淺析火電廠熱工自動化的安全配置與技術改造

【摘要】DCS控制系統是火電機組的神經中樞，它的連續、可靠運行是機組安全經濟運行的重要保障。隨著火電機組單機容量的增大、參數的提高，熱力系統變得更加復雜。本文主要講述了DCS及其后備監控設備配置和熱工自動化技術改造的優勢。

【關鍵詞】火電機組；DCS分散控制系統

一、火力發電廠熱工自動化的概念

火力發電廠熱工自動化的主要概念是以火力發電過程中數據的測量、信息的處理、設備的自動控制、報警和自動保護為基礎，通過自動化系統的控制來達到無人操作的過程。在火力發電廠生產過程中為了使發電設備的安全有所保障，需要對設備進行自動化控制，以避免重大事故的發生，同時也減少了一定的人力資源。一般的火電自動化系統都分為四個子系統，其中以自檢系統、控制系統、報警系統、保護系統為主。

二、DCS及其后備監控設備配置

目前DCS不僅覆蓋了熱工自動化方面的所有功能，還包括了電氣監控功能，后備監控設備也幾乎全部取消。DCS安全技術包括兩個方面：（1）提高DCS可靠性，從源頭上減小DCS故障發生率，如提高DCS電磁兼容性、開發安全控制器等。（2）合理配置DCS及其后備監控設備，減小DCS故障的影響程度。根據當DCS故障時最大限度減小對機組安全運行的影響這一指導思想，《火力發電廠熱工自動化安全技術指南》中提出一系列新的DCS配置要求。（1）對于循環水泵、空冷機組的冷卻水泵及儀用空壓機等重要公用系統（或擴大單元系統），應按單元或分組納入單元機組DCS中，以免因公用DCS故障而導致全廠或兩臺機組同時停止運行。（2）控制器宜按工藝系統功能區配置。重要的多臺冗余或組合的輔機（輔助設備）應按下列原則配置，以確保一對控制器故障不會造成機組被迫停止運行：送風機、引風機、一次風機、凝結水泵和循環水泵等兩臺冗余的重要輔機及A、B段廠用電應分別配置在不同的控制器中，但允許送風機和引風機等縱向組合在一個控制器中。（3）為了減少一對控制器故障對模擬量控制系統失靈造成的影響，重要模擬量控制回路應適當分散配置，影響同一重要參數的控制回路應盡量配置在不同控制器中。（4）控制器（包括汽包水位控制器）的配置必須嚴格遵循重要保護和控制分開配置的獨立性原則。（5）DEH控制器應按失電或故障時自動停止機組運行的故障安全原則配置。爐膛安全系統（FSS）和汽輪機緊急跳閘系統（ETS）控制器在其繼電器執行回路已按故障安全原則配置時，其跳閘輸出可按帶電動作原則配置。對于DCS后備監控設備，也應根據下述問題對目前的配置方案重新進行思考：在DCS局部故障時能否維持短時穩定負荷下運行；DCS在發生全局性或重大故障而緊急停機過程中能否確保機組的真正安全。但對以上問題，系統分析和實踐都無法給出肯定無誤的回答。當DCS發生全局性或重大故障時，目前機組配置的后備操作設備提供了發出停機、停爐，啟動交、直流潤滑油泵，打開真空破壞門等指令的手段，但停機、停爐是一個復雜的過程，需要進行一系列操作，這將全部依賴獨立于DCS的保護和聯鎖回路去自動執行。

三、熱工自動化技術改造

（1）機組穩定在額定參數運行所帶來的效益。由于分散控制系統（DCS）對機組運行參數在線自動監測調整，同時配合熱工現場設備的更新，使機組的調節品質相對于原來人工手動調整或老式模擬儀表自動調整有了大幅度的提高，由此產生較好的經濟效益。（2）安全生產所帶來的經濟效益。DCS的投入，使機組運行的安全可靠性得到提高，使得誤操作減少，故障分析速度加快，停機時間減少。汽輪機數字電液控制（DEH）系統保證了汽輪機運行更穩定，負荷響應快，故障率低。一般2OOMW機組啟動一次需耗資幾萬元到十幾萬元，而延長停機時間影響電量的經濟損失則更大，所以熱工自動化改造為安全生產所帶來的隱性經濟效益是很難估量的，也是相當可觀的。（3）減人增效。DCS/DEH系統的投入為實現單元機組真正的爐、機、電集控，即為機組長值班制創造了條件。從已改造的機組來看，運行人員不僅勞動強度降低，而且監管人員也減少。熱工專業的檢修人員也可以相應減少。（4）降低檢修、維護費用。（5）基于計算機技術的熱工自動化技術改造為火電廠管理和決策信息化奠定了基礎。對改造后可獲得的效益歸納為：節省燃料；提高鍋爐效率和整個機組的效率；雖然鍋爐出力有瓶頸，但仍能增加出力；因易于控制，可提高蒸汽溫度的平均值。其他方面的效益是，增加單元機組的可靠性和可利用率，降低維修費用和改善設備性能；由于新的改進，使得系統的校正和調整更容易；降低災難性故障所帶來的風險和改善人身安全；改進了熱力循環性能；更好地利用機組出力；優化蓄能和與其他各部門間更好地協調；質量更穩定；能量消耗降低；環境負擔降低；降低了人員費用。