電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的創(chuàng)新與應用

摘要：我國電力行業(yè)主要采用大容量、高參數(shù)的火電機組作為主力機組，而在監(jiān)控和管理方面也更加趨于網(wǎng)絡(luò)化和信息化。目前，我國的火力發(fā)電廠可以充分利用電氣自動化技術(shù)挖掘機組潛能，使得火力發(fā)電實現(xiàn)了機、爐、電一體化監(jiān)控管理。文章分析了電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的應用，提出了電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的創(chuàng)新與應用。

關(guān)鍵詞：電氣自動化技術(shù)；火力發(fā)電；電力行業(yè)；火電機組；一體化監(jiān)控管理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM92 文章編號：1009-2374（2015）25-0055-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.028

火力發(fā)電中的電氣自動化系統(tǒng)（即ECS）主要是實現(xiàn)對火力發(fā)電廠中電氣系統(tǒng)的自動化監(jiān)控，其能夠有效地分析、保護以及控制發(fā)電廠內(nèi)部用電中低壓電氣系統(tǒng)。在近些年來，ECS在發(fā)電廠電氣自動化領(lǐng)域中獲得了廣泛應用。在ECS系統(tǒng)中應用的電氣自動化技術(shù)可以充分利用其特有的網(wǎng)絡(luò)化以及信息化系統(tǒng)優(yōu)勢，不但能夠促進火力發(fā)電廠電氣信息的廣泛應用，而且可以有效提升火電廠的自動化運行水平，從而實現(xiàn)更加安全、可靠的電氣控制。

1 電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的應用作用

1.1 可以優(yōu)化配置火力發(fā)電資源

由于火力發(fā)電廠中的資源利用與配置情況會大大影響到火力發(fā)電的效率，因為如果電廠所采用的發(fā)電技術(shù)比較落后，無法充分利用相關(guān)的電力設(shè)備與發(fā)電原材料，甚至于存在嚴重的人力與物力資源浪費的情況，而且還無法及時地維修故障設(shè)備，這樣都大大影響了火力發(fā)電的進一步發(fā)展。然而在火力發(fā)電中應用電氣自動化技術(shù)以后，就能夠充分地利用各種發(fā)電資源，并且可以及時地發(fā)現(xiàn)與維修發(fā)生故障的設(shè)備，從而更好地實現(xiàn)設(shè)備的維護與修理。此外，電氣自動化技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)人機操作模式，這使得各類發(fā)電資源能夠在人為操縱下充分發(fā)揮其最大效能。

1.2 可以提升火力發(fā)電效率

隨著社會的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們的用電需求越來越多，而且對電力質(zhì)量的要求也越來越高。于是，這也對火力發(fā)電廠的供電質(zhì)量提出了更高的要求。因此，為了充分滿足人們?nèi)找嫣岣叩碾娏|(zhì)量需求，火力發(fā)電廠也要不斷探索與研究，努力提升自身的發(fā)電效率與發(fā)電水平。在火力發(fā)電廠中合理地應用電氣自動化技術(shù)，可以借助精密化、自動化的設(shè)備，有效地優(yōu)化現(xiàn)有的發(fā)電系統(tǒng)，進而提高系統(tǒng)的運行能力，大大提升發(fā)電廠的發(fā)電效率，提高火力發(fā)電廠的供電質(zhì)量，從而充分滿足人們?nèi)找嫣岣叩挠秒娦枨蟆?/p>

1.3 可以降低發(fā)電成本

石油與煤是實現(xiàn)火力發(fā)電的必需原料，在以前根本無法實現(xiàn)兩種原料的充分燃燒與有效燃燒，這樣就會大大地增加發(fā)電成本，影響發(fā)電效率。而在火力發(fā)電中應用電力自動化技術(shù)以后，能夠?qū)崿F(xiàn)石油與煤兩種原料的充分燃燒與有效燃燒，從而避免了不必要的浪費，有效降低了火力發(fā)電成本，提高了經(jīng)濟效益。

2 電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的重要性

一直以來，火力發(fā)電廠都是利用集散控制系統(tǒng)（DCS）來控制機、爐系統(tǒng)，而隨著社會的不斷發(fā)展與科技的不斷進步，電廠的主控系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)一體化無縫連接必然會成為電廠管控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢，而傳統(tǒng)火電廠中的集散控制系統(tǒng)在未來也一定會向這一趨勢發(fā)展。

通過控制方式對火力發(fā)電廠的主控系統(tǒng)進行分類，可以將其分為MCS、BMS、DEH、DAS以及SCS等系統(tǒng)與其他輔助系統(tǒng)，并且這些系統(tǒng)的控制操作都非常簡單。而利用電氣系統(tǒng)整合來實現(xiàn)控制能夠使得安全與保護裝置實現(xiàn)集控運行，如傳統(tǒng)的自動勵磁調(diào)節(jié)裝置（AVR）、電氣系統(tǒng)電源切換裝置（ATS）等，均與DCS間的信息交換與互訪量有限，進而會減少電氣自動化系統(tǒng)的信息反映量，繼而造成諸多信息，如測量與參數(shù)等不能得到有效體現(xiàn)，這樣就會增加操作難度，而當火力發(fā)電廠發(fā)生事故時，不能夠給予及時有效地解決、分析，因此，大大影響了火電廠運行的安全性與可靠性。

對此，火力發(fā)電廠應該改變其傳統(tǒng)的控制方式，例如可以在電氣系統(tǒng)中安裝大量的控制電纜與變送器，轉(zhuǎn)變硬接線的一對一采集電氣信號形式等。除此以外，在如今信息化技術(shù)不斷快速發(fā)展的今天，火力發(fā)電廠也要建立電氣系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，而且要借助于聯(lián)網(wǎng)等方式，實現(xiàn)信息多面化與多樣化的發(fā)展。因此，將電氣自動化技術(shù)應用在火力發(fā)電廠中，能夠大大地提升電廠電力自動化技術(shù)水平，有效增強電氣系統(tǒng)的管理能力以及運行能力，從而促進火電廠安全、穩(wěn)定的運行與發(fā)展。

3 電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的系統(tǒng)配置創(chuàng)新與應用

在火力發(fā)電中電氣自動化技術(shù)的系統(tǒng)配置主要包括以下三種形式：

3.1 遠程智能I/O方式

遠程智能I/O方式是在數(shù)據(jù)采集非常集中并且距離控制非常遠的現(xiàn)場設(shè)立遠程I/O采集柜，利用硬接線電纜將現(xiàn)場的設(shè)備I/O信號與加采集柜連接起來，再利用雙絞線或者光纖將控制室DCS控制器主機柜以及加采集柜連接起來。遠程I/O具有很多優(yōu)點，例如可靠性高、能夠節(jié)省大量電纜與安裝費用等。而智能遠程I/O還具有自檢、數(shù)據(jù)處理等功能，然而需要注意的是，即使采用遠程智能I/O方式，也不可以減少電量變送器、I/0卡件與模擬量卡件的數(shù)量。

3.2 I/O集中監(jiān)控方式

此方式主要是利用電氣的各饋線在現(xiàn)場中設(shè)置現(xiàn)場設(shè)備I/O接口，然后再利用硬接線電纜將其集控室DCSI/O通道連接起來，再通過A/D處理以后，使其進入集散控制系統(tǒng)組態(tài)，從而實現(xiàn)集散控制系統(tǒng)對火力發(fā)電廠所有電器設(shè)備的實時監(jiān)控。I/O集中監(jiān)控方式具有運行維護好、速度反應快等優(yōu)勢，可以有效地降低集散控制系統(tǒng)的造價。然而，因為所有的電氣設(shè)備都會進入到集散控制系統(tǒng)監(jiān)控當中，因此，隨著監(jiān)控對象的不斷增加，就會導致DCS主機冗余的逐漸下降，而由于受到控制樓面積較大及電纜數(shù)量大等因素的影響，可能會對集散控制系統(tǒng)的可靠性造成一定的影響。

3.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)方式

所謂的現(xiàn)場總線是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及信息技術(shù)逐漸發(fā)展到現(xiàn)場及控制領(lǐng)域的體現(xiàn)，其3C技術(shù)的有機結(jié)合，而所謂的3C技術(shù)即為計算機技術(shù)、控制技術(shù)以及通信技術(shù)?，F(xiàn)場總線是廢除了集散控制系統(tǒng)的控制站與其輸入/輸出單元，徹底改變了集散控制系統(tǒng)分散與集中相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，利用將控制功能有效分散至現(xiàn)場設(shè)備的方式，最終徹底地實現(xiàn)了分散控制。

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

隨著科技的快速發(fā)展，電能逐漸成為一種當前人類的主要應用能源，而我國生產(chǎn)電能的主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)即為火力發(fā)電廠。因此，為了能夠有效提升電廠的自動化技術(shù)水平，提升其運行穩(wěn)定性、可靠性及工作效率，就必須要將比較先進的電氣自動化發(fā)電技術(shù)合理地應用到火力發(fā)電中。

在電廠中的電氣自動化技術(shù)系統(tǒng)的監(jiān)控裝置不但可以科學有效地監(jiān)控、測量與保護交流采樣，而且還可以借助新型的計算機保護與監(jiān)控，有效實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)集成，促進電廠信息通訊以及數(shù)據(jù)采集的廣泛發(fā)展。

火電廠自動化技術(shù)主要包括通信層、控制層以及間隔層等，其采用分布分層的方式，科學合理地控制以及監(jiān)視整個系統(tǒng)。其中控制層是其最核心的部分，其主要完成對系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控采集以及控制等工作，是其他兩層能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通的保證。而間隔層主要包括智能設(shè)備與保護監(jiān)控裝置這兩部分，其利用網(wǎng)絡(luò)等途徑可以有效實現(xiàn)與系統(tǒng)上層功能的數(shù)據(jù)溝通及互訪工作。電氣自動化技術(shù)在電廠中的監(jiān)控技術(shù)有效實現(xiàn)了火電廠信息化的控制與管理，促進了發(fā)電機組的一體化運行水平，進而有效推動了電廠發(fā)電效率及其自動化水平的

提高。

5 電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的創(chuàng)新與應用

5.1 實現(xiàn)電氣全通信控制

通過分析可知，目前我國火電廠的電氣自動化系統(tǒng)還是不能夠充分滿足DCS利用ECS實現(xiàn)電氣全通信控制的模式，其系統(tǒng)的可靠性以及通信的速度還不夠完善，而且在DCS與ECS之間還存在一部分的硬接線。因此，為了能夠有效地實現(xiàn)火力發(fā)電廠電氣全通信控制模式，從而充分滿足DCS利用電氣自動化系統(tǒng)（ECS）實現(xiàn)對整個電廠單元爐機組運行參數(shù)的實時監(jiān)控條件，進而有效提升電廠ECS的信息通訊速度與可靠性，必須要合理解決熱工工藝聯(lián)鎖問題。這是提升ECS后臺運行速度及其應用水平的重要保障，而且也是實現(xiàn)ECS與DCS互聯(lián)的必要條件。實現(xiàn)電氣全通信控制能夠真正地提升DCS的控制水平、自動化水平以及其運行管理水平等，從而真正地實現(xiàn)電廠的電氣全通性控制模式，進而有效促進電氣自動化技術(shù)在電廠中的廣泛、合理應用，有效推動火力發(fā)電廠的自動化水平與信息化水平。

5.2 統(tǒng)一單元爐機組

為了可以深挖單元爐機組的最大生產(chǎn)潛能，從而有效減少火力發(fā)電的造價成本，電廠充分將電氣自動化技術(shù)合理地運用在火力發(fā)電中，要努力將以往機、電控制一體化的模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄C、爐、電一體化的單元制運行監(jiān)控。只有這樣，電廠的DCS才能夠通過機、爐、電單元制的運行模式更加及時、準確地分析以及匯總整個火電機組的所有狀態(tài)信息及運行參數(shù)，并且可以利用火力發(fā)電廠的內(nèi)部信息管理系統(tǒng)對電網(wǎng)的運行進行管理與監(jiān)督，從而有效提高電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性，提高其工作效果，進而充分挖掘火電機組的潛力，充分發(fā)揮其控制功能，并且可以盡可能地縮小控制室，簡化監(jiān)控系統(tǒng)，降低控制成本。而且統(tǒng)一單元爐機組也為電廠信息管理系統(tǒng)的信息采集提供了便利條件，進而有效提高了火力發(fā)電廠統(tǒng)一管理與統(tǒng)一運行的效率，使得電網(wǎng)能夠一直保持在最佳、最經(jīng)濟的運行狀態(tài)，使得電廠的管理工作能夠高效、有序地進行。

5.3 構(gòu)建通用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

火電廠電氣自動化系統(tǒng)是否可以正常運營主要取決于通用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，這主要是由于在通用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)建成功的基礎(chǔ)上，才可以使得火電廠的管理人員能夠?qū)崟r地監(jiān)控現(xiàn)場發(fā)電設(shè)備參數(shù)，才可以有效保證電廠電氣設(shè)備控制裝置、管理系統(tǒng)及計算機監(jiān)控系統(tǒng)間信息的通暢傳輸，從而實現(xiàn)整個電氣自動化系統(tǒng)的全面、有序?qū)嵤?，實現(xiàn)從辦公自動化到元件級別零件設(shè)備等的全部覆蓋。通用網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是實現(xiàn)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）以及DCS等輔助控制系統(tǒng)合理、廣泛應用的重要基礎(chǔ)，同時也是促進電廠自動化水平及現(xiàn)代化水平不斷提高的重要途徑。因此，火電廠要不斷創(chuàng)新以及優(yōu)化電氣自動化的應用，要選擇合適的網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品，從而確保火力發(fā)電廠的管理人員能夠通過Internet/Intranet對火電廠的現(xiàn)場控制設(shè)備進行實時、有效的監(jiān)督與管理，進而保證火力發(fā)電廠的生產(chǎn)與運營工作能夠順利地進行。

5.4 創(chuàng)新控制保護手段

在一般情況下，在傳統(tǒng)的火力發(fā)電中所應用的系統(tǒng)保護及控制手段常常是連鎖以及報警方式。但是這種報警方式只可以在出現(xiàn)連鎖情況時發(fā)生跳機或是在出現(xiàn)超限時發(fā)生報警，而這些保護及控制措施的作用是有限的，對于一些特殊情況，其無法做出及時有效的警報，無法采用科學有效的解救措施，因此會大大影響到火力發(fā)電工作的順利開展。而隨著電氣自動化技術(shù)的應用與創(chuàng)新，可以在火力發(fā)電中利用計算機的實時保護與控制技術(shù)，實現(xiàn)對電廠電氣自動化系統(tǒng)的故障診斷及運營檢測等操作，從而及時、自動地保護與控制系統(tǒng)故障，充分保證電氣自動化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，促進電廠機、爐、電一體化網(wǎng)絡(luò)實時運行控制的實現(xiàn)，進而有效提升火力發(fā)電的工作質(zhì)量與工作效率，提升火力發(fā)電廠的競爭力。

6 結(jié)語

總而言之，隨著電子信息技術(shù)與計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的電力產(chǎn)業(yè)也逐漸趨于網(wǎng)絡(luò)化與信息化。目前火力發(fā)電廠已經(jīng)開始廣泛地應用電氣自動化系統(tǒng)，其中的電氣自動化技術(shù)可以有效挖掘機組潛力，有效實現(xiàn)電廠機、爐、電一體化運行。而DCS、ECS以及SIS等輔助控制系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新與應用，不僅有效提升了火力發(fā)電廠的運營管理水平，降低了運行成本，而且還可以有效提升電廠的工作效率。因此，電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電廠中的廣泛應用，是實現(xiàn)電力管理及生產(chǎn)自動化與現(xiàn)代化，促進火電廠良好生存與發(fā)展的有效手段，同時也是必經(jīng)之路。

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作者簡介：祁杰（1977-），男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電有限責任公司工程師，工程碩士，研究方向：火力發(fā)電廠運行管理。

（責任編輯：陳 倩）