自動化技術在火力發(fā)電電氣控制中的應用探討

陳國偉

神華準格爾能源有限責任公司矸石發(fā)電公司 內蒙古 鄂爾多斯 010300

引言

自動化技術可以通過實現(xiàn)智能化管理，提升制造業(yè)運營能力。尤其是像火力發(fā)電這種具有一定危險性、電力控制要求較高的制作業(yè)，具有更大的自動化技術應用空間，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸成為火力發(fā)電重要工具。為讓自動化技術和火力發(fā)電進行深度結合，需要對這方面應用展開更為詳細的研究。

1 將自動化技術引入火力發(fā)電中的意義

1.1 穩(wěn)定提高生產(chǎn)效率

將自動化技術應用在火力發(fā)電的電氣控制中，可以取代人工控制方法，從而規(guī)避以往人工不精確、不到位問題，讓電氣控制可以達到精準定位，正確無誤完成所有操作指令[1]。利用這種工作模式，可以大幅度降低在電氣控制中不確定因素，有效提升電氣控制工作效率，提高電氣控制質量，讓單位時間內的發(fā)電效率得到有效提升，并讓生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的余熱可以得到更高效回收與使用，從而降低化石能源的過度消耗，提升發(fā)電各個環(huán)節(jié)能量利用率。而且，自動化技術也可以讓發(fā)電方案和地區(qū)用電需求進行相互匹配。避免出現(xiàn)低效率發(fā)電，影響發(fā)電廠經(jīng)濟效益。

1.2 大幅度降低電力生產(chǎn)成本

火力發(fā)電是將富含高化學能的煤炭、石油作為生產(chǎn)原料，通過化學能轉化為熱能，再轉化為電能。在過去發(fā)電模式中，生產(chǎn)原料大多是以定量模式進行生產(chǎn)供給，沒有辦法通過地區(qū)的用電波峰波谷對原料進行科學調節(jié)，導致波峰生產(chǎn)電量時常發(fā)生無法供應用電需求，而在波谷生產(chǎn)的電量又會造成過大浪費。而且，大量的原料送入火力發(fā)電裝置中，也難以保證原料可以得到高效燃燒。在兩種因素共同影響下，造成電力生產(chǎn)成本普遍較高。而應用自動化技術后，可以及時檢測電網(wǎng)的波動情況，科學分析波峰波谷時間段，并利用電力控制對生產(chǎn)原料用量科學控制，提升燃料投入比例，確保燃料可以達到完全燃燒，降低原料的熱量過度損耗。既能讓發(fā)電廠降低能源消耗，提升原料利用效率，也能有效降低生產(chǎn)成本。

1.3 提升生產(chǎn)資源應用效率

自動化技術和電力控制相互結合，可以對發(fā)電廠所有應用設備、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的運行參數(shù)展開科學編制，并對電力資源生產(chǎn)進行精確控制，極大提升燃料配比效率。尤其是自動化技術可以實現(xiàn)7d×24h的時刻待機，極大解決人力資源長時間在一線工作的帶來的精神狀態(tài)下滑，避免出現(xiàn)控制問題。也可以根據(jù)設備的機械強度設置工作強度，提升生產(chǎn)設備每天工作效率，提升生產(chǎn)資源的利用效率。如果生產(chǎn)設備出現(xiàn)故障，也可以做到快速定位，為維修人員提供最佳解決故障的技術方案，避免因設備故障，影響電力資源正常生產(chǎn)。

1.4 對現(xiàn)有生產(chǎn)技術起到革新作用

自動化技術可以把自動控制、信息技術等進行集中式處理，極大提升發(fā)電廠科技水平，并為電力生產(chǎn)提供扎實的技術保障。提升單位時間內的電力資源生產(chǎn)效率，也讓發(fā)電獲得更高的安全系數(shù)，極大降低一線工作人員安全風險，降低工作強度，這對火力發(fā)電的技術革新具有重要應用價值。

2 自動化技術在火力發(fā)電電氣控制中的具體應用

2.1 建設具有通用價值的網(wǎng)絡結構

自動化技術應用在火力發(fā)電的電力控制中，是將在各行業(yè)已經(jīng)成熟應用的網(wǎng)絡技術，通過技術優(yōu)化，和火力發(fā)電進行有效融合，從而實現(xiàn)對發(fā)電廠工作進行網(wǎng)格化控制，并為發(fā)電廠建立起內部物聯(lián)網(wǎng)建設的基礎工作，可以讓發(fā)電廠后續(xù)運行以自動化模式高效運轉。而且，這種通用模式的網(wǎng)絡運行結構，所有電氣設備不再需要由一線員工進行手工操作，只需要在控制室中對各項設備運行狀態(tài)進行監(jiān)督，利用自動化處理流程控制生產(chǎn)設備，如圖1所示。只要確保所有設備數(shù)據(jù)可以順利傳輸，無信號中斷即可。

圖1 火力發(fā)電廠的自動化控制室

2.2 讓生產(chǎn)鍋爐、機械設備、電力系統(tǒng)實現(xiàn)一體化管理

把自動化技術和電氣控制進行有效結合，可以讓火力發(fā)電廠當前所有運行組件以統(tǒng)一模式進行集中控制，真正實現(xiàn)生產(chǎn)鍋爐、機械設備、電力系統(tǒng)實現(xiàn)一體化管理。而且，這種管理模式還可以對發(fā)電廠的所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)做到實時監(jiān)控，對于所有運行組件進行高效的數(shù)據(jù)采集，配合科學數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對生產(chǎn)設備的高效控制，確保整個火力發(fā)電系統(tǒng)可以安全運行。任何生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)都可以在第一時間通知維修人員，可以根據(jù)需求對故障進行人工或者自動修復，保證發(fā)電廠可以做到高效運行，大幅度提升發(fā)電質量[2]。而且，自動化技術也會以發(fā)電廠運行的所有工作環(huán)節(jié)當前運行需求，對于一些環(huán)節(jié)進行優(yōu)化處理，避免在生產(chǎn)期間產(chǎn)生過多荷載，避免讓能源損耗過多的組件投入到生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)組件控制室的合理精簡，讓火力發(fā)電廠運行模式可以做到簡潔化。

2.3 創(chuàng)新生產(chǎn)環(huán)節(jié)的保護工作

對于火力發(fā)電廠的常規(guī)保護模式，多是在生產(chǎn)設備出現(xiàn)超限報警時，立刻對報警部分進行連鎖脫機，避免影響其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)。可是，這種保護模式偏向事后保護，僅能對機組設備起到控制負面損害，并不能實現(xiàn)完全保護，對于發(fā)電廠運營還會起到一定的負面影響。而將自動化技術投入到應用后，可以讓電氣控制進入一個新的水平，對于生產(chǎn)機組和發(fā)電廠的其他設備起到有效監(jiān)控作用，讓設備的運行狀態(tài)可以做到實時監(jiān)控。通過對現(xiàn)場運行設備模式產(chǎn)生的工作數(shù)據(jù)進行有效采集，并由計算機對數(shù)據(jù)做對比、分析。如果發(fā)現(xiàn)設備當前數(shù)據(jù)和正常運行模式差別過大，則會將其認定為“運行不穩(wěn)定”。但凡進入這種狀態(tài)的設備，會立即向控制室管理人員進行報警，并對設備故障位置進行定位，讓維修人員可以立刻到達現(xiàn)場，處理設備問題[3]。確保設備損害可以在未發(fā)生之前就得到有效防范，起到設備防護效果，避免讓發(fā)電廠額外支出維修成本，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新式保護。

2.4 科學控制電力資源生產(chǎn)過程中的故障

自動化技術通過火力發(fā)電廠的電力控制，對于所有設備當前運行模式展開全面監(jiān)控，并對運行狀態(tài)進行評估。如果發(fā)現(xiàn)安全故障，可以更具故障規(guī)模提供兩種服務模式。第一種，故障范圍大，影響較為嚴重。在這種模式下，會通過報警、提示故障位置，讓維修人員處理問題；第二種，故障范圍小，并不會對當前電力資源生產(chǎn)產(chǎn)生過大影響，可以利用系統(tǒng)預先設置的修復模式，對于故障進行自動處理。同時，為維修人員提供故障提示，并說明故障發(fā)生時間、位置、如何處理、當前運行狀態(tài)等信息，維修人員可以根據(jù)故障情況，到故障發(fā)生點進行再次檢查，并不需要對故障做過多處理。利用自動化技術，極大提升生產(chǎn)過程中各類設備故障處理效率，避免讓設備出現(xiàn)損毀，對火力發(fā)電廠造成嚴重損失。

2.5 讓生產(chǎn)設備可以做到自動化檢測

通過自動化技術，可以對火力發(fā)電廠的電氣控制起到升級效果，保證電網(wǎng)以及生產(chǎn)機組都可以得到自動化檢測服務，進而實現(xiàn)對發(fā)電廠整個生產(chǎn)系統(tǒng)展開有效檢測，對故障起到提前預警效果，由計算機負責對所有生產(chǎn)設備進行檢測，并對設備的工作狀態(tài)進行監(jiān)控。通過對設備運行狀態(tài)的實時對比，分析整個生產(chǎn)系統(tǒng)可能存在的安全隱患，并對系統(tǒng)做好運行評估工作。如果因為設備長期使用，出現(xiàn)內部零部件損耗，則會通知維修人員，及時更換設備部件，保證生產(chǎn)系統(tǒng)的所有設備都可以達到最佳運行狀態(tài)。避免因設備長時間使用，提升系統(tǒng)的安全隱患。如果設備出現(xiàn)疑似問題，自動化技術也可以對設備近期運行模式做對比式處理，分析其在系統(tǒng)生產(chǎn)中是否產(chǎn)生和故障相似的信號，相較于人工檢測，可以穩(wěn)定提升設備故障檢測的準確度。

3 自動化技術在火力發(fā)電電氣控制配置模式

3.1 I/O集中監(jiān)控

I/O集中監(jiān)控，即把火力發(fā)電廠的所有生產(chǎn)設備，以直接連接模式，匯總到總控制設備I/O，并通過電纜，讓其和DCS I/O構成一個結構完整，呈現(xiàn)閉合模式運行系統(tǒng)[4]。而AD處理的所有數(shù)據(jù)，將會傳輸給DCS，對設備運行數(shù)據(jù)做進一步內容分析，以發(fā)電廠運行狀態(tài)為準，對于設備的運行進行命令控制，保證發(fā)電廠當前投入應用的生產(chǎn)設備可以在得到實時控制，并在電氣控制中得到有效監(jiān)督。相較于人工控制模式，I/O集中監(jiān)控可以有效提升工作效率。如果生產(chǎn)系統(tǒng)中出現(xiàn)任何故障，都可以利用自動化技術對于系統(tǒng)高度敏感特性，迅速反應故障，提升故障處理速度。而且，該運行系統(tǒng)實際維護十分方便，并不會對過多生產(chǎn)設備產(chǎn)生關聯(lián)性，處理較為簡單。同時，系統(tǒng)使用應用難度不大，操作界面十分簡潔，可以通過各種操作模塊與文字介紹，迅速理解各種操作裝置具體意義，對發(fā)電廠的電氣控制并不會產(chǎn)生過多的成本支出。但是，這種配置模式有一個明顯缺點，如果火力發(fā)電廠的規(guī)模較大，涉及許多生產(chǎn)設備，造成實際監(jiān)控范圍較大，各類設備交叉、重疊，導致線路在控制排列較為復雜，電纜擁有較大的鋪設工作量，且設備電纜數(shù)量多，極容易讓系統(tǒng)受到生產(chǎn)設備的電磁干擾，無法保證系統(tǒng)在電力資源生產(chǎn)期間保持良好的穩(wěn)定性，也難以讓系統(tǒng)維持較高的可靠性。

3.2 遠程智能I/O

對于一些大型火力發(fā)電廠，一線生產(chǎn)區(qū)域和控制室擁有較大的距離，就可以應用遠程智能I/O控制模式。在生產(chǎn)現(xiàn)場設置AD轉換機柜，利用電纜，將其和后方的控制室進行有效連接，并通過網(wǎng)線、光纖等傳輸渠道，將生產(chǎn)設備當前運行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行傳輸。既可以有效降低電纜實際投入量，避免在電纜支出方面產(chǎn)生過大資金浪費，也可以降低荷重，提升系統(tǒng)整體輕巧度。而且，這種模式操作相對簡單，控制人員僅需要進行一些基礎設備運行培訓、控制系統(tǒng)的理論學習等，即可投入工作中。其他內容則由員工利用閑暇時間學習，可以處理大部分系統(tǒng)運行問題。

3.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)在投入到火力發(fā)電站電氣控制有許多應用技術，例如通信技術、控制技術等，將自動化技術應用于電氣控制中，可以把這種控制技術進行有效融合，形成現(xiàn)場總線控制模式，對于I/O集中監(jiān)控的DCS，其不具備電磁干擾能力的缺點有效避開，可是實現(xiàn)對生產(chǎn)所有設備進行實時控制，并從整個火力發(fā)電廠角度，對設備群以分散模式進行控制，網(wǎng)絡平臺對控制系統(tǒng)科學優(yōu)化處理。讓生產(chǎn)設備可以形成拓撲管理，既可以做到高效管理，也不會因為其他設備出現(xiàn)故障，影響整個系統(tǒng)的正常運行。同時，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實際能源支出相對較少，符合火力發(fā)電站的節(jié)能減排發(fā)展規(guī)劃，是我國火力發(fā)電行業(yè)主要研究方向。

4 結束語

雖然本文內容具有一定的實操價值，而優(yōu)化策略也可以為自動化技術和火力發(fā)電相互結合摸索新道路。但是在實際應用時不建議將本文內容大篇幅挪用，需要以火力發(fā)電電氣控制實際情況為準，對于一些內容合理調整，讓理論內容可以和電氣控制有更好的融合，從而推動火力發(fā)電行業(yè)健康發(fā)展。