電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的應(yīng)用

倪 濤

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 黃岡 438002）

火力發(fā)電電氣自動化系統(tǒng)（簡稱為ECS）是現(xiàn)代電氣自動化領(lǐng)域中的新型技術(shù)，目前，電氣自動化已經(jīng)在火力發(fā)電中得到了廣泛的應(yīng)用，由于自身的特點和網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢，不僅能更好的促進火力發(fā)電的發(fā)展，還能提高發(fā)電廠的自動化水平，增強電氣自動化的穩(wěn)定性和先進性。

1 傳統(tǒng)DCS技術(shù)應(yīng)用時存在的障礙

發(fā)電廠廠用電氣自動化系統(tǒng)，簡稱EFCS或ECS，是發(fā)電廠自動化領(lǐng)域近年來興起的一個新的熱點。與發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）側(cè)重于熱工系統(tǒng)的監(jiān)控相對應(yīng)，EFCS側(cè)重于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的監(jiān)控；與發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)（NCS）側(cè)重于發(fā)電廠接入電網(wǎng)部分的電氣監(jiān)控相對比，EFCS側(cè)重于發(fā)電廠內(nèi)部，實現(xiàn)廠用電中低壓電氣系統(tǒng)的保護、測量、計量、控制、分析等綜合功能。

EFCS系統(tǒng)將原先各自獨立運行的6kV/10kV中壓系統(tǒng)及400V低壓系統(tǒng)中種類和數(shù)量眾多的繼電保護裝置、測控裝置、自動裝置等通過現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)聯(lián)結(jié)起來構(gòu)成系統(tǒng)，一方面，實現(xiàn)了與DCS系統(tǒng)的通信方式的信息交換，大大減少了DCS的測點投資和硬接線方式下的電纜投資，另一方面，通過網(wǎng)絡(luò)和后臺軟件，實現(xiàn)了電氣系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制、故障分析和運行管理，提高了整個發(fā)電廠的自動控制水平和運行管理水平。

（1）在電氣自動化系統(tǒng)中，電氣系統(tǒng)的電流電壓等早已實現(xiàn)了直接交流采樣，精度高、速度快、數(shù)字化；而DCS對電壓電流等需要通過變送器轉(zhuǎn)換后接入DCS，二次接線復(fù)雜，造價高，抗干擾性能差；

（2）由于DCS對電氣測點的限制，使電氣系統(tǒng)的許多應(yīng)用功能無法實現(xiàn)，如故障診斷、故障分析、經(jīng)濟性分析、定值管理等。從而無法提升電氣系統(tǒng)的運行管理水平。近年來，以現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)為代表的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在變電站綜合自動化系統(tǒng)的成功應(yīng)用，以及DCS系統(tǒng)硬接線方式缺點的逐步暴露，使得全面提高廠用電氣系統(tǒng)自動化水平的呼聲越來越高。從2000年以來，國內(nèi)國外一些電力自動化設(shè)備制造廠家和電力規(guī)劃、設(shè)計和使用和試驗部門一起積極探索，提出了多種EFCS方案，并在一些電廠進行了試驗，積累了寶貴的經(jīng)驗。這些方案的共同特點是：廠用電氣自動化設(shè)備通過現(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng)；電氣系統(tǒng)與DCS間采用通信加部分硬接線方式進行聯(lián)系以減少電纜數(shù)量；建立電氣后臺系統(tǒng)，規(guī)劃并逐步開發(fā)各種應(yīng)用軟件。

2 EFCS系統(tǒng)的構(gòu)成

(1)間隔層.該層主要是為了促進各種專業(yè)化功能的智能裝置的完成和完善，包括：廠用電中壓6kV/10kV系統(tǒng)系列保護測控裝置、廠用電低壓400V系統(tǒng)系列智能控制器及測控裝置、廠用電源快速切換裝置、低壓備用電源自投裝置、自動準同期控制裝置、小電流接地選線裝置、直流接地選線裝置等。通過各種職能軟件的開發(fā)促進系統(tǒng)的可操作性，有CPU、A/D、RAM、EEPROM、現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)對外通信接口等。

(2)通信管理層。這一層主要是網(wǎng)絡(luò)和通信的安全管理，完成上述的各種智能裝置、DCS系統(tǒng)、電氣后臺監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電廠其他智能設(shè)備、發(fā)電廠其他系統(tǒng)的通信。主要的通信方式還是以工業(yè)太網(wǎng)和現(xiàn)場總線，如PROFIBUS、CAN等，現(xiàn)代通信管理裝置已經(jīng)實現(xiàn)了不同現(xiàn)場總線接口標準的互聯(lián)以及不同通信之間的轉(zhuǎn)換。

（3）站控層。改成包括后臺監(jiān)控系統(tǒng)計算機硬件和各種專業(yè)應(yīng)用軟件，硬件有服務(wù)器、工作站等，應(yīng)用軟件包括SCADA（數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控）、廠用電抄表、錄波分析、電動機故障診斷等各種高級軟件或者基礎(chǔ)軟件，以及后臺系統(tǒng)與發(fā)電廠其他管理系統(tǒng)（如MIS系統(tǒng)）間的通信接口軟件。

3 創(chuàng)新電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的應(yīng)用

（1）統(tǒng)一單元爐機組。自動化技術(shù)在火力發(fā)電中應(yīng)該得到創(chuàng)新，實現(xiàn)機、電的一體化，逐漸實現(xiàn)火力發(fā)電廠機、爐、電一體化的單元制運行監(jiān)控的統(tǒng)一。那么火力發(fā)電中的集散控制系統(tǒng)（DCS）就能利用機、爐、電單元制的運行方式對整個發(fā)電機組的運行參數(shù)和狀態(tài)進行信息手機和分析，發(fā)揮火力發(fā)電機組的最大潛力，同時實現(xiàn)自身具備的控制功能，縮小控制室，簡化監(jiān)控系統(tǒng)，減少管理人員的工作負擔(dān)，提高工作進度，同時還能最大可能程度的降低造價；同時，統(tǒng)一單元爐機組也便于火力發(fā)電中電廠信息管理系統(tǒng)（MIS）的信息采集，加強火電電網(wǎng)的統(tǒng)一管理，完成中調(diào)AGC的相關(guān)指令和要求，提高電廠工作效率，讓電廠始終保持在最佳的工作狀態(tài)和獲取最大的經(jīng)濟效益。因此，統(tǒng)一單元爐機組有利于提高火電機組的監(jiān)控水平和自動化水平。

（2）創(chuàng)新控制保護手段。在傳統(tǒng)的火力發(fā)電形式中，主要采用的系統(tǒng)控制和保護手段為報警和連鎖，這種方式之恩你實現(xiàn)超限報警以及聯(lián)鎖跳機的波動性控制和保護。而電氣自動化技術(shù)可以通過計算機的計算和分析，實現(xiàn)對電氣自動化系統(tǒng)的運營檢測和故障診斷，提高火電設(shè)備的完善性，并減少故障發(fā)生，改變控制和保護策略，對與控制系統(tǒng)故障，防患于未然，保證電氣自動化系統(tǒng)能夠繼續(xù)保持運行狀態(tài)有著積極的意義。另外，通過電氣自動化系統(tǒng)還能從預(yù)防維護的被動和事故后維修轉(zhuǎn)化為預(yù)防維護的預(yù)知和設(shè)備維修的同時進行，全面提高火電發(fā)電的質(zhì)量和效率。

（3）實現(xiàn)電氣全通信控制。以我國火電發(fā)電的實際來看，火力發(fā)電廠的電氣自動化系統(tǒng)（ECS）還無法滿足集散控制系統(tǒng)（DCS）通過電氣自動化系統(tǒng)實現(xiàn)電氣全通信控制的方式，通信的速度和可靠性還存在問題，總體來說比較落后，電氣自動化系統(tǒng)（ECS）和集散控制系統(tǒng)（DCS）之間還存存留了一部分的硬接線。因此，要實現(xiàn)電氣的全通信，就必須處理好熱工工藝連鎖的問題，提高電氣后臺系統(tǒng)的實際應(yīng)用水平，在發(fā)電運行的基本階段進行實時監(jiān)控，實質(zhì)性地提高電氣自動化系統(tǒng)的控制邏輯、控制水平、自動化水平和運行管理水平。

4 現(xiàn)代自動化發(fā)電技術(shù)的成熟

（1）鍋爐汽包水位測量技術(shù)取得重大突破。秦皇島華電測控設(shè)備有限公司和淮安維信儀表有限公司經(jīng)過多年研究開發(fā)，推出了GJT-2000高精度、高可靠性的電極式汽包水位測量裝置、無盲區(qū)低偏差雙色水位計、汽包內(nèi)置式電極式水位測量裝置、多測孔接管技術(shù)等，并在研究汽包內(nèi)部汽水動力工況及取樣位置配置方面取得豐富經(jīng)驗。這些成果，標志著鍋爐汽包水位測量技術(shù)已經(jīng)取得了重大突破。但是，由于現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范，包括2001年國家電力公司發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)重大事故二十五項重點要求》，均建立在過去的汽包水位測量裝置和技術(shù)的基礎(chǔ)上的，因此，這些規(guī)程規(guī)范在一定程度上嚴重束縛著這些新技術(shù)的推廣應(yīng)用。目前，按上述技術(shù)，汽包水位計間偏差全程可以控制在30mm以內(nèi)，汽包水位保護可以從點爐開始可靠投入運行。特別是通遼電廠汽包內(nèi)置式電極式水位計通過長期運行(二年多)考驗，并通過鑒定，受到了高度的評價，它的成功有望率先在世界上使鍋爐汽包水位測量現(xiàn)場基準儀表取得突破。

（2）2SIS技術(shù)正走向成熟。SIS概念從十年前由我國專家首次提出后，經(jīng)過大討論、試點和逐步推廣應(yīng)用，目前已在三百多個電廠中推廣，在中國發(fā)展成為一個有幾十家公司組成的產(chǎn)業(yè)。雖然有些電廠由于選擇開發(fā)商不當(dāng)或本身管理跟不上而導(dǎo)致效果未能顯現(xiàn)外，大部分電廠均取得了不同程度的明顯效果。第一個SIS電力行業(yè)標準《火力發(fā)電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)技術(shù)條件》從2004年頒發(fā)以來，通過大量實踐，SIS技術(shù)又有了較大發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括單向物理隔離裝置防止“丟包”的技術(shù)等有了新進展，應(yīng)用功能不斷豐富和完善，實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可選范圍擴大，一些優(yōu)秀的國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫在市場競爭中脫穎而出，不少電廠也逐步形成了一套適應(yīng)SIS系統(tǒng)管理電廠實時生產(chǎn)過程的制度、方法和經(jīng)驗。

5 電氣自動化技術(shù)在火電廠常規(guī)控制中的運用

（1）就地控制。有一些發(fā)展規(guī)模較小的發(fā)電廠，它們在具體操作時所使用的設(shè)備較少，但仍然需要構(gòu)建一個綜合控制系統(tǒng)，如：鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等重要設(shè)備，都是需要綜合控制的。通過自動化技術(shù)能合理的綜合的使用設(shè)備，避免了由于設(shè)備單獨運行而帶來的不便。

（2）集中控制。火電廠比其它電廠的規(guī)模大，發(fā)電數(shù)量多，電廠內(nèi)的設(shè)備也較多，完善個設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)是管理工作的重點，這也是企業(yè)進行生產(chǎn)規(guī)劃的難點之一。自動化技術(shù)能把鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等合理搭配組合，對發(fā)電廠進行綜合控制，全面提高了設(shè)備的使用效率。

（3）自動控制。電氣自動化也會促進電能的自動化。如：計算機技術(shù)的發(fā)展減少了人力管理，而自動化的推廣，不僅提高了電廠管理的規(guī)范性，還維護了生產(chǎn)人員的安全，降低了電能生產(chǎn)的難度，提高了電能產(chǎn)量，讓電廠獲得更多的經(jīng)濟效益。

（4）故障控制。在發(fā)電過程中，設(shè)備難免會出現(xiàn)個各種故障，而電氣自動化技術(shù)在設(shè)備故障方面的控制也能起到關(guān)鍵作用。技術(shù)人員通過計算機建設(shè)在線監(jiān)測系統(tǒng)，對發(fā)電中的各種異常進行分析和解決，還能根據(jù)操作處理指令處理各種小故障。

6 結(jié)語

火電廠的電氣自動化運用，能提高火力發(fā)電系統(tǒng)管理的自動化和管理水平。自動化系統(tǒng)通過計算機、保護、測量、分層分布控制和通信技術(shù)，對火電廠的電力系統(tǒng)的運行進行保護、控制和故障處理，這無疑是一項綜合性的管理系統(tǒng)。充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后信息全面的優(yōu)勢，成功實現(xiàn)電氣自動化的使用，完成較為復(fù)雜的電氣運行管理工作。