電廠熱工自動化技術及發展趨勢

韓熠

摘 要：新時期電力行業面臨著新的發展趨勢，社會用電需求量大幅度增多給火電廠的電力生產造成了很大的壓力。電廠內部的熱控設備也開始出現不同形式的故障，嚴重制約了廠內熱能生產效率的提升。采用自動化控制技術指導熱工控制，可避免各種故障現象的發生，研究熱工自動化技術應用趨勢是極為關鍵的。

關鍵詞：熱工自動化；技術；發展

我國火力發電廠的熱工自動化技術近年來得到了非常迅猛的發展。其核心技術Distributed Control System（DCS）更是被我國發電企業所應用。DCS技術主要是通過設備的分散控制來達到數據和信息的自動化處理，在我國350MW以上的火電機組上應用較為廣泛，其經濟性和安全性被我國發電企業所認同。近年來隨著計算機軟件可視化效果的提高，DCS技術得到了極大的發展和應用，通訊接口的識別和管理系統數據的共享為火力發電廠的信息化處理提供了必要保障。同時DCS的分散控制也起到了非常好的效果。

1 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。

2 自動調節系統應用現狀

目前，國內幾乎所有的機組都采用了DCS控制系統。國外的系統運行可靠但價格昂貴；國內的系統價格低，但是運行和維護的工作量都比較大。根據國內的機組情況，從自動調節系統的角度，將國內機組的狀況歸納如下：

（1）機組、配套儀表設備、DCS系統、編制軟件都采用進口知名設備。國外的自動調節系統成熟完備，并且各種儀表、執行機構運行可靠，機構線性良好，各種參數設置合理。

（2）國產機組、進口儀表及設備、進口DCS系統，國內編制DCS程序。這一類企業往往采用國內專業的程序編制人員，比如熱工調試所等機構。他們也有著成熟的自動調節系統程序編制經驗，和相當的參數整定經驗。但是在系統編程和調試階段，有些時候相對粗糙。在以后的運行過程中，自動調節系統有可能存在一些問題。國產DCS系統，國內一些經驗不太豐富的人員編制的程序。這些企業存在的問題較多。設備之間的匹配不夠完善，閥門曲線不夠

合理，程序編制有可能會存在一些缺陷，參數整定也更為粗糙一些。不管什么樣的機組，他們的維護人員還是國內的。目前，國內的維護人員更偏重于對DCS系統的學習。國內各種論壇刊物上所發表的，也大多是對DCS系統的學習心得、應用經驗。很少有人去關注DCS程序的優化、參數的整定。因而造成了國內自動調節系統質量參差不齊、參數整定稍顯陌生的現狀。一般來說，所有國內企業的自動調節系統整體是比較可靠的。很少甚至不會出現汽包水位偏差過大，蒸汽超壓安全閥動作等極端的情況。但是，這不能說明自動調節系統是非常合理的。

自動調節系統存在著各種問題。這些問題有些是外在的，比如與設計煤種偏差大、設備之間匹配不夠合理、閥門或者機構曲線不夠理想等等問題。這些問題已然存在，很難改變。但是還有一些問題是可以努力的。

3 智能控制技術運用于熱工自動化

3.1 數據采集

采集火電廠生產數據的目的是為了分析機組運行的狀態，掌握汽輪機組及其連接設備是否處于正常狀況。智能控制技術是熱工自動化的多功能表現，實現了熱控設備的機械化、一體化操控。智能操控必須要有數據采集模塊作為輔助結構，及時獲取準確可靠的數據信息。目前，智能控制系統設置了自動采集模塊，技術人員事先將指令程序輸入設備，由采集模塊篩選實用性數據。

3.2 自動處理

控制系統所收集的數據并非完全適用于生產指導，自動處理模塊具有篩選、檢測、排查等作用，對控制系統存儲的數據詳細地處理。火電廠機組日常作業涉及到各種數據，如：熱力產量、電力流量、設備狀態等，數據處理模塊能夠根據熱控系統的要求，從類別、功能、安全等角度篩選出針對性的數據，這樣便可提高數據信息處理的效率，指導汽輪機組安全地操控。

3.3 安全監控

“安全生產”是火電廠生產電能的指導思想，社會各行業對電廠電能供應的需求量持續增多，汽輪機組及鍋爐設備的作業負荷大幅度增加，曲此引發了不同程度的安全事故。智能控制系統具有安全監控功能，有效監控了鍋爐爐膛的燃燒狀態，避免熱力能量的過度耗損。如：安裝智能監測儀，實時監控鍋爐爐膛的燃燒狀態，從溫度、熱量等標準反映出熱控設備的狀況。

4 DCS的主要發展方向

4.1 采用自律分布式的系統結構

自律分布控制系統是現代電廠熱工發展中的一項重要控制系統。該系統可以同時滿足自律可控性和自律可協調性的系統。所謂“自律可控性”是指，如果在該系統中的任何一個部件系統出現問題，那么其余的系統就能在自我保護的基礎上對自身的系統進行控制，而“自律可協調性”是指，任何系統出現問題時，企業的系統可以協調控制自身的工作狀態，并在工作中互相協調。

自律DCS與現有DCS有以下差別：現有的DCS主要有兩種類型，即層次分布型系統與水平分布型系統。當前者的上位子系統出現問題時，下位子系統無法實施調節，但下位子系統可以在一定范圍內進行局部控制，具有自律控制性，但缺乏協調性；后者的部分子系統停止工作時，其余的系統可以繼續工作，子系統的問題并不影響其余系統的工作狀態，但在這種情況下，系統彼此之間無法交換信息，無法實現彼此控制，所以，它具備協調性，缺乏控制性；而在傳統的集中式系統中，由于只有一個控制器，因此它既無自律可控性，也無自律可協調性。

4.2 EIC綜合技術

在以前的發電控制過程中，電氣控制裝置E（Eleetric）、儀表控制裝置I（Instrument）和計算機控制裝置c（Computer）都是彼此獨立的裝置，采取分別安裝的方式。在現代科技的支持下，國家開展了EIC綜合技術運用，將這三種裝置結合起來，并由DCS進行統一規劃和完成，這是DCS的未來發展方向。為了讓這個目標成為現實，對該綜合系統起到控制力的分布系統應具有相應的控制能力，即需要配套的硬件、軟件支持，同時還需要適合綜合系統組成的編碼。

4.3 過程控制儀表

隨著DCS的廣泛使用，常規的控制儀器的使用范圍大大縮小，特別是中央控制室的BTG盤上所裝設的指示儀表和記錄儀表的使用更是急速下降。目前在300MW以上大型機組上設置的儀器表已經縮小到29塊，并且不再安裝記錄表。隨著大屏幕IGS的應用，現代中央控制室將不再使用儀表盤。國外在這項技術的使用上已經有了一定經驗，今后過程控制儀表的主要發展趨勢是在FB支持下使用各種智能變送器和智能執行器，這些裝置不但可以實現各種復雜的互補，還可以往設備運行中以及停止運行時檢查到出現在系統中的問題，為儀器運行提供了一個安全穩定的運行環境。現代社會的發展越來越注重環境的保護，各種先進的監控發電廠污染物排放量的儀器日益增加，但這些設備的結構復雜，造價高昂，在實際使用和維護中都非常困難，同時，由于是新型技術，現階段還缺乏相應的技術人才，我國沒有則很重儀器的詳細介紹，國外的資料也十分有限，這些都影響了該設備的使用，不但浪費了國家的資金和人力，還會對環境造成威脅。可是國外卻很重視這種儀器的使用和維護，它已經成為發電系統內不可缺少的部件。

4.4 現場總線

采用現場總線FB也是DCS未來的發展方向。FB是由DCS所控制一條通信線路，它能排除干擾和免受不良影響。采用FB可將現場的所以智能設備，如智能變送器和智能執行機構全部統一連接到FB上。不僅減少r控制電纜的數量，還能減少因長線傳輸導致的信號不良和信號差異等問題。使用FB后，整個系統結構實現有有機的系統分散管理和運行，加強現場設備智能化運行，對發電控制設備的運行和維護都起到了積極作用。

總之，熱工自動化技術是電力企業改革的重點內容，只有依賴于先進的操控技術才能實現熱力生產效率的提高，為電能生產儲備更多的熱能。經過長期實踐的積累，我國對熱工自動化控制中的操控設備、智能理論、控制系統等有了深刻的認識，掌握熱控控制技術需依賴人才作用的發揮。重視高素質技能型人才的培養，督促電力人才增強職業素養的培養，能更好地服務于企業未來的發展。