淺談火電廠集控運行技術的相關問題

摘要：隨著能源需求逐步提升，火電廠在電能供應中的作用越發明顯。火電廠設備眾多，傳統控制方式主要是以單獨控制為主，對電機、鍋爐和汽輪機進行分開控制。這樣的控制方式不僅會耗費大量的人力物力，而且控制效率低下。文章以集控運行的基本概念闡述為切入點，探討了傳統液壓保安系統的不足，分析了集控運行的設計與實現。

關鍵詞：火電廠；集控運行技術；電能供應；電機；鍋爐；汽輪機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2015）33-0105-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.056

集控運行相關技術較為成熟，我國火電廠主要以單元制模式居多。這種控制模式十分靈活，使用十分廣泛，但并非適用于每一類電廠，所以集控運行系統的設計仍然應該以整合DEH系統、DCS系統、調度系統等為主。

1 集控運行基本概念

傳統的火電廠控制模式主要是以單元控制為主，對主要發電設備進行單獨控制。這種控制方法受到了一定的技術限制，不能對發電設備統籌兼顧，從全局的高度出發進行控制。隨著相關技術不斷進步，各種自動化的控制系統逐步出現，比如DCS鍋爐汽機自動控制系統、DEH汽輪機電液控制系統、車間輔控系統以及信息管理系統等。這些自動化系統的出現，進一步提高了火電廠的控制工作能力。所以，集控運行就應該對這些系統進行整合，構建一主三輔的自動化集控系統。所謂一主三輔即是以DCS控制系統為主，DEH控制系統、電力保護系統以及車間輔控系統為輔。

集控運行可以整合火電廠的各類控制資源，從全局的高度出發，構建統一全面的集控系統，對火電廠發電生產的各個環節、設備進行集中控制，有效提升了控制的能力和效率。為保障火電廠的正常、高效、穩定、安全運行，起到了十分重要的作用。

2 傳統液壓系統存在的不足與集控系統的需求

2.1 傳統液壓系統的不足

全液壓系統是火電廠以往的控制系統，其轉速不夠穩定，也無法實現全閉環控制。由于自動化已經成為火電廠控制的基本要求，全液壓系統已經在很多方面表現出了不足之處：（1）用于全液壓系統測量轉速的設備是脈沖泵，其主要是對轉速信號進行監測，轉速的二次方和脈沖油壓表現出正相關的關系。但是，在實際測量過程中，在低轉速情況下，脈沖油壓值接近零，導致閉環控制無法得以實施。（2）油動機中彈簧鋼度會被其位置和空間尺寸影響，不能對滑閥形成的摩擦進行有效克服，致使油動機無法靈敏地反映出摩擦情況。（3）在全液壓系統中，如果脈沖油壓發生降低的情況，則可以說明汽門是處于打開的方向；當脈沖油壓逐漸增大時，則說明汽門正在逐步趨向關閉。所以，如果存在油管破裂、墊片損壞等問題導致出現漏油情況，那么此時的脈沖壓力會逐步減小，打開汽門的操作是不符合安全原則的，反而可能會引發一定問題。（4）全液壓系統和其他類型的液調系統在一定程度上相似，不能對電機功率、蒸汽壓力等進行閉環控制，也無法通過AGC控制器對發電過程進行自動控制。

2.2 集控系統的需求

集控系統是火電廠發展過程中的必然要求，對于火電站控制工作而言，集控系統需要具備四個方面的基本優勢：（1）自動化集控系統是在電網規模不斷擴大以及對電站運行要求逐步提高的背景下出現的，這就需要集控系統能夠符合大規模電網的運行實際，能夠有效提升自動化控制程度，減少人力投入。（2）集控系統可以對火電站的全部生產流程、生產設備進行集中控制，并且形成了統一的控制平臺，工作人員只需要通過控制平臺就可以對電網負荷進行預測，對可能發生的事故進行預防。在最大程度確保電網運行安全高效的同時，還可以有效縮減工作人員的工作量，提升工作效率。（3）集控系統從更高的層面對發電生產環節的設備進行了集中控制，通過多對一的控制模式，可以有效提升設備的控制效率、故障處置力度以及安全維護工作。通過集控系統，工作人員可以全面掌握發電生產設備的實時運行情況，并且按照相關要求進行及時調整，大幅提高發電設備的工作效率。（4）集控系統和調度系統應該保持一定獨立。由于二次變電設備不斷完善，其產生的信息量十分巨大，加之自動化發展要求，就致使其需要對相關信息進行更加大量的采集，建設完善功能的調度系統。所以，將集控系統和調度系統分別獨立，可以實現兩個系統運行高效。

圖1 集控系統示意圖

從圖1可以看出，集控系統包含的內容很多，可以在現有的控制系統基礎上進行優化改造，在最低的成本投入下實現集控運行。

3 集控運行設計與實現

3.1 DEH系統的改造設計

根據實際情況來說，DEH系統功能還存在一定缺陷或是不適合火電廠的生產實際，因此，可以利用一些輔助系統對其進行改造設計。DEH裝置主要是由軟件系統、控制柜和伺服系統三部分組成，其中軟件系統和控制柜都具有相應的標準，無法對其進行改造設計，所以只能對伺服系統進行改造設計以便達成實際使用目的。由于脈沖泵在DEH系統中存在一定的使用缺陷，因此可以使用磁阻發訊器來作為替代，以便實現全面高效的轉速測量。利用磁阻發訊器，其工作油壓可以達到14MPa，使用伺服油缸取代油動機，用DDV電液轉化器取代同步器、壓變器和啟動閥等來直接啟動伺服油缸。通過在油缸上安裝LVDT，可以實現位移反饋，以此產生電液聯動系統，并在系統中配置獨立油源。

3.2 DCS除氧熱網改造設計

為了完善相關功能，可以利用專有網絡ECS-100，將一臺操作員站泛指在值長操作臺，將其用作監視作用。其改造設計之后的系統圖如圖2和圖3所示。

圖2 主機網絡系統拓撲圖

圖3 鍋爐汽機DCS系統連接示意圖

圖2中，從左至右前三依次為1號鍋爐汽機控制站到3號鍋爐汽機控制站，最后為除氧熱網控制站通過加裝操作員站之后，可以實現對除氧熱網控制站的數據采集以及控制等，大大提升其相關性能。圖3為鍋爐汽機DCS系統中操作員網絡和主控柜的連接示意圖。

3.3 DCS鍋爐水位監測控制設計

鍋爐是火電廠發電生產中的關鍵性設備之一，其最重要的控制參數就是鍋爐水位。目前使用較多的水位控制方法主要是水位計和視頻監控聯合控制方法，通過脈沖信號和視頻信號，控制人員可以直觀清晰地對鍋爐水位進行監控。但是，這種控制方法并不符合遠程化和信息化建設的需求，并且可能受到人為因素的干擾從而產生較大誤差。

DCS水位監測設計的基本思路是對比多個水位信號，一般以三個為宜，如果三個信號都正常且處于合理范圍，則取三個信號的中值進行輸出；如果一個信號有誤，擇取另外兩個信號的平均值進行輸出；如果兩個信號有誤，擇取剩余的信號作為輸出。

3.4 DCS鍋爐水位自動控制設計

鍋爐運行是否正常和水位情況具有緊密聯系，傳統的水位控制方式主要是通過手動調節來加水和排水以保證鍋爐水位處于正常范圍。手動調節的方式精度很低，和DCS系統不能進行有機結合。而且人為因素對水位控制的影響很大，對鍋爐運行的安全存在不小的影響。

水位控制的設計思路是利用物質守恒的基本原理，進水總量應該與蒸汽和汽包水位總量達成平衡。如果進水量超出汽包水量，則需要縮減進水量；如果進水量低于汽包內水量，則應該提高進水量。此外，為了在某些情況下進行手動控制，可以在DCS系統中設置OFF，處于OFF狀態則可以進行手動控制操作。

4 結語

通過集控系統對火電廠的生產運行進行自動化控制，是其發展過程中的必由之路。實現集控運行需要結合火電廠現有的控制系統，整合各方資源進行改造設計，充分利用已經存在的控制系統實現集控運行。

參考文獻

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作者簡介：羅俊然（1985-），男，貴州遵義人，華能云南滇東能源有限責任公司滇東發電廠助理工程師，研究方向：火力發電廠集控。

（責任編輯：黃銀芳）