熱工控制與電氣控制的有效配合方案研究

王億，王慶友，邵力軍

（1.中油電能氣電公司；2.中油電能熱電二公司 黑龍江，大慶 163000）

從當前電廠運行模式來看，加快熱工控制和電氣控制的有效連接與配合是提升生產效率，保證運行穩定、安全的首要任務。在傳統模式當中，這兩種系統為獨立存在，從實際情況上看，只有當其進行密切、高效的配合時，才能夠最大程度上發揮出具體功效，整體上提高生產運行的自動化水平。

1 熱工控制和電氣控制的應用情況

電能的應用與生產都離不開電廠的穩定運行，其中各環節所實現的生產能力，直接影響電力供給穩定性與安全性能。同時對相關經濟發展起到一定作用。在電廠實際運行過程當中，系統設備工作情況的控制，大部分都是利用人工來完成，或者由電氣來對系統進行控制。而這兩個控制系統一直以來都劃分成為了兩個獨立性較強的系統，長時間保持單獨運行狀態，就算出現特殊情況時，這兩個系統之間也僅僅會進行一部分的配合，兩者關系遠遠達不到密切的程度。所以，想要保證上述兩個控制系統之間能夠有效配合，最大化的發揮出來二者功能，就需要實現電氣控制系統與熱工控制系統的密切融合，只有這樣，才能夠進一步加快電廠中自動化水平的提升，同時還能優化實際生產效率，給企業帶來更多的經濟效益。

實現熱工控制主要是DCS系統的應用，在該系統最早使用過程中主要的操作內容可分為四項：SCS、FSSS、MCS以及DAS。隨著電力行業的持續發展，電廠中很多大容量機組中的下屬控制系統已經投入使用了DCS系統，而且已經在脫硫、脫硝等過程中取得了良好應用效果。因此DCS系統的最大化使用、控制已經能夠成功實現。市場中有一部分電廠已經將用電系統和電氣組的多種控制工作加入到DCS里的SCS功能當中，這也讓ETS的控制功能很大程度上的被DCS系統所取代，完成DCS與DEH之間的高度融合。大力建設并利用一體化的熱工控制系統，進一步推動DCS技術在相關行業的發展。

當前電氣控制中的ECS系統是由單元機組和公用電氣兩個部分所組成的。這兩種組成部分所針對的方向與應用情況有所區別。通常情況下，其中的低壓分段設備、隔離開關、高壓及組斷路器都是利用單元機組所控制。同時在公用電氣環節，系統當中的控制范圍包含了變壓器、公用變分段開關、廠區開關等，還有有限電能的分支開關等環節。所以，想要保證其中熱工系統可以和電氣系統實現緊密的聯系，最方便的措施就是將電氣系統連接到熱工系統里。在實現電氣系統與熱工系統的高效配合時，一般采用的接入方式有三種，分別是硬接線方案、硬接線結合通信方案、保留硬接線結合通信方案。這幾種不同的接入方式，其所擁有的優缺點也有所不同，所以需要根據電廠實際運行情況，探究出應用效果最佳的接入方案。

2 實現熱工與電子控制的有效配合方案

2.1 硬接線方法

硬接線是指利用硬接線將電氣控制系統直接加入到熱工控制系統當中，能夠接入的信息包括開關輸入量、模擬量輸入信息等內容，其接入方式是利用空節點和直流信號。把電氣控制系統（ECS）直接融合到熱工控制系統（DCS）里，能夠有效利用其中的顯示裝置，從而完成對電氣設備信息的管理及調整。使用這一功能還可以保障電氣控制在運行時能夠具備更加高效的可靠性與安全性，實現熱工控制系統的控制范圍的也在逐步擴大，加快電廠中對機電系統一體化監控的落實。該方法的優勢相對比較明顯，在使用相應方案后的模件柜可以集中管理設置，后期開展維護與管理工作也會更加方便，為設備的良好運行提供基礎保障。除此之外，利用硬接線還能夠讓信號在傳輸過程減少不必要的復雜環節，提高現場信號反饋速度，具備較強的可靠性。在連接時，如果能夠優化電纜連接的穩定性，就可以減少對應故障出現的可能性，優化維護工作效率。

但在當前時代發展過程中，通過分析具體應用情況可發現，這種配合方案仍具有一定缺點，其前期的投入力度比較大，而且在施工過程時操作比較繁瑣，實際輸送信息數量不多，不具備良好的擴展效果。另外，這種方式還需要在用電回路里獨立設置表計，不能實現一體化抄表，信息自動化操作水平相對比較低，某些測點需重復配置、浪費資源。

2.2 硬接線與通信結合方法

在該種接入方式中，DCS系統仍然保留傳統設計的全部硬接線，而ECS系統為分層式結構，涵蓋了站控層、間隔層、通信層等。站控層中可以實現監控工作，還能夠給熱工控制系統創造更好的控制途徑。間隔層主要是由各種型號的測控裝置、儀表組成，用于數據采集上傳。而在通信層里，通信管理設備是關鍵組成設備，利用一定的通信協議和接口可以實現電氣控制和熱工控制的聯網合作。利用硬接線和通信結合的方法，熱工控制系統不用再對過多的設備進行配置就可以獲得更完善的數據信息，具有更好的可擴展性能。另外，不需要單獨設置電能表就可以實現信息的輸送，實現系統中的自動化抄表，同時還能夠提高電能計量的準確性。另外電氣系統有很高的自動化能力，能夠進行事故追憶、事故分析、避免誤閉鎖等操作，夠在實現遠程倒送長用電操作，自動化水平相對較高。但該方法也具有一定缺點，首先通信設備在實際通信時會受到一定制約，易發生故障，使整個系統通信的效果受到影響。相比較于直接的硬接線連接方案，該方法在數據信息運作、傳輸、應用時會發生很多的中轉環節，這就使得信息應用的可靠性以及時效性受到影響。其次，節點多而且比較分散，對于多臺機組，要按照分期方式建設，這對系統容量擴展方面有較高要求。除此之外，電氣控制系統中的站控層、通信層設備配置復雜，電廠的熱工控制系統在成本投入時，其中65～75%的資金使用在購買進口設備上，導致資金需求的提升，并不能有效降低成本。

2.3 保留硬接線與通信結合的方式

保留硬接線結合通信方式可以歸類成為軟信息和硬信息聯動接入的方法，即要求ECS系統的I/O信息以通信方式接入到DCS系統中，而其中關鍵設備依然保留DCS硬接線。之所以省略大量硬接線，是因為DCS系統主要關心的是汽機鍋爐的安全，而大量的電氣信息相對次要，因此廠用電可不再大量使用硬接線。利用這種方案，可保證電氣控制里的信息能利用通信途徑就直接傳輸到熱工控制系統里。由于一些設備使用硬接線的方式與熱工控制系統融合，所以能夠保證發生故障或停運的情況下，這些關鍵設備能夠及時得到啟停控制，進一步加強運行時的可靠性。而該接入方案可以使用間隔層中的保護測控設備實現組網操作，依照電廠中的自動化控制性能，保證開關量輸入、輸出、模擬量輸入等多種操作過程的重要環節可以與熱工控制系統里的控制器達成高效通信。保證電氣控制中的I/O能夠很好的參與到具體熱工控制過程當中，利用分散控制操作優化整體控制系統的穩定性。電氣控制中系統可以有效減少接線數量，確保熱工控制系統使用較少卡件，就可以有效節約電纜以及橋架的施工使用量，同時還能夠讓維護工作變得更加方便。利用此種接入方式，能夠給電氣控制系統和熱工控制系統之間的通信過程提供保障，使其得到更加全面、精準的信息，讓兩者運行過程中可以具備更好的協作性。

2.4 多種方案比較

目前三種方案中，顯然方案（2.3）要比方案（2.2）更加經濟，在穩定性影響不大的情況下，保留硬接線與通信結合方式更具有經濟優勢。結合一些實際工程案例進行分析，與硬接線方式相比較，我們發現保留硬接線與通信結合方式的DCS中I/O點可減少約1/3，這就減少了相應電纜及橋架數量，同時可以減去中、低壓開關柜中相應的變送器。在資金投入成本上，能夠有效減少投資成本，同時維護相對方便，在經濟性上更有優勢。

3 結語

綜上所述，純硬接線初期投入成本較高，經濟性較差，動工維護難度大、成本高，信息的利用率低，便捷性差，已落后，而使用留硬接線與通信結合方式將成為主流。對于使用通信方式，把電氣控制系統與熱工控制系統相融合，更加便捷高效，隨著相應技術逐步完善，設備可靠性增強，其優勢會愈發明顯，在未來研究與發展的空間較廣闊。