源生產效率，也讓發電獲得更高的安全系數，極大降低一線工作人員安全風險，降低工作強度，這對火力發電的技術革新具有重要應用價值。

2 自動化技術在火力發電電氣控制中的具體應用

2.1 建設具有通用價值的網絡結構

自動化技術應用在火力發電的電力控制中，是將在各行業已經成熟應用的網絡技術，通過技術優化，和火力發電進行有效融合，從而實現對發電廠工作進行網格化控制，并為發電廠建立起內部物聯網建設的基礎工作，可以讓發電廠后續運行以自動化模式高效運轉。而且，這種通用模式的網絡運行結構，所有電氣設備不再需要由一線員工進行手工操作，只需要在控制室中對各項設備運行狀態進行監督，利用自動化處理流程控制生產設備，如圖1所示。只要確保所有設備數據可以順利傳輸，無信號中斷即可。

圖1 火力發電廠的自動化控制室

2.2 讓生產鍋爐、機械設備、電力系統實現一體化管理

把自動化技術和電氣控制進行有效結合，可以讓火力發電廠當前所有運行組件以統一模式進行集中控制，真正實現生產鍋爐、機械設備、電力系統實現一體化管理。而且，這種管理模式還可以對發電廠的所有生產環節做到實時監控，對于所有運行組件進行高效的數據采集，配合科學數據分析，實現對生產設備的高效控制，確保整個火力發電系統可以安全運行。任何生產環節出現問題，系統都可以在第一時間通知維修人員，可以根據需求對故障進行人工或者自動修復，保證發電廠可以做到高效運行，大幅度提升發電質量[2]。而且，自動化技術也會以發電廠運行的所有工作環節當前運行需求，對于一些環節進行優化處理，避免在生產期間產生過多荷載，避免讓能源損耗過多的組件投入到生產過程中，實現組件控制室的合理精簡，讓火力發電廠運行模式可以做到簡潔化。

2.3 創新生產環節的保護工作

對于火力發電廠的常規保護模式，多是在生產設備出現超限報警時，立刻對報警部分進行連鎖脫機，避免影響其他生產環節?？墒?，這種保護模式偏向事后保護，僅能對機組設備起到控制負面損害，并不能實現完全保護，對于發電廠運營還會起到一定的負面影響。而將自動化技術投入到應用后，可以讓電氣控制進入一個新的水平，對于生產機組和發電廠的其他設備起到有效監控作用，讓設備的運行狀態可以做到實時監控。通過對現場運行設備模式產生的工作數據進行有效采集，并由計算機對數據做對比、分析。如果發現設備當前數據和正常運行模式差別過大，則會將其認定為“運行不穩定”。但凡進入這種狀態的設備，會立即向控制室管理人員進行報警，并對設備故障位置進行定位，讓維修人員可以立刻到達現場，處理設備問題[3]。確保設備損害可以在未發生之前就得到有效防范，起到設備防護效果，避免讓發電廠額外支出維修成本，實現生產環節的創新式保護。

2.4 科學控制電力資源生產過程中的故障

自動化技術通過火力發電廠的電力控制，對于所有設備當前運行模式展開全面監控，并對運行狀態進行評估。如果發現安全故障，可以更具故障規模提供兩種服務模式。第一種，故障范圍大，影響較為嚴重。在這種模式下，會通過報警、提示故障位置，讓維修人員處理問題；第二種，故障范圍小，并不會對當前電力資源生產產生過大影響，可以利用系統預先設置的修復模式，對于故障進行自動處理。同時，為維修人員提供故障提示，并說明故障發生時間、位置、如何處理、當前運行狀態等信息，維修人員可以根據故障情況，到故障發生點進行再次檢查，并不需要對故障做過多處理。利用自動化技術，極大提升生產過程中各類設備故障處理效率，避免讓設備出現損毀，對火力發電廠造成嚴重損失。

2.5 讓生產設備可以做到自動化檢測

通過自動化技術，可以對火力發電廠的電氣控制起到升級效果，保證電網以及生產機組都可以得到自動化檢測服務，進而實現對發電廠整個生產系統展開有效檢測，對故障起到提前預警效果，由計算機負責對所有生產設備進行檢測，并對設備的工作狀態進行監控。通過對設備運行狀態的實時對比，分析整個生產系統可能存在的安全隱患，并對系統做好運行評估工作。如果因為設備長期使用，出現內部零部件損耗，則會通知維修人員，及時更換設備部件，保證生產系統的所有設備都可以達到最佳運行狀態。避免因設備長時間使用，提升系統的安全隱患。如果設備出現疑似問題，自動化技術也可以對設備近期運行模式做對比式處理，分析其在系統生產中是否產生和故障相似的信號，相較于人工檢測，可以穩定提升設備故障檢測的準確度。

3 自動化技術在火力發電電氣控制配置模式

3.1 I/O集中監控

I/O集中監控，即把火力發電廠的所有生產設備，以直接連接模式，匯總到總控制設備I/O，并通過電纜，讓其和DCS I/O構成一個結構完整，呈現閉合模式運行系統[4]。而AD處理的所有數據，將會傳輸給DCS，對設備運行數據做進一步內容分析，以發電廠運行狀態為準，對于設備的運行進行命令控制，保證發電廠當前投入應用的生產設備可以在得到實時控制，并在電氣控制中得到有效監督。相較于人工控制模式，I/O集中監控可以有效提升工作效率。如果生產系統中出現任何故障，都可以利用自動化技術對于系統高度敏感特性，迅速反應故障，提升故障處理速度。而且，該運行系統實際維護十分方便，并不會對過多生產設備產生關聯性，處理較為簡單。同時，系統使用應用難度不大，操作界面十分簡潔，可以通過各種操作模塊與文字介紹，迅速理解各種操作裝置具體意義，對發電廠的電氣控制并不會產生過多的成本支出。但是，這種配置模式有一個明顯缺點，如果火力發電廠的規模較大，涉及許多生產設備，造成實際監控范圍較大，各類設備交叉、重疊，導致線路在控制排列較為復雜，電纜擁有較大的鋪設工作量，且設備電纜數量多，極容易讓系統受到生產設備的電磁干擾，無法保證系統在電力資源生產期間保持良好的穩定性，也難以讓系統維持較高的可靠性。

3.2 遠程智能I/O

對于一些大型火力發電廠，一線生產區域和控制室擁有較大的距離，就可以應用遠程智能I/O控制模式。在生產現場設置AD轉換機柜，利用電纜，將其和后方的控制室進行有效連接，并通過網線、光纖等傳輸渠道，將生產設備當前運行產生的數據進行傳輸。既可以有效降低電纜實際投入量，避免在電纜支出方面產生過大資金浪費，也可以降低荷重，提升系統整體輕巧度。而且，這種模式操作相對簡單，控制人員僅需要進行一些基礎設備運行培訓、控制系統的理論學習等，即可投入工作中。其他內容則由員工利用閑暇時間學習，可以處理大部分系統運行問題。

3.3 現場總線控制系統

現在投入到火力發電站電氣控制有許多應用技術，例如通信技術、控制技術等，將自動化技術應用于電氣控制中，可以把這種控制技術進行有效融合，形成現場總線控制模式，對于I/O集中監控的DCS，其不具備電磁干擾能力的缺點有效避開，可是實現對生產所有設備進行實時控制，并從整個火力發電廠角度，對設備群以分散模式進行控制，網絡平臺對控制系統科學優化處理。讓生產設備可以形成拓撲管理，既可以做到高效管理，也不會因為其他設備出現故障，影響整個系統的正常運行。同時，現場總線控制系統實際能源支出相對較少，符合火力發電站的節能減排發展規劃，是我國火力發電行業主要研究方向。

4 結束語

雖然本文內容具有一定的實操價值，而優化策略也可以為自動化技術和火力發電相互結合摸索新道路。但是在實際應用時不建議將本文內容大篇幅挪用，需要以火力發電電氣控制實際情況為準，對于一些內容合理調整，讓理論內容可以和電氣控制有更好的融合，從而推動火力發電行業健康發展。