焦萬輝

【摘 要】火電廠是我國目前較為重要的供電企業(yè)，在電能供給中占有重要位置，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，火電廠熱工自動(dòng)化也得到了快速的發(fā)展，熱工自動(dòng)化裝置已然成為了大型發(fā)電機(jī)組的重要組成部分?；痣姀S熱工自動(dòng)化能夠有效保障發(fā)電安全，提高工作效率與機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，這對于火電廠發(fā)電有著重要意義。

【關(guān)鍵詞】火電廠；熱工自動(dòng)化；DCS

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)隨之得到快速發(fā)展。尤其熱工自動(dòng)化裝置已成為大型發(fā)電機(jī)組中非常重要組成部分，并且其自動(dòng)化程度也作為衡量現(xiàn)代化企業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)志。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展的同時(shí)人民生活水平的也在不斷提高，火電廠的發(fā)電機(jī)組由中小容量發(fā)展到大容量、高參數(shù)發(fā)展到單元機(jī)組，電力工業(yè)也隨著進(jìn)人大電網(wǎng)、大機(jī)組、高度自動(dòng)化的時(shí)代。

一、火電廠熱工自動(dòng)化現(xiàn)狀

當(dāng)前我國大部分的火電機(jī)組都是采用DCS程控系統(tǒng)，而隨著近幾年科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，DCS系統(tǒng)的應(yīng)用也愈加廣泛，火電廠熱工自動(dòng)化極大程度地方便了技術(shù)人員的操作，提高了發(fā)電的效率與安全性。就我國當(dāng)前火電廠熱工自動(dòng)化現(xiàn)狀來看，熱工自動(dòng)化主要體現(xiàn)在自動(dòng)檢測、自動(dòng)控制、自動(dòng)報(bào)警與自動(dòng)保護(hù)四個(gè)方面。DCS系統(tǒng)通過監(jiān)控整個(gè)過程的壓力、溫度與流量等熱力學(xué)參數(shù)，能夠有效監(jiān)督火電廠的運(yùn)行情況，同時(shí)為后期的自動(dòng)控制、事故分析與經(jīng)濟(jì)核算提供依據(jù)。此外系統(tǒng)中的自動(dòng)控制裝置能夠有效調(diào)節(jié)電廠熱工自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的設(shè)備運(yùn)行，確?；痣姀S機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)DCS系統(tǒng)在進(jìn)行自動(dòng)檢測時(shí)如果發(fā)現(xiàn)熱工參數(shù)出現(xiàn)異常，將發(fā)出信號(hào)報(bào)警，提醒相關(guān)人員及時(shí)處理異常情況。在熱工參數(shù)出現(xiàn)異常或是相關(guān)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，需要暫停設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，避免因設(shè)備運(yùn)行故障而引起安全事故。

二、熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成

1、DCS系統(tǒng)。把單元機(jī)組電氣發(fā)變組和高、低壓廠用的電源系統(tǒng)都納入到DCS的監(jiān)控中去，并且煙氣脫硝系統(tǒng)及汽機(jī)旁路系統(tǒng)的監(jiān)控也納入到機(jī)組DCS中去。可以在兩臺(tái)機(jī)組的DCS中間設(shè)置一個(gè)公用的網(wǎng)絡(luò)，與兩臺(tái)機(jī)組DCS的數(shù)據(jù)總線通過網(wǎng)橋聯(lián)接廠用電公用系統(tǒng)、空壓機(jī)房、燃油泵房等公用系統(tǒng)，從而接入DCS公用網(wǎng)絡(luò)。公用網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)DCS供貨商的經(jīng)驗(yàn)，來單獨(dú)設(shè)置操作員站，或者通過單元機(jī)組的操作員來對公用系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)控。

2、輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。所謂輔助系統(tǒng)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，主要是采用可編程的控制器PLC+交換機(jī)+人機(jī)接口的方式，來在一定程度上滿足調(diào)試、安裝和初期運(yùn)行過渡的要求，并且按照“ 水、煤、灰”這三個(gè)點(diǎn)來設(shè)置調(diào)試的終端，隨著各種輔助系統(tǒng)的運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)就逐漸由地系的監(jiān)控變成控制室的集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的監(jiān)控系統(tǒng)。

3、煙氣脫硫系統(tǒng)。煙氣脫硫系統(tǒng)的控制點(diǎn)，主要根據(jù)工程的具體情況和業(yè)主的管理模式的喜好來決定，可以和除灰系統(tǒng)合并設(shè)置在電除塵控制室或除灰控制室，或與輸煤系統(tǒng)合并設(shè)置控制室。煙氣脫硫控制系統(tǒng)主要采用的是PLC和FGD2DCS來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，通過FGD2DCS/PLC的LCD及其鍵盤，并運(yùn)用地監(jiān)視和控制實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)設(shè)備的啟、停和正常運(yùn)行時(shí)的監(jiān)控。煙氣脫硫系統(tǒng)的監(jiān)視、報(bào)警等都是通過機(jī)組和硬接線盒機(jī)組DCS進(jìn)行有效的連接，從而保證了機(jī)組能夠正常的運(yùn)行。

三、火電廠熱工自動(dòng)化新進(jìn)展

1、電氣控制正納入DCS。分散控制系統(tǒng)DCS 在被火電廠采用后，大大提高了汽輪機(jī)和鍋爐的控制水平，然而仍然采用傳統(tǒng)的控制方式對單元機(jī)組進(jìn)行控制，將大量的模擬儀表光字牌和開關(guān)按鈕裝設(shè)在控制盤臺(tái)上，這就使得控制室內(nèi)與汽輪機(jī)和鍋爐的DCS 控制顯得很不協(xié)調(diào)，嚴(yán)重制約了火電廠自動(dòng)化的發(fā)展。在電氣控制中對DCS 的納入范圍，其主要是用于發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和主廠房內(nèi)的廠用電系統(tǒng)，它主要由發(fā)電機(jī)變壓器線路組、高壓啟動(dòng)/ 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(hào)測量所組成。將DCS 不斷納入保安電源系統(tǒng)、支流系統(tǒng)和不停電電源系統(tǒng)來進(jìn)行監(jiān)視。尤其在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、自動(dòng)準(zhǔn)同期和廠用電快速切換等方面更要重點(diǎn)考慮DCS 的納入。在國內(nèi)對于電氣控制DCS 的納入也有成功的經(jīng)驗(yàn)。

2、FCS，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)正取代DCS，某個(gè)局部的故障由于DCS 的納入而使得其對整個(gè)系統(tǒng)的影響較小，再加上不斷成熟的各種軟硬件技術(shù)，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，因此，自動(dòng)控制系統(tǒng)逐漸以DCS 為主流迅。然而，DCS 也有其有不足之處，DCS 不能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)對現(xiàn)場儀表的信息要求，使得控制過程視野受到限制，上位機(jī)系統(tǒng)功能的發(fā)揮也受到制約，因此，要求在上位機(jī)與現(xiàn)場儀表進(jìn)行數(shù)字通信，隨之就出現(xiàn)了FCS。

3、智能控制應(yīng)用增多?；痣姀S熱工控制理論經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和現(xiàn)在的智能控制理論，該理論是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)而建立起來的頻率特性、根軌跡等圖解解析設(shè)計(jì)方法，非常利于單輸入和單輸出系統(tǒng)，到目前為止仍然被廣泛采用。然而，系統(tǒng)內(nèi)部的變量在傳遞函數(shù)的方式下不能對其進(jìn)行描述，而且初始條件影響也被忽略掉，因此，系統(tǒng)所有信息不能被全部包括在傳遞函數(shù)描述內(nèi)。智能控制理論的提出，不僅滿足了大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)控制的需要，并成為一種運(yùn)用高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制方法。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展，變革了控制技術(shù)的工具，從而確保了智能控制順利實(shí)現(xiàn)。智能控制作為一種全新的控制方法，它非線性、大時(shí)滯、變結(jié)構(gòu)和無精確數(shù)學(xué)模型對象的控制問題得到基本解決。

四、電力行業(yè)熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的未來發(fā)展動(dòng)向及前景

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)也越來越強(qiáng)，同時(shí)國家也不斷重視各工業(yè)企業(yè)實(shí)際發(fā)展進(jìn)程中對環(huán)境的影響?；痣姀S未來熱工自動(dòng)化的一個(gè)重要研究方向就是把模擬量控制系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)節(jié)范圍與各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)逐步提高。雖然現(xiàn)在已經(jīng)研究出了很多先進(jìn)技術(shù)，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、狀態(tài)預(yù)測等，但他們還不完善，在電廠中實(shí)際應(yīng)用的也不是很多，隨著未來我國電力行業(yè)各項(xiàng)競爭的不斷激烈，我們必須重視這些技術(shù)的應(yīng)用研究，讓它們真正服務(wù)于我國的電力建設(shè)。單機(jī)方式運(yùn)行是當(dāng)前我國AGC 機(jī)組主要的運(yùn)行方式，基于電網(wǎng)負(fù)荷存在變化頻率，變荷狀態(tài)成為了AGC 機(jī)組的常出狀態(tài)，這就要求對鍋爐的實(shí)際蒸汽壓力與溫度要不斷進(jìn)行改變，增加了各設(shè)備的操作量，這樣操作必然會(huì)嚴(yán)重影響到機(jī)組的使用壽命。隨著電力市場競爭的日益激勵(lì)，當(dāng)前各電廠都在努力降低自身發(fā)電成本，并且在最大限度的延長機(jī)組使用壽命，為此，我們可在電廠中配備分配全廠負(fù)荷的系統(tǒng)，通過電網(wǎng)調(diào)度部門全廠負(fù)荷指令的下發(fā)，借助全廠的負(fù)荷分配系統(tǒng)，綜合分析各機(jī)組的實(shí)際煤耗特性，科學(xué)，合理的安排各機(jī)組的運(yùn)行，最大限度的降低全廠的發(fā)電煤耗成本，進(jìn)而促進(jìn)電廠發(fā)電成本的降低。相信隨著電廠科技的發(fā)展，全廠負(fù)荷分配方式將會(huì)逐步取代單機(jī)AGC 方式。

總之，熱工自動(dòng)化裝置作為大型發(fā)電機(jī)組中至關(guān)重要的組成部分，其自動(dòng)化技術(shù)也成為目前全球發(fā)展最快、生命力最旺盛的技術(shù)和生產(chǎn)力之一，使得國際上大多數(shù)先進(jìn)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(dòng)化技術(shù)對于電力工業(yè)如此重要，因此，要求我國從事火電廠熱工自動(dòng)化的技術(shù)人員在提升自身素質(zhì)和技能的同時(shí)，也要密切關(guān)注國內(nèi)外自動(dòng)化技術(shù)的最新進(jìn)展，以推動(dòng)我國火電廠熱工自動(dòng)化的發(fā)展。

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（作者單位：赤峰熱電廠有限責(zé)任公司）