淺談自動控制技術在大型電廠中的應用

陳影

摘 要：該文主要對在電廠生產過程中的自動化控制技術進行了詳細的介紹，包括控制技術的特性和現狀等問題，并且對現場的控制技術如FCS、DCS等特性和存在的相關問題進行了詳細的分析描述，闡述了工業以太網技術的優勢以及應用目的，提出了一些建設電廠自動化控制技術的思路。

關鍵詞：汽輪機 自動控制 技術分析

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0044-01

汽輪機是一種將蒸汽的熱能轉變為機械功的外燃回轉式原動機。它的任務是把蒸汽的熱能轉換為機械能，再利用傳動機構拖動發電機發出電能。由于汽輪機的轉換效率較高，且能設計和制造出較大的功率，所以在火電廠里得到了普遍的應用。隨著計算機技術的發展及計算機在生產領域的普遍應用，當前新投運的汽輪機越來越多的采用了以數字式電子計算機為控制器核心的數字電液控制系統（DEH）。它由計算機控制部分和液壓執行機構兩大部分組成，是發電汽輪機組的專用控制設備，它包括了對汽輪發電機組的自動監測、自動控制、順序控制及自動保護四大功能，可實現發電機組的自動啟動、停機、功率頻率調節，實現遠方自動調度等功能。實現對汽輪機組的自動保護，使汽輪機自動控制水平由前一階段的單獨控制提高到機、爐、電協調控制及電網中心統一控制的高級綜合水平。汽輪機電液控制系統的出現，要求汽輪機運行人員和設備維護人員不僅要具有汽輪機原理和液壓調節系統方面的知識，而且還要具有控制原理、電子、計算機等方面的知識。

1 汽輪機自動控制機構的基本特性

1.1 控制系統的配備關系

汽輪機必須在配備了控制系統后才能保證工作安全和所發電能的質與量。在保持轉速基本穩定的前提下，汽輪發電機組的主力矩與汽輪機的進汽參數和排汽參數相關。如果汽輪機進汽的溫度、壓力和排汽的溫度壓力均保持不變，那么汽輪機組的主力矩，也就是發電功率基本上就只與汽輪機的進汽量成正比。當電力用戶的用電量增大時，汽輪機的進汽量就應增大，反之亦然。因此必須在汽輪機上安裝自動調節系統，利用汽輪機的轉速信號對汽輪機自動進行進汽量的調節，使其滿足實際運行的要求。

1.2 汽輪機轉速與所發電能頻率的關系

因為電能很難大量儲存，所以電力生產中對發電設備必須進行自動調節，以隨時滿足用戶對所發出的電能的量和質的要求。在此處量指的是電能功率的大小，質指的是電能的頻率與電壓（我國規定頻率變化在±1%以內，電壓變化在±6%以內）。電能的頻率與電壓這兩者都和汽輪機的轉速有關，電壓除取決于轉速外，還可以通過調節勵磁電流來控制，而頻率就直接取決于汽輪機的轉速。因為發電機是直接由汽輪機拖動的，所以汽輪機的轉速升高，電能的頻率就增高，汽輪機的轉速降低，電能的頻率也減小。發電機轉速與發電頻率有直接關系。

2 汽輪機自動控制技術系統的現狀

2.1 安全保護系統

汽輪機對于轉速、震動和油溫等參數都有嚴格的要求，要保證這種復雜的機械裝置的正常運行，必須有一套安全保護系統。還保護系統可以針對上述幾組參數進行設計。其實，作為一個有機整體，汽輪機本身具備一系列的安全保護措施，比如常見的危及遮斷裝置，該裝置能以機械的方式實現對汽輪機的超速保護。但僅有此類裝置是不夠的。為確保生產的安全可靠運行，該研究采用了一種新的汽輪機檢測保護控制系統，即：將DCS與DEH-NK結合起來，當DEH-NK數據不太重要的時，以通訊的方式將其傳輸至DCS系統；當數據很重要時，則采用硬接線的方式將其送入DCS，通過兩者使該控制系統形成一個有機整體。

2.2 自動發電控制系統

因為調速器通常為有差調節，所以對變化幅度較大、周期較長的變動負荷分量進行二次調整。其原理在于改變汽輪發電機組的出力以達到調頻目的。具體通過改變機組的同步器即通過平移調速系統的調節靜態特性來完成。

遙控自動控制，也可以由電網調度中心的能量管理系統來完成。人們通常將這種二次調整方式稱為自動發電控制（automatic generation control System，AGC）。

2.3 順序控制系統

順序控制系統指生產過程中的一系列操作，這一系列操作要符合生產工藝要求，要有計劃有步驟地進行。這種控制方式也稱程序控制。它主要在兩種情況下使用：主機或輔機的自動啟停程序控制，如汽輪機的自動啟停程序控制、磨煤機自動啟停程序控制；輔助系統的程序控制，如定期排污和定期吹灰的程序控制等。

2.4 數字電液控制系統

作為汽輪發電機組的重要組成部分，該系統既可以在機組啟停和故障時發揮控制和保護作用，也可以控制汽輪機轉速、功率及機前壓力。

2.5 監視儀表（TSI）和緊急跳閘系統（ETS）

汽輪發電機是一種大型機械設備，它通常在高速運轉的情況下工作，因而有嚴格的運行參數要求。必須對大軸的振動、位移、熱膨脹等參數進行精確測量和監視，因為它們會對直汽機的安全運行產生直接影響。要解決參數監測與處理相關的問題，可采取以微處理器為核心的汽輪機監控系統。

3 實現系統的開放

FCS指現場總線控制系統。與采用DCS代表模擬儀表相比，采用該系統取代DCS具有更大的經濟效益。具體體現在以下幾個方面：（1）通過該系統，可以將控制功能下放到現場，使信號傳輸變得更加準確、實時和可靠；（2）該系統只需一兩根電纜即可，節省了大量電纜；（3）無需I/O端子柜和控制柜，系統得到大大簡化，占地面積大大減少，設計、安裝、調試和維護工作量和費用都大大降低；（4）只有2根同軸電纜或光纜和幾根緊急停機開關的電纜進入控制室，這對防火和火電廠的安全運行十分有利；（5）現場總線通信協議國際標準化后，不同廠家的產品相互銜接變得十分容易。在現場總線技術的推進時間上，現在是用DCS取代模擬儀表時期，也是HART儀表的上升時期。工業生產的關鍵在于產品質量、產量和可靠性上，該研究者相信，FCS這種新型的自動控制裝置，能夠為工業生產帶來巨大效益，一旦現場總線國際標準出臺，它必然能得到廣泛應用。

4 結語

近年來，我國社會經濟發展非常迅猛，火力發電廠不斷得到完善。要確保機組的自動發電控制發揮正常功能，一個有效的控制系統是必不可少的。由于非線性、參數慢時變、遲滯并存大慣性等情況會對控制系統的設計和實現造成許多不利影響，所以單元機組協調控制系統將這些作為主要控制目標。某電廠300MW亞臨界參數燃煤機組并不能滿足電網的使用需要，其原因正在于鍋爐側汽壓對象存在很大的慣性，而原機組協調控制系統功能較差導致自動發電變負荷速率僅為有1%/min。所以，該文結合了狀態變量控制技術和相位補償技術對問題進行了分析，以緩解鍋爐的快速性及穩定性存在的沖突。

參考文獻

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