電力系統(tǒng)電氣自動化在火力發(fā)電中的應用與研究

馬彥平 周 健

（云南耀榮電力股份有限公司，云南 昆明 650000）

1 電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的基本作用

電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的基本作用是通過以監(jiān)視控制設備為主，數(shù)據(jù)交換信號反饋為輔助的自動化系統(tǒng)，監(jiān)控設備時以主接線圖，曲線等形式測量設備的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，并能及時的上報設備的警告信號、動作事件異常等情況，避免操作失誤和危險情況的發(fā)生。自動化系統(tǒng)還需提供出潮流13報表、電量日報表、設備啟停次數(shù)報表、和檢修報表等。電氣自動化系統(tǒng)的高級功能還提供很多特殊的數(shù)據(jù)反饋，例如利用測控裝置本身的計量功能或脈沖信號進行電量統(tǒng)計，定值的遠方修改在線自動效核，電氣主站系統(tǒng)的在線設備管理，故障診斷及電動機狀態(tài)檢修等。

2 電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的必要性

一般來說，傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠中的集散控制系統(tǒng)（DCS）主要是側(cè)重于對機、爐系統(tǒng)的簡單控制，而電氣系統(tǒng)的保護與安全裝置都可以基本實現(xiàn)獨立運行，諸如廠用電源切換裝置（ATS）和自動勵磁調(diào)節(jié)裝置（AVR）等都與集散控制系統(tǒng)（DCS）之間的信息互訪和交換量有限，對整個電氣自動化系統(tǒng)的反映信息量相對較少，也導致電氣系統(tǒng)的操作人員所關(guān)注的測量、參數(shù)等信息都無法在集散控制系統(tǒng)（DCS）中得到有效反映，這也就對電氣系統(tǒng)的操作人員運行系統(tǒng)造成了一定程度地不便，無法實現(xiàn)輕松、快捷、簡便的系統(tǒng)操作，非常不利于其對火力發(fā)電廠的事故進行及時地分析與解決。因此，為了提高火力發(fā)電廠中電氣系統(tǒng)的自動化水平，就必須改變傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)控制中對變送器和控制電纜大量安裝的情況，轉(zhuǎn)變過去硬接線一對一采集電氣信號的形式為現(xiàn)場總線技術(shù)和智能設備的結(jié)合形式，建立火力發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)通信網(wǎng)絡，充分利用其聯(lián)網(wǎng)信息多樣化和全面化的優(yōu)勢，進行電氣系統(tǒng)深層次的相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)火力發(fā)電廠中電氣系統(tǒng)的自動化，提高整個火力發(fā)電廠電氣自動化系統(tǒng)的運行和管理水平，這對于火力發(fā)電廠的長遠發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

3 電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的發(fā)展現(xiàn)狀

電力自動化技術(shù)在火力發(fā)電廠中的應用水平是隨著科學技術(shù)的不斷進步而不斷發(fā)展和提高的。電氣自動化系統(tǒng)的日新月異也為火力發(fā)電廠的數(shù)據(jù)采集和信息通信等開拓了新的技術(shù)發(fā)展領域。火力發(fā)電廠中電氣自動化系統(tǒng)的監(jiān)控裝置不僅可以實現(xiàn)對交流采樣的測量、保護和監(jiān)控，而且可以通過新型計算機的監(jiān)控與保護實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)與工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡形成。通常情況下，電氣自動化系統(tǒng)是由控制層、間隔層和通信層三大主要部分組成，并通過分布分層的方式實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)視與控制。下層的功能則可以擺脫對上層設備和網(wǎng)絡的依賴，而獨立實現(xiàn)。

4 創(chuàng)新電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的系統(tǒng)配置

電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的系統(tǒng)配置主要可以分為以下三種形式：I/O集中監(jiān)控方式、遠程智能I/O方式和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）方式。

4.1 I/O集中監(jiān)控方式

I/O集中方式。是將電氣的各饋線在現(xiàn)場設置現(xiàn)場設備I/O接口，通過硬接線電纜與集控室DCSI/O通道相連，經(jīng)A/D處理后進人DCS組態(tài)，實現(xiàn)DCS對全廠電氣沒備的監(jiān)控。這種監(jiān)控方式優(yōu)點是速度對應快、運行維護好、監(jiān)控站的防護等級低，從而使DCS的造價下降，但由于電氣設備全部進入DCS監(jiān)控，隨著監(jiān)控對象的大量增加使DCS主機冗余的下降，電纜數(shù)量巨大，控制樓面積大，長距離電纜引進的干擾可能影響DCS的可靠性。

4.2 遠程智能I/O方式

遠程智能I/O方式是在數(shù)據(jù)采集較集中月一離控制室較遠的現(xiàn)場設立遠程I/O采集柜（即現(xiàn)場A/D轉(zhuǎn)換機柜），現(xiàn)場設備I/O信號通過硬接線電纜與加采集柜相連，加采集柜與控制室DCS控制器主機柜通過光纖或雙絞線。遠程I/O具有節(jié)省大量電纜、節(jié)省安裝費用、節(jié)省控制樓面積、可靠性高等優(yōu)點智能化遠程I/O還可完成數(shù)據(jù)處理、自檢、自校正等功能。但I/O卡件、模擬量卡件及電量變送器還是不能減少。

4.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)方式

現(xiàn)場總線是當今3C技術(shù)，即通信、計算機、控制技術(shù)發(fā)展的結(jié)合，是信息技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展到控制領域和現(xiàn)場的體現(xiàn)?，F(xiàn)場總線廢棄了DCS的控制站及其輸人/輸出單元，從根本上改變了DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，通過將控制功能高度分散到現(xiàn)場設備這一途徑，實現(xiàn)了徹底的分散控制。

5 創(chuàng)新電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的應用

5.1 統(tǒng)一單元爐機組

創(chuàng)新電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的應用，實現(xiàn)由機、電控制一體化向火力發(fā)電廠機、爐、電一體化的單元制運行監(jiān)控方式轉(zhuǎn)化。這樣，火力發(fā)電廠中集散控制系統(tǒng)（DCS）可以通過機、爐、電單元制的運行方式對整個火電機組的所有運行參數(shù)和狀態(tài)信息進行匯總和分析，最大限度地挖掘火電機組潛力，并發(fā)揮其自身特有的控制功能，最大限度地縮小控制室，實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的簡化，也就能夠最大可能地降低成本造價。

5.2 創(chuàng)新控制保護手段

一般來說，在傳統(tǒng)的火力發(fā)電中所采用的系統(tǒng)控制和保護手段為報警和連鎖，僅僅只能實現(xiàn)超限報警以及聯(lián)鎖跳機的波動性控制和保護。而通過創(chuàng)新電氣自動化技術(shù)，可以通過采用計算機的控制保護技術(shù)，實現(xiàn)對電氣自動化系統(tǒng)的運營檢測和故障診斷等，從而提前發(fā)現(xiàn)火電設備的系統(tǒng)隱患，并改變控制和保護策略，采取諸如系統(tǒng)冗余等一些主動性控制和保護措施，對系統(tǒng)故障的范圍進行自動控制，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)。

5.3 實現(xiàn)電氣全通信控制

從目前的情況來看，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，其通信速度和系統(tǒng)可靠性還存在著一定的距離，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。要實現(xiàn)電氣全通信控制模式，就必須處理好熱工工藝連鎖的問題，提高電氣后臺系統(tǒng)的實際應用水平，豐富當前初級階段的基本運行監(jiān)視功能，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。

5.4 構(gòu)建通用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

通用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的構(gòu)建對于電氣自動化系統(tǒng)的成功運營有著非常重要的作用。火力發(fā)電廠應該創(chuàng)新電氣自動化技術(shù)的應用，選擇能夠?qū)崿F(xiàn)從辦公自動化環(huán)境到控制機直至元件級的整個電氣自動化系統(tǒng)范圍內(nèi)的網(wǎng)絡通訊產(chǎn)品，保證電廠管理層實現(xiàn)Intemet/Intranet對電廠現(xiàn)場控制設備的實時監(jiān)督，并確保電廠控制設備、管理系統(tǒng)和計算機監(jiān)督系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)信息傳輸暢通無阻，實現(xiàn)全集成自動化。

6 結(jié)束語

當前火力發(fā)電廠在電氣自動化系統(tǒng)（ECS）的應用方面也取得了較大的進步，最大限度地挖掘了火電機組的工作潛力，實現(xiàn)火力發(fā)電廠中機、爐、電一體化的單元制運行監(jiān)控模式，加強了獲利發(fā)電廠中電網(wǎng)的統(tǒng)一運行和管理，提高了系統(tǒng)工作效率、控制水平和自動化水平，降低了火電廠的成本造價，提高了火力發(fā)電廠的市場競爭能力。

[1]張擁軍，優(yōu)化火電廠自動控制系統(tǒng)的重要性及對策[J].中國集體經(jīng)濟，2009.

[2]馬文學、鐘漢樞、閆天軍，基于工業(yè)以太網(wǎng)的火電廠電氣自動化系統(tǒng)應用研究[J].機電工程技術(shù)，2005.