火力發電機組集控運行技術應用研究

摘" 要：火力發電機組集控運行技術是提升機組運行安全性、經濟性、環保性的關鍵支撐。該文在梳理火電廠集控運行關鍵技術的基礎上，重點分析先進集控技術在提高機組運行安全性、負荷調節靈活性、優化經濟運行和降低污染物排放等方面的重要作用，針對集控系統互聯互通性不足、網絡安全防護薄弱、大數據分析應用不深入和專業人才缺乏等問題，提出完善標準規范、強化安全防護、創新數據分析和加強人才培養等建議，為推動火電廠集控運行技術應用實踐提供參考。

關鍵詞：火力發電;集控運行;分散控制;安全防控;智能優化

中圖分類號：TM621" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）11-0165-04

Abstract： The centralized control operation technology of thermal power generation units is a key support for improving the safety， economy， and environmental protection of unit operation. On the basis of sorting out the key technologies of centralized control operation in thermal power plants， this paper focuses on analyzing the important role of advanced centralized control technology in improving the safety of unit operation， load regulation flexibility， optimizing economic operation， and reducing pollutant emissions. Suggestions are proposed to improve standard specifications， strengthen security protection， innovate data analysis， and enhance talent cultivation in response to issues such as insufficient interconnectivity of centralized control systems， weak network security protection， insufficient application of big data analysis， and lack of professional talents. These suggestions provide reference for promoting the practical application of centralized control operation technology in thermal power plants.

Keywords： thermal power generation; centralized control operation; decentralized control; safety prevention and control; intelligent optimization

火力發電廠肩負著電力生產的關鍵任務，隨著電能需求的持續攀升和環保約束的不斷趨嚴，火電機組必須通過技術創新，不斷提升運行安全性、經濟性、環保性，更好地適應電力系統對電源的新要求。集控運行技術作為火電機組技術進步的重要方向，通過分散控制（DCS）、安全防控、智能優化等先進技術，能顯著提高火電機組的靈活性、經濟性，降低能耗物耗，對于保障火電機組安全、高效、清潔發展具有重要現實意義。

1" 火力發電機組集控運行的關鍵技術

1.1" 分散控制系統（DCS）

DCS是火電廠集控的核心和基礎，通過對鍋爐燃燒、汽輪發電、電氣系統等的精確控制和協調優化，確保機組安全穩定運行，現代DCS具有標準化、模塊化、開放性等特點，采用多級、分布式控制結構，實現跨系統的互聯互通和協同優化。

以某2×600 MW火電機組為例，應用ABB公司Symphony plus型DCS系統，通過對鍋爐燃燒過程實施精細化控制，優化燃燒器一二次風配比、爐膛溫度分布等參數。優化后，鍋爐的燃燒效率η提高0.52個百分點，燃料收入含熱量Qar=22.91 MJ/kg，過量空氣系數α降低0.08，飛灰可燃物含量Cf降低0.25%，鍋爐熱效率計算公式為

式中：hpy為主蒸汽焓;hgw為給水焓;Dpy為主蒸汽流量;Dz為再熱蒸汽流量;Bar為收到基燃料量。DCS優化控制后，鍋爐效率獲得明顯提升，燃料利用率更高，見表1。

1.2" 事故安全防控系統

事故安全防控系統能夠實現機組運行工況的實時監視和故障診斷，對異常數據進行采集分析，及時發現設備缺陷和故障征兆，有效防止事故發生或蔓延。某2×660 MW超臨界火電機組安全防控系統，基于大數據分析，建立了鍋爐水位、爐膛壓力等關鍵參數的正常工況模型，見表2，實時比對機組運行數據與模型偏差，及時預警異常工況，預警時間提前10 min以上，為機組安全控制提供了可靠依據。

1.3" 智能優化控制

智能優化控制在火電機組集控中的應用日益廣泛，特別是在燃燒優化、負荷調度、設備診斷等方面取得顯著成效，以燃燒優化為例，運用神經網絡等機器學習算法，通過對歷史燃燒數據的訓練學習，建立鍋爐NOx生成的預測模型，得到各工況下的最佳燃燒參數。

某330 MW機組采用支持向量機（SVM）算法，以負荷、煤質、爐膛出口煙氣溫度、過量空氣系數和燃燒器擺角等為輸入參數，建立NOx排放量預測模型

在不同負荷下，該模型預測的NOx排放量與實際值的相對誤差范圍為3.76%～6.19%（表3），平均誤差為4.72%，能較好地指導燃燒優化，將該模型嵌入DCS系統，實現在線動態優化控制，可使NOx平均排放降低28.6%。

2" 集控技術在提升火電機組運行水平中的作用

2.1" 提高機組運行安全性

事故安全防控系統是能夠智能感知危及機組安全的關鍵因素，可以自動采取緊急避險措施，最大限度減少事故損失。以汽輪機葉片失頻振動為例，國內某660 MW機組在安全防控系統投運前，曾多次發生由葉片斷裂引發的機組非停事故，平均每年非計劃停運時間超過200 h。在部署葉片失頻振動在線監測和防控系統后，通過對汽輪機轉子徑向位移、軸承振動等參數的實時采集分析，及時預警葉片開裂等缺陷，并啟動緊急停機保護，避免了斷裂事故的發生。表4展示了該系統對葉片裂紋的預警情況，可見預警及時率高、可靠性強。2年來，該機組再未發生因葉片斷裂導致的非停事故，年發電量提高4.2%，經濟效益顯著。

2.2" 提升機組負荷調節靈活性

DCS通過對鍋爐、汽輪機的協同控制，大幅提升了火電機組的負荷調節能力。以華能太倉電廠2×1 000 MW超臨界機組為例，在升級DCS負荷優化控制系統后，機組負荷響應能力和調節深度顯著提升。通過調節性能指標對比（表5），最小負荷由50%額定降至36%額定，爬坡速率Ru提高至8%/min。得益于靈活的調節能力，該電廠積極參與電網調峰，年調峰電量高達10.5×108" kWh，獲得調峰補償收益8 600萬元，實現了顯著的社會效益和經濟效益。

機組負荷調節速率Ru的計算公式為

式中：P1、P2分別為調節前、后機組負荷;t1、t2為對應時刻。

2.3" 優化機組經濟運行水平

通過智能負荷分配、燃燒優化等技術，集控系統可顯著改善火電機組的經濟運行水平。以某6×330 MW燃煤電廠為例，在部署DCS全廠負荷優化系統后，通過在線分析不同機組的能耗特性曲線，自動優化6臺機組的出力分配比例，使電廠始終在最經濟工況下運行。對比項目實施前后的主要經濟指標，供電煤耗、廠用電率等關鍵指標均獲得明顯優化，年節約燃料成本3 500萬元，見表6。

6臺機組的出力分配模型如下

式中：F為發電成本;ai、bi、ci為機組能耗特性系數;Pi為機組出力;Pload為機組總負荷;Pi，min、Pi，max分別為機組最小、最大出力。

2.4" 降低環境污染物排放

集控系統通過優化燃燒控制、污染治理設施運行等，有力支撐了火電機組的超低排放改造。某300 MW機組，在DCS系統中部署了SNCR（選擇性非催化還原）脫硝控制策略，根據入口NOx濃度和煙溫水平，動態匹配還原劑噴射量QN，控制模型如下

在鍋爐燃燒和脫硝系統協同優化后，機組NOx排放質量濃度由320 mg/m3降至48 mg/m3持續達到超低排放限值，脫硝系統氨逃逸量降低31.4%，催化劑年消耗降低15%。與此同時，通過燃燒優化，機組發電煤耗降低2.1 g/kWh，年節約標煤0.55×104 t，年減排CO2 1.48×104 t。該機組SNCR系統投運前碳后的環保指標對比，見表7。

3" 推進火力發電機組集控運行技術應用的建議

3.1" 完善集控系統標準規范，提升互聯互通水平

建立健全火電機組集控系統標準體系，制定DCS、安全系統、智能優化系統的接口規范和通信協議等標準，實現不同廠家系統的即插即用。加強集控系統標準的一致性，規范數據采集、通信協議等技術要求，提高互聯互通性。表8展示了火電機組DCS系統通信協議的標準化建議。深化行業協會在標準制修訂中的作用，加強標準符合性測試和認證，提高標準的權威性和執行力。

3.2" 加強集控系統網絡安全防護，提高本質安全水平

強化集控系統網絡安全防護，建立健全網絡安全管理制度，采取嚴格的身份認證和訪問控制措施，及時修復系統漏洞，開展網絡安全檢測評估。在關鍵系統之間部署單向網閘，防止橫向威脅擴散。定期開展網絡安全攻防演練，增強全員網絡安全意識和防范能力。

表9展示了火電機組集控系統的縱深防御體系框架，從物理安全、網絡安全、主機安全、應用安全和數據安全5個層面構筑全方位立體化的安全防護。

3.3" 深化集控系統大數據分析應用，實現智能化運維

加快集控系統數據采集、管理、分析平臺建設，構建全周期、一體化的數據分析應用體系。開發設備缺陷診斷、壽命預測、工況優化等智能應用系統，實現設備狀態的實時評估、故障的精準預警、運行方式的自動優化。打造集監測、診斷、預警、控制和優化于一體的智慧運維平臺。

某火電廠建設了集控系統全廠信息共享平臺，實現跨系統、跨專業的數據資源整合共享。基于該平臺，開發了設備預測性維護系統，應用大數據分析技術，提前預警設備故障，制定最優檢修策略。系統投運以來，設備故障預警準確率達85%以上，非停次數降低18%，檢修成本降低12%，指標效果見表10。

3.4" 強化集控運行技術人才培養，提升隊伍專業化水平

與高校共建集控技術專業方向，加強校企協同育人。依托VR/AR、數字孿生等新技術，創新集控人才培訓模式，開發沉浸式、交互式培訓系統。健全以崗位勝任力為導向的集控人才職業發展通道，為人才成長搭建廣闊舞臺。加強集控專業技能鑒定與認證（表11），建立科學規范的人才評價機制。

4" 結束語

集控運行技術是火電機組實現安全、經濟、環保和靈活運行的關鍵支撐，對推動火電產業轉型升級、高質量發展意義重大。隨著能源革命和數字化轉型的深入，集控運行必將朝著網絡化、智能化方向發展。以標準促互通、以安全固根基、以數據開新局、以人才育未來，加快推動集控關鍵技術創新突破、應用實踐，對于保障火電機組安全穩定運行、提升行業核心競爭力具有重要意義。面向2030年的遠景目標，集控運行技術應著力打造安全可靠、靈活高效、清潔環保和智慧創新的現代火電機組，為構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系提供堅實支撐，以智慧賦能、創新引領的火電高質量發展之路，續寫百年火電輝煌歷程。

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