淺析火電廠熱工自動化的安全配置與技術(shù)改造

【摘要】DCS控制系統(tǒng)是火電機(jī)組的神經(jīng)中樞，它的連續(xù)、可靠運(yùn)行是機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。隨著火電機(jī)組單機(jī)容量的增大、參數(shù)的提高，熱力系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。本文主要講述了DCS及其后備監(jiān)控設(shè)備配置和熱工自動化技術(shù)改造的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】火電機(jī)組；DCS分散控制系統(tǒng)

一、火力發(fā)電廠熱工自動化的概念

火力發(fā)電廠熱工自動化的主要概念是以火力發(fā)電過程中數(shù)據(jù)的測量、信息的處理、設(shè)備的自動控制、報警和自動保護(hù)為基礎(chǔ)，通過自動化系統(tǒng)的控制來達(dá)到無人操作的過程。在火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中為了使發(fā)電設(shè)備的安全有所保障，需要對設(shè)備進(jìn)行自動化控制，以避免重大事故的發(fā)生，同時也減少了一定的人力資源。一般的火電自動化系統(tǒng)都分為四個子系統(tǒng)，其中以自檢系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)為主。

二、DCS及其后備監(jiān)控設(shè)備配置

目前DCS不僅覆蓋了熱工自動化方面的所有功能，還包括了電氣監(jiān)控功能，后備監(jiān)控設(shè)備也幾乎全部取消。DCS安全技術(shù)包括兩個方面：（1）提高DCS可靠性，從源頭上減小DCS故障發(fā)生率，如提高DCS電磁兼容性、開發(fā)安全控制器等。（2）合理配置DCS及其后備監(jiān)控設(shè)備，減小DCS故障的影響程度。根據(jù)當(dāng)DCS故障時最大限度減小對機(jī)組安全運(yùn)行的影響這一指導(dǎo)思想，《火力發(fā)電廠熱工自動化安全技術(shù)指南》中提出一系列新的DCS配置要求。（1）對于循環(huán)水泵、空冷機(jī)組的冷卻水泵及儀用空壓機(jī)等重要公用系統(tǒng)（或擴(kuò)大單元系統(tǒng)），應(yīng)按單元或分組納入單元機(jī)組DCS中，以免因公用DCS故障而導(dǎo)致全廠或兩臺機(jī)組同時停止運(yùn)行。（2）控制器宜按工藝系統(tǒng)功能區(qū)配置。重要的多臺冗余或組合的輔機(jī)（輔助設(shè)備）應(yīng)按下列原則配置，以確保一對控制器故障不會造成機(jī)組被迫停止運(yùn)行：送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵和循環(huán)水泵等兩臺冗余的重要輔機(jī)及A、B段廠用電應(yīng)分別配置在不同的控制器中，但允許送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)等縱向組合在一個控制器中。（3）為了減少一對控制器故障對模擬量控制系統(tǒng)失靈造成的影響，重要模擬量控制回路應(yīng)適當(dāng)分散配置，影響同一重要參數(shù)的控制回路應(yīng)盡量配置在不同控制器中。（4）控制器（包括汽包水位控制器）的配置必須嚴(yán)格遵循重要保護(hù)和控制分開配置的獨立性原則。（5）DEH控制器應(yīng)按失電或故障時自動停止機(jī)組運(yùn)行的故障安全原則配置。爐膛安全系統(tǒng)（FSS）和汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）控制器在其繼電器執(zhí)行回路已按故障安全原則配置時，其跳閘輸出可按帶電動作原則配置。對于DCS后備監(jiān)控設(shè)備，也應(yīng)根據(jù)下述問題對目前的配置方案重新進(jìn)行思考：在DCS局部故障時能否維持短時穩(wěn)定負(fù)荷下運(yùn)行；DCS在發(fā)生全局性或重大故障而緊急停機(jī)過程中能否確保機(jī)組的真正安全。但對以上問題，系統(tǒng)分析和實踐都無法給出肯定無誤的回答。當(dāng)DCS發(fā)生全局性或重大故障時，目前機(jī)組配置的后備操作設(shè)備提供了發(fā)出停機(jī)、停爐，啟動交、直流潤滑油泵，打開真空破壞門等指令的手段，但停機(jī)、停爐是一個復(fù)雜的過程，需要進(jìn)行一系列操作，這將全部依賴獨立于DCS的保護(hù)和聯(lián)鎖回路去自動執(zhí)行。

三、熱工自動化技術(shù)改造

（1）機(jī)組穩(wěn)定在額定參數(shù)運(yùn)行所帶來的效益。由于分散控制系統(tǒng)（DCS）對機(jī)組運(yùn)行參數(shù)在線自動監(jiān)測調(diào)整，同時配合熱工現(xiàn)場設(shè)備的更新，使機(jī)組的調(diào)節(jié)品質(zhì)相對于原來人工手動調(diào)整或老式模擬儀表自動調(diào)整有了大幅度的提高，由此產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。（2）安全生產(chǎn)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。DCS的投入，使機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性得到提高，使得誤操作減少，故障分析速度加快，停機(jī)時間減少。汽輪機(jī)數(shù)字電液控制（DEH）系統(tǒng)保證了汽輪機(jī)運(yùn)行更穩(wěn)定，負(fù)荷響應(yīng)快，故障率低。一般2OOMW機(jī)組啟動一次需耗資幾萬元到十幾萬元，而延長停機(jī)時間影響電量的經(jīng)濟(jì)損失則更大，所以熱工自動化改造為安全生產(chǎn)所帶來的隱性經(jīng)濟(jì)效益是很難估量的，也是相當(dāng)可觀的。（3）減人增效。DCS/DEH系統(tǒng)的投入為實現(xiàn)單元機(jī)組真正的爐、機(jī)、電集控，即為機(jī)組長值班制創(chuàng)造了條件。從已改造的機(jī)組來看，運(yùn)行人員不僅勞動強(qiáng)度降低，而且監(jiān)管人員也減少。熱工專業(yè)的檢修人員也可以相應(yīng)減少。（4）降低檢修、維護(hù)費(fèi)用。（5）基于計算機(jī)技術(shù)的熱工自動化技術(shù)改造為火電廠管理和決策信息化奠定了基礎(chǔ)。對改造后可獲得的效益歸納為：節(jié)省燃料；提高鍋爐效率和整個機(jī)組的效率；雖然鍋爐出力有瓶頸，但仍能增加出力；因易于控制，可提高蒸汽溫度的平均值。其他方面的效益是，增加單元機(jī)組的可靠性和可利用率，降低維修費(fèi)用和改善設(shè)備性能；由于新的改進(jìn)，使得系統(tǒng)的校正和調(diào)整更容易；降低災(zāi)難性故障所帶來的風(fēng)險和改善人身安全；改進(jìn)了熱力循環(huán)性能；更好地利用機(jī)組出力；優(yōu)化蓄能和與其他各部門間更好地協(xié)調(diào)；質(zhì)量更穩(wěn)定；能量消耗降低；環(huán)境負(fù)擔(dān)降低；降低了人員費(fèi)用。