電氣自動化技術在火力發電中的創新與應用

摘要：我國電力行業主要采用大容量、高參數的火電機組作為主力機組，而在監控和管理方面也更加趨于網絡化和信息化。目前，我國的火力發電廠可以充分利用電氣自動化技術挖掘機組潛能，使得火力發電實現了機、爐、電一體化監控管理。文章分析了電氣自動化技術在火力發電中的應用，提出了電氣自動化技術在火力發電中的創新與應用。

關鍵詞：電氣自動化技術；火力發電；電力行業；火電機組；一體化監控管理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM92 文章編號：1009-2374（2015）25-0055-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.028

火力發電中的電氣自動化系統（即ECS）主要是實現對火力發電廠中電氣系統的自動化監控，其能夠有效地分析、保護以及控制發電廠內部用電中低壓電氣系統。在近些年來，ECS在發電廠電氣自動化領域中獲得了廣泛應用。在ECS系統中應用的電氣自動化技術可以充分利用其特有的網絡化以及信息化系統優勢，不但能夠促進火力發電廠電氣信息的廣泛應用，而且可以有效提升火電廠的自動化運行水平，從而實現更加安全、可靠的電氣控制。

1 電氣自動化技術在火力發電中的應用作用

1.1 可以優化配置火力發電資源

由于火力發電廠中的資源利用與配置情況會大大影響到火力發電的效率，因為如果電廠所采用的發電技術比較落后，無法充分利用相關的電力設備與發電原材料，甚至于存在嚴重的人力與物力資源浪費的情況，而且還無法及時地維修故障設備，這樣都大大影響了火力發電的進一步發展。然而在火力發電中應用電氣自動化技術以后，就能夠充分地利用各種發電資源，并且可以及時地發現與維修發生故障的設備，從而更好地實現設備的維護與修理。此外，電氣自動化技術還能夠實現人機操作模式，這使得各類發電資源能夠在人為操縱下充分發揮其最大效能。

1.2 可以提升火力發電效率

隨著社會的不斷發展和人們生活水平的不斷提高，人們的用電需求越來越多，而且對電力質量的要求也越來越高。于是，這也對火力發電廠的供電質量提出了更高的要求。因此，為了充分滿足人們日益提高的電力質量需求，火力發電廠也要不斷探索與研究，努力提升自身的發電效率與發電水平。在火力發電廠中合理地應用電氣自動化技術，可以借助精密化、自動化的設備，有效地優化現有的發電系統，進而提高系統的運行能力，大大提升發電廠的發電效率，提高火力發電廠的供電質量，從而充分滿足人們日益提高的用電需求。

1.3 可以降低發電成本

石油與煤是實現火力發電的必需原料，在以前根本無法實現兩種原料的充分燃燒與有效燃燒，這樣就會大大地增加發電成本，影響發電效率。而在火力發電中應用電力自動化技術以后，能夠實現石油與煤兩種原料的充分燃燒與有效燃燒，從而避免了不必要的浪費，有效降低了火力發電成本，提高了經濟效益。

2 電氣自動化技術在火力發電中的重要性

一直以來，火力發電廠都是利用集散控制系統（DCS）來控制機、爐系統，而隨著社會的不斷發展與科技的不斷進步，電廠的主控系統與管理信息系統一體化無縫連接必然會成為電廠管控系統的未來發展趨勢，而傳統火電廠中的集散控制系統在未來也一定會向這一趨勢發展。

通過控制方式對火力發電廠的主控系統進行分類，可以將其分為MCS、BMS、DEH、DAS以及SCS等系統與其他輔助系統，并且這些系統的控制操作都非常簡單。而利用電氣系統整合來實現控制能夠使得安全與保護裝置實現集控運行，如傳統的自動勵磁調節裝置（AVR）、電氣系統電源切換裝置（ATS）等，均與DCS間的信息交換與互訪量有限，進而會減少電氣自動化系統的信息反映量，繼而造成諸多信息，如測量與參數等不能得到有效體現，這樣就會增加操作難度，而當火力發電廠發生事故時，不能夠給予及時有效地解決、分析，因此，大大影響了火電廠運行的安全性與可靠性。

對此，火力發電廠應該改變其傳統的控制方式，例如可以在電氣系統中安裝大量的控制電纜與變送器，轉變硬接線的一對一采集電氣信號形式等。除此以外，在如今信息化技術不斷快速發展的今天，火力發電廠也要建立電氣系統的通信網絡，而且要借助于聯網等方式，實現信息多面化與多樣化的發展。因此，將電氣自動化技術應用在火力發電廠中，能夠大大地提升電廠電力自動化技術水平，有效增強電氣系統的管理能力以及運行能力，從而促進火電廠安全、穩定的運行與發展。

3 電氣自動化技術在火力發電中的系統配置創新與應用

在火力發電中電氣自動化技術的系統配置主要包括以下三種形式：

3.1 遠程智能I/O方式

遠程智能I/O方式是在數據采集非常集中并且距離控制非常遠的現場設立遠程I/O采集柜，利用硬接線電纜將現場的設備I/O信號與加采集柜連接起來，再利用雙絞線或者光纖將控制室DCS控制器主機柜以及加采集柜連接起來。遠程I/O具有很多優點，例如可靠性高、能夠節省大量電纜與安裝費用等。而智能遠程I/O還具有自檢、數據處理等功能，然而需要注意的是，即使采用遠程智能I/O方式，也不可以減少電量變送器、I/0卡件與模擬量卡件的數量。

3.2 I/O集中監控方式

此方式主要是利用電氣的各饋線在現場中設置現場設備I/O接口，然后再利用硬接線電纜將其集控室DCSI/O通道連接起來，再通過A/D處理以后，使其進入集散控制系統組態，從而實現集散控制系統對火力發電廠所有電器設備的實時監控。I/O集中監控方式具有運行維護好、速度反應快等優勢，可以有效地降低集散控制系統的造價。然而，因為所有的電氣設備都會進入到集散控制系統監控當中，因此，隨著監控對象的不斷增加，就會導致DCS主機冗余的逐漸下降，而由于受到控制樓面積較大及電纜數量大等因素的影響，可能會對集散控制系統的可靠性造成一定的影響。

3.3 現場總線控制系統方式

所謂的現場總線是網絡技術以及信息技術逐漸發展到現場及控制領域的體現，其3C技術的有機結合，而所謂的3C技術即為計算機技術、控制技術以及通信技術。現場總線是廢除了集散控制系統的控制站與其輸入/輸出單元，徹底改變了集散控制系統分散與集中相結合的集散控制系統體系，利用將控制功能有效分散至現場設備的方式，最終徹底地實現了分散控制。

4 電氣自動化技術在火力發電中的發展現狀

隨著科技的快速發展，電能逐漸成為一種當前人類的主要應用能源，而我國生產電能的主要結構基礎即為火力發電廠。因此，為了能夠有效提升電廠的自動化技術水平，提升其運行穩定性、可靠性及工作效率，就必須要將比較先進的電氣自動化發電技術合理地應用到火力發電中。

在電廠中的電氣自動化技術系統的監控裝置不但可以科學有效地監控、測量與保護交流采樣，而且還可以借助新型的計算機保護與監控，有效實現工業以太網及現場總線技術的網絡集成，促進電廠信息通訊以及數據采集的廣泛發展。

火電廠自動化技術主要包括通信層、控制層以及間隔層等，其采用分布分層的方式，科學合理地控制以及監視整個系統。其中控制層是其最核心的部分，其主要完成對系統數據信息的監控采集以及控制等工作，是其他兩層能夠實現互聯互通的保證。而間隔層主要包括智能設備與保護監控裝置這兩部分，其利用網絡等途徑可以有效實現與系統上層功能的數據溝通及互訪工作。電氣自動化技術在電廠中的監控技術有效實現了火電廠信息化的控制與管理，促進了發電機組的一體化運行水平，進而有效推動了電廠發電效率及其自動化水平的

提高。

5 電氣自動化技術在火力發電中的創新與應用

5.1 實現電氣全通信控制

通過分析可知，目前我國火電廠的電氣自動化系統還是不能夠充分滿足DCS利用ECS實現電氣全通信控制的模式，其系統的可靠性以及通信的速度還不夠完善，而且在DCS與ECS之間還存在一部分的硬接線。因此，為了能夠有效地實現火力發電廠電氣全通信控制模式，從而充分滿足DCS利用電氣自動化系統（ECS）實現對整個電廠單元爐機組運行參數的實時監控條件，進而有效提升電廠ECS的信息通訊速度與可靠性，必須要合理解決熱工工藝聯鎖問題。這是提升ECS后臺運行速度及其應用水平的重要保障，而且也是實現ECS與DCS互聯的必要條件。實現電氣全通信控制能夠真正地提升DCS的控制水平、自動化水平以及其運行管理水平等，從而真正地實現電廠的電氣全通性控制模式，進而有效促進電氣自動化技術在電廠中的廣泛、合理應用，有效推動火力發電廠的自動化水平與信息化水平。

5.2 統一單元爐機組

為了可以深挖單元爐機組的最大生產潛能，從而有效減少火力發電的造價成本，電廠充分將電氣自動化技術合理地運用在火力發電中，要努力將以往機、電控制一體化的模式逐漸轉變為機、爐、電一體化的單元制運行監控。只有這樣，電廠的DCS才能夠通過機、爐、電單元制的運行模式更加及時、準確地分析以及匯總整個火電機組的所有狀態信息及運行參數，并且可以利用火力發電廠的內部信息管理系統對電網的運行進行管理與監督，從而有效提高電網的運行穩定性，提高其工作效果，進而充分挖掘火電機組的潛力，充分發揮其控制功能，并且可以盡可能地縮小控制室，簡化監控系統，降低控制成本。而且統一單元爐機組也為電廠信息管理系統的信息采集提供了便利條件，進而有效提高了火力發電廠統一管理與統一運行的效率，使得電網能夠一直保持在最佳、最經濟的運行狀態，使得電廠的管理工作能夠高效、有序地進行。

5.3 構建通用網絡結構

火電廠電氣自動化系統是否可以正常運營主要取決于通用網絡結構的構建，這主要是由于在通用網絡結構構建成功的基礎上，才可以使得火電廠的管理人員能夠實時地監控現場發電設備參數，才可以有效保證電廠電氣設備控制裝置、管理系統及計算機監控系統間信息的通暢傳輸，從而實現整個電氣自動化系統的全面、有序實施，實現從辦公自動化到元件級別零件設備等的全部覆蓋。通用網絡的構建是實現監控信息系統（SIS）以及DCS等輔助控制系統合理、廣泛應用的重要基礎，同時也是促進電廠自動化水平及現代化水平不斷提高的重要途徑。因此，火電廠要不斷創新以及優化電氣自動化的應用，要選擇合適的網絡通訊產品，從而確保火力發電廠的管理人員能夠通過Internet/Intranet對火電廠的現場控制設備進行實時、有效的監督與管理，進而保證火力發電廠的生產與運營工作能夠順利地進行。

5.4 創新控制保護手段

在一般情況下，在傳統的火力發電中所應用的系統保護及控制手段常常是連鎖以及報警方式。但是這種報警方式只可以在出現連鎖情況時發生跳機或是在出現超限時發生報警，而這些保護及控制措施的作用是有限的，對于一些特殊情況，其無法做出及時有效的警報，無法采用科學有效的解救措施，因此會大大影響到火力發電工作的順利開展。而隨著電氣自動化技術的應用與創新，可以在火力發電中利用計算機的實時保護與控制技術，實現對電廠電氣自動化系統的故障診斷及運營檢測等操作，從而及時、自動地保護與控制系統故障，充分保證電氣自動化系統的安全穩定運行，促進電廠機、爐、電一體化網絡實時運行控制的實現，進而有效提升火力發電的工作質量與工作效率，提升火力發電廠的競爭力。

6 結語

總而言之，隨著電子信息技術與計算機技術的不斷發展，我國的電力產業也逐漸趨于網絡化與信息化。目前火力發電廠已經開始廣泛地應用電氣自動化系統，其中的電氣自動化技術可以有效挖掘機組潛力，有效實現電廠機、爐、電一體化運行。而DCS、ECS以及SIS等輔助控制系統的技術創新與應用，不僅有效提升了火力發電廠的運營管理水平，降低了運行成本，而且還可以有效提升電廠的工作效率。因此，電氣自動化技術在火力發電廠中的廣泛應用，是實現電力管理及生產自動化與現代化，促進火電廠良好生存與發展的有效手段，同時也是必經之路。

參考文獻

[1] 鄢利政.淺談火力發電廠電氣自動化系統的發展及應用[J].能源與環境，2013，5（9）.

[2] 王建峰.火力發電廠電氣自動化應用探討[J].科協論壇（下半月），2011，12（5）.

[3] 胡曉剛.電氣自動化技術在熱電（火力發電）廠中的應用[J].科技與企業，2013，17（8）.

[4] 夏誠.我國電氣自動化技術應用現狀及發展趨勢[J].科技資訊，2012，27（7）.

[5] 姜洪.電氣自動化在火電廠中的應用[J].黑龍江科技信息，2013，29（1）.

作者簡介：祁杰（1977-），男，內蒙古巴彥淖爾人，內蒙古國華準格爾發電有限責任公司工程師，工程碩士，研究方向：火力發電廠運行管理。

（責任編輯：陳 倩）