火電廠熱工自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

【摘要】火力發(fā)電是歷史最為悠久，同時(shí)也是目前世界最主要的供電方式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活需要的電量日益增大，促使火電機(jī)組的容量不斷增加，參數(shù)不斷提升及以及自動(dòng)化的儀表和裝置不斷更新?lián)Q代，隨之而來(lái)的就是火電廠熱工自動(dòng)化的技術(shù)得到快速的提升。本文通過(guò)對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化概念、發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)今后火電廠熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展提供參考。

【關(guān)鍵詞】火電廠；熱工自動(dòng)化；DCS系統(tǒng)

現(xiàn)在，火電廠的熱動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成為大型發(fā)電機(jī)組中不可或缺的部分，而且火電廠的自動(dòng)化程度已經(jīng)成為一個(gè)火電廠現(xiàn)代化的衡量標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)火電廠的發(fā)展經(jīng)歷了發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量由小變大、參數(shù)由母管制到單元機(jī)組的歷史過(guò)程。現(xiàn)在，我國(guó)的電力事業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了大電網(wǎng)、大機(jī)組和高度自動(dòng)化的新紀(jì)元。

1.火電廠熱工自動(dòng)化的概念

火電廠的熱工自動(dòng)化指的是，依據(jù)我國(guó)的基本國(guó)情，以安全、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性為原則設(shè)計(jì)和應(yīng)用于火電廠熱力過(guò)程中設(shè)備的自動(dòng)測(cè)量、信息的自動(dòng)處理、設(shè)備的自動(dòng)控制、警報(bào)以及自動(dòng)保護(hù)等，在沒(méi)有工作人員的直接操控下，直接通過(guò)自動(dòng)化的儀表和相關(guān)控制設(shè)備自行完成對(duì)火電廠熱力過(guò)程的控制。熱工自動(dòng)化的應(yīng)用提升了火電廠的熱工控制的安全性、可靠性，同時(shí)，熱工自動(dòng)化的應(yīng)用降低了工作人員的勞動(dòng)量、節(jié)約了勞動(dòng)成本、提升了工作人員的工作環(huán)境質(zhì)量，大大增加火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

2.火電廠熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)的不斷完善，火電廠熱工自動(dòng)化主要表現(xiàn)為熱工檢測(cè)技術(shù)和火電機(jī)組主要控制系統(tǒng)DCS的廣泛應(yīng)用。

2.1關(guān)于熱工的檢測(cè)技術(shù)

對(duì)于溫度的檢測(cè)。SENSER（溫度測(cè)量傳感器）被廣泛應(yīng)用于火電廠的熱工測(cè)量控制系統(tǒng)中，SENSER是有熱電偶熱電阻和少量的其他熱敏材料（金屬膜水銀包等）等應(yīng)用于測(cè)量熱工溫度的一次元件。例如，300MW以上的火電機(jī)組都是采用將熱電偶熱電阻信號(hào)直接傳入數(shù)據(jù)庫(kù)，再經(jīng)火電機(jī)組控制系統(tǒng)的相關(guān)控制模塊，把信號(hào)轉(zhuǎn)換為適用于該系統(tǒng)的信號(hào)。每個(gè)不同的控制系統(tǒng)對(duì)熱電偶的冷端補(bǔ)償采取不同的控制方法，目前流行的集中方法是采取冷端補(bǔ)償器、利用恒溫箱和熱電阻測(cè)量接線盒里的溫度，通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)修正，然后將補(bǔ)償導(dǎo)線連入數(shù)據(jù)庫(kù)由火電機(jī)組控制系統(tǒng)的相關(guān)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

對(duì)壓力的檢測(cè)。傳感器是由具有應(yīng)變?cè)淼膹椈晒芎湍てM成，變送器則應(yīng)用的是位移或者電阻電容檢測(cè)原理，二次儀表多數(shù)字為數(shù)字顯示儀表。

對(duì)流量的檢測(cè)。絕大多數(shù)利用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件根據(jù)差壓原理進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于大型火電機(jī)組的主蒸汽流量的檢測(cè)，如果采用節(jié)流件對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)室，一般需要考慮壓力、溫度等相關(guān)因素，故多數(shù)采用測(cè)量氣機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力，然后通過(guò)相關(guān)公式導(dǎo)出數(shù)值。智能化的二次數(shù)字儀表會(huì)把密度等各個(gè)因素考慮其中，使流量的檢測(cè)更為簡(jiǎn)便。

對(duì)料位的檢測(cè)。對(duì)料位的檢測(cè)絕大多數(shù)采用根據(jù)差壓原理進(jìn)行壓力補(bǔ)償檢測(cè)的方法。但，電接點(diǎn)、云膜或清夜雙色水位計(jì)、工業(yè)電視等方法也仍在使用。

2.2關(guān)于火電機(jī)組主要控制系統(tǒng)DCS

圖標(biāo)1是火電機(jī)組控制系統(tǒng)DCS的示意圖，DCS系統(tǒng)被絕大多數(shù)火力發(fā)電廠所普遍接受并應(yīng)用。目前，DCS系統(tǒng)已經(jīng)成為大型火電機(jī)組的主要控制系統(tǒng)的主流。DCS系統(tǒng)的其應(yīng)用范圍快速擴(kuò)展、其功能也日益完善。DCS系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)的研究與發(fā)展基礎(chǔ)之上形成的，該系統(tǒng)是通過(guò)把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)）轉(zhuǎn)化成一個(gè)具有實(shí)時(shí)、可靠等特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，對(duì)火電機(jī) 組熱工過(guò)程的集中控制。

根據(jù)2004 年發(fā)布的Q/DG1-K401-2004《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）技術(shù)規(guī)范書(shū)》中規(guī)定，DCS系統(tǒng)的功能主要集中在數(shù)據(jù)采集和處理功能（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）和爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）這四項(xiàng)功能，但是，隨著DCS系統(tǒng)的使用范圍不斷擴(kuò)大和功能日趨完善， 該系統(tǒng)還在除硫除硝系統(tǒng)、空氣冷卻系統(tǒng)、大型循環(huán)流化床鍋爐等新興系統(tǒng)中得以應(yīng)用。可見(jiàn)，DCS系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性得到了廣泛的驗(yàn)證和認(rèn)可。

DCS系統(tǒng)有一下特點(diǎn)：

DCS系統(tǒng)的火電機(jī)組單元控制一體化。DCS系統(tǒng)中的順序控制系統(tǒng)SCS在功能上融入了電氣發(fā)變組和用電控制系統(tǒng)，以及DCS系統(tǒng)與其他氣筒的融合，形成了DCS對(duì)火電機(jī)組單元控制的一體化，使DCS系統(tǒng)逐漸走向完善。單元控制的一體化可以減少傳導(dǎo)信號(hào)的接口，這樣可以降低因?yàn)榫€路事故導(dǎo)致的故障率，同時(shí)也相應(yīng)的縮減了設(shè)備的種類(lèi)和數(shù)量、降低了設(shè)備維修和保養(yǎng)的成本。DCS系統(tǒng)的火電機(jī)組單元控制一體化的實(shí)現(xiàn)，是我國(guó)電力行業(yè)普遍應(yīng)用DCS系統(tǒng)的主要原因。

故障分散。DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)火電廠熱工控制的一體化，然而這也包括了DCS系統(tǒng)最顯著的弱點(diǎn)---故障集中。故障分撒的推出就是解決DCS系統(tǒng)中存在的故障集中的問(wèn)題。故障分散的工作原理是利用DCS系統(tǒng)中存在的大量的微處理芯片，每個(gè)微處理芯片負(fù)責(zé)各自不同區(qū)域范圍內(nèi)的控制任務(wù)，如果其中一個(gè)或者幾個(gè)微處理芯片出現(xiàn)故障，則不會(huì)影響到整個(gè)DCS系統(tǒng)的正常工作。

同時(shí)，DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在對(duì)火電廠熱工控制過(guò)程中參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)的管理，為管理者提供該設(shè)備性能、使用壽命等檢測(cè)功能。這些功能是傳統(tǒng)意義上的控制系統(tǒng)所沒(méi)有的功能。

3.對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的展望

3.1智能化是單元機(jī)組控制的發(fā)展方向

DCS系統(tǒng)的火電機(jī)組單元控制一體化在電力行業(yè)得到了普遍的應(yīng)用，然而，DCS系統(tǒng)的智能化卻在業(yè)界受到了嚴(yán)重的忽視。在其他行業(yè)中，與之相類(lèi)似的監(jiān)控系統(tǒng)的智能化軟件都得到了較好的運(yùn)用并取得了很好收益。筆者相信，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展、各個(gè)行業(yè)都為實(shí)現(xiàn)智能化付出不懈努力今天，我國(guó)火電廠單元機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)不會(huì)落在其他行業(yè)的后面，電力行業(yè)也逐漸認(rèn)識(shí)到智能化會(huì)給這個(gè)行業(yè)所帶來(lái)的預(yù)期收益，在未來(lái)的幾年中，實(shí)現(xiàn)信息智能化的儀表裝置和相關(guān)智能軟件會(huì)在電力行業(yè)中得到快速的發(fā)展和普遍的應(yīng)用。

3.2人工智能在火電廠熱工自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著模擬量控制系統(tǒng)的適用范圍、質(zhì)量的提升，今后可能會(huì)有大量的有關(guān)于人工智能的研究成果出現(xiàn)。模擬量控制系統(tǒng)從模擬階段正式步入實(shí)用階段。目前的溫度和壓力監(jiān)控系統(tǒng)僅以某一點(diǎn)的溫度和壓力作為其檢測(cè)的根據(jù)，忽略了整體的溫度、壓力和其他影響因素，使得檢測(cè)結(jié)果差強(qiáng)人意。相對(duì)于目前的技術(shù)水平，這個(gè)問(wèn)題是很難克服的，但隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，這些難題都可以通過(guò)對(duì)人工智能技術(shù)的應(yīng)用的到較好的解決。

3.3現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用

DCS系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)內(nèi)部某個(gè)微處理芯片的故障而對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的影響，同時(shí)，隨著相關(guān)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展和完善，DCS系統(tǒng)的安全性和可靠性隨之有較大提高。但是，雖然DCS系統(tǒng)是目前電力行業(yè)對(duì)線運(yùn)行機(jī)組的最主要的控制系統(tǒng)，但其檢測(cè)和執(zhí)行等現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)仍然采用的事模擬量信號(hào)，使得不能為工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)、維護(hù)以及管理提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考，極大的限制了對(duì)火電廠熱工過(guò)程的控制視野。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在解決了信號(hào)傳輸電纜數(shù)量冗余問(wèn)題的同時(shí)也保證了信號(hào)的質(zhì)量問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在電力行業(yè)的廣泛應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)火電廠熱工控制系統(tǒng)整體合理的分散為相應(yīng)的控制單元進(jìn)行運(yùn)作和管理，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)相互配合在增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化程度的同時(shí)，也更加有利于火電機(jī)組控制設(shè)備的檢測(cè)和維護(hù)，在很大程度上，加強(qiáng)了火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性、可靠性和實(shí)用性。

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