火電廠集控運(yùn)行及機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略研究

程曉東

(晉控電力塔山發(fā)電山西有限公司，大同 037000)

0 引 言

發(fā)電機(jī)組是整個電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行狀態(tài)對于整個電力系統(tǒng)有著十分重大的影響力。隨著科技和人民社會經(jīng)濟(jì)生活對電力的需求越來越大，為了滿足需求，發(fā)電廠的機(jī)組的規(guī)模也是越來越大，規(guī)模加大就意味著對于機(jī)組的負(fù)荷控制調(diào)節(jié)能力的需求也就越大，就必須對現(xiàn)有的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造創(chuàng)新，使得新的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能夠與龐大的發(fā)電機(jī)機(jī)組規(guī)模相匹配。

1 發(fā)電廠集控運(yùn)行系統(tǒng)

傳統(tǒng)的火電廠運(yùn)行是沒有一個統(tǒng)一的系統(tǒng)的，他的各個部分的控制系統(tǒng)都是相對獨(dú)立的，在運(yùn)行時(shí)，電力輸出控制、機(jī)組控制、火爐控制等環(huán)節(jié)缺少必要的聯(lián)系，使得電廠生產(chǎn)效率低下。

集控運(yùn)行系統(tǒng)(DCS)是火電企業(yè)高新技術(shù)，是基于高自動化實(shí)行的綜合性的控制系統(tǒng)。集控系統(tǒng)的核心是微處理器，主要組成部分有開關(guān)、變送器、CS系統(tǒng)、電纜以及盤臺設(shè)備等。復(fù)雜的組成部分造就的是其實(shí)時(shí)性高、存儲量大、安全性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢，再通過軟件來實(shí)施對各個部件的高度調(diào)配控制，大大地提高了火電廠發(fā)電生產(chǎn)效率，因此集控運(yùn)行系統(tǒng)在火電廠中得到了廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)代化的中大型火電廠目前均采用的是集控運(yùn)行系統(tǒng)，其具有豐富的控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)畫面顯示功能。不同的控制系統(tǒng)，需要顯示的畫面是不一樣的?？偟膩碚f，結(jié)合總貌、分組、控制回路、流程圖、報(bào)警等畫面，以字符、棒圖、曲線等適當(dāng)?shù)男问奖硎境龈鞣N測控參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)，是DCS組態(tài)的一項(xiàng)基本要求。此外，根據(jù)需要還可顯示各類變量目錄畫面、操作指導(dǎo)畫面、故障診斷畫面、工程師維護(hù)畫面和系統(tǒng)組態(tài)畫面。

2 集控運(yùn)行系統(tǒng)原理

相較于傳統(tǒng)的火電廠技術(shù)，集控運(yùn)行技術(shù)更能體現(xiàn)出現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝的數(shù)字化、集成化以及高自動化。他的主要核心是實(shí)施對火電廠生產(chǎn)線的集中控制和管理，生產(chǎn)線控制技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)功能提高火電廠生產(chǎn)的自動化水平，實(shí)現(xiàn)對大中型生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)監(jiān)控和在異常情況下人為操作的調(diào)節(jié)控制技術(shù)；生產(chǎn)線管理技術(shù)則是完善和提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，統(tǒng)計(jì)分析在集控運(yùn)行系統(tǒng)工作中的信息，指導(dǎo)集控運(yùn)行系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，預(yù)防生產(chǎn)事故的發(fā)生等技術(shù)的綜合統(tǒng)一。

3 火電廠集控運(yùn)行出現(xiàn)的問題

3.1 外部環(huán)境

火電廠集控運(yùn)行的外部環(huán)境包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的不停電電源、接地以及儀用氣源等，還有控制室以及電子室的環(huán)境，這些外部環(huán)境直接影響著整個集控運(yùn)行系統(tǒng)的安全性，然而在實(shí)際運(yùn)用中，這些問題往往都不被引起重視。

3.2 過熱汽溫控制系統(tǒng)問題

過熱汽溫控制系統(tǒng)的調(diào)整對于整個火電廠集控運(yùn)行系統(tǒng)有著十分重要的作用。超臨界直流爐和汽包爐對汽溫調(diào)整有著較大的區(qū)別，直流爐汽溫粗調(diào)指的是將水和煤的比例進(jìn)行更改調(diào)節(jié)，微調(diào)和細(xì)調(diào)采用的是一、二級的減溫水及煙氣擋板對過熱汽溫進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)；汽包爐利用一級減溫水進(jìn)行汽溫粗調(diào)，采用二級減溫水對汽溫進(jìn)行細(xì)調(diào)。在汽溫控制系統(tǒng)工作中，給汽溫控制帶來負(fù)面影響的主要因素有煤水的比例，過?？諝獾南禂?shù)，受熱面結(jié)渣程度，火焰的高度以及給水的溫度等。提高過熱汽溫控制質(zhì)量除了利用外界的因素來調(diào)節(jié)外，考慮參數(shù)整定是最直接有效的方法。

雖然過熱汽溫控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)知識比較完善且較容易實(shí)現(xiàn)，但在其部件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)依然存在著不少的缺陷，如外部因素影響和系統(tǒng)參數(shù)影響等，這些缺陷大大的影響了過熱汽溫系統(tǒng)的控制效果，因此，完善以及創(chuàng)新基礎(chǔ)理論知識，合理控制系統(tǒng)步驟及參數(shù)，促使系統(tǒng)工作結(jié)果符合相關(guān)工作要求，應(yīng)被相關(guān)工作人員引起重視。

3.3 主汽壓力控制系統(tǒng)問題

電力生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，目前火力發(fā)電生產(chǎn)方式已經(jīng)成為了我國主要的發(fā)電生產(chǎn)方式，經(jīng)過多年的實(shí)踐，直接能力平衡理論公式已經(jīng)成熟并被廣泛應(yīng)用在了主汽壓力系統(tǒng)中并以巨大的優(yōu)勢占據(jù)著相當(dāng)高的權(quán)重。

在一些協(xié)調(diào)系統(tǒng)中，間接能量平衡理論公式被應(yīng)用，但間接能量平衡理論公式無法做到協(xié)調(diào)系統(tǒng)的退位，因此，在協(xié)調(diào)系統(tǒng)退位時(shí)仍然采用直接能量平衡理論公式。一般采用控制進(jìn)入爐膛的煤粉量來達(dá)到控制主汽壓力的目的。

3.4 再熱汽溫系統(tǒng)的控制問題

再熱汽溫系統(tǒng)的控制難度要比過熱汽溫系統(tǒng)的控制難度要高上幾個檔次，相應(yīng)的，其控制過程也會變得十分的繁瑣，從技術(shù)角度來看，在火電廠集控運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行工作中，為了控制成本而采用減溫水來調(diào)節(jié)溫度，這與實(shí)際目的已經(jīng)南轅北轍，因?yàn)樵诩剡\(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)際工作中，這樣做反而會增加成本。

4 機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

4.1 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)的主要組成部分是服務(wù)端與客戶端，它可以對于兩端硬件環(huán)境進(jìn)行分析，科學(xué)合理地分配管理動作，從而達(dá)到降低集控運(yùn)行成本的目的。為了避免服務(wù)器出現(xiàn)故障后影響系統(tǒng)的運(yùn)行，所以需要設(shè)計(jì)兩臺服務(wù)器，在其中一臺服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)可以自動切換到另一臺服務(wù)器上以保證客戶端的正常運(yùn)行?？蛻舳说闹饕氊?zé)是給服務(wù)器傳遞信息以保證服務(wù)器能夠接收并完成客戶端的要求。這種架構(gòu)模式對于操作員的能力有較高需求。

4.2 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)的主要組成部分是系統(tǒng)服務(wù)，現(xiàn)場控制以及檢測控制，系統(tǒng)服務(wù)層的主要功能是連接監(jiān)控層的控制器和計(jì)算器，發(fā)送和接受信息，實(shí)現(xiàn)對冗余網(wǎng)的有效利用。現(xiàn)場控制層的主要功能是在與主控室相鄰的電子室內(nèi)安裝現(xiàn)場控制站DPU和數(shù)據(jù)采集站DPU，他們將信號接收到以后對其進(jìn)行邏輯運(yùn)算，將結(jié)果發(fā)送到現(xiàn)場執(zhí)行器。檢測控制層的主要功能是與服務(wù)器實(shí)時(shí)通訊，完成各種數(shù)據(jù)的傳輸。

5 優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

5.1 改變負(fù)荷調(diào)節(jié)器參數(shù)

負(fù)荷調(diào)節(jié)器雖然具有一定的調(diào)節(jié)作用，但系統(tǒng)有時(shí)會發(fā)生改變導(dǎo)致負(fù)荷調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)能力有限。負(fù)荷調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)是實(shí)際負(fù)荷與目標(biāo)負(fù)荷接近時(shí)，前饋信號就會結(jié)束動態(tài)過程。根據(jù)這一特點(diǎn)分析，改變負(fù)荷調(diào)節(jié)器參數(shù)就是彌補(bǔ)系統(tǒng)變化給負(fù)荷調(diào)節(jié)器帶來的負(fù)面影響的有效措施。

5.2 優(yōu)化給水工作

在電廠的實(shí)際操作中，一般由操作員手動偏置處理中間點(diǎn)溫度，但這種方式會由于人工操作不當(dāng)而造成無可避免的中間點(diǎn)溫度偏差，因此，在加上調(diào)節(jié)減溫水比例這一方法就可以有效的調(diào)節(jié)中間點(diǎn)溫度。

電廠的給水方式分為手動給水和自動給水。在手動給水模式中，水量的變化會引起主調(diào)節(jié)器參數(shù)的變化，中間點(diǎn)溫度也會引起定值的變化。在自動給水模式中，燃料量的變化也會引起水流量的變化，因此，控制水流量是優(yōu)化給水工作的關(guān)鍵。

6 結(jié)束語

由于人們對電力的需求越來越大，導(dǎo)致發(fā)電廠的機(jī)組規(guī)模越來越大，發(fā)電廠機(jī)組的負(fù)荷也越來越大，所以集控運(yùn)行和機(jī)組協(xié)調(diào)控制能力一定要跟上負(fù)荷所需，才能保證發(fā)電廠機(jī)組的正常運(yùn)行狀態(tài)。這兩個環(huán)節(jié)都是發(fā)電廠生產(chǎn)過程中的重要組成部分，研究二者的相互聯(lián)系并進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，會給我國發(fā)電事業(yè)帶來非常大的幫助。