淺談火電廠集控運(yùn)行技術(shù)的相關(guān)問(wèn)題

摘要：隨著能源需求逐步提升，火電廠在電能供應(yīng)中的作用越發(fā)明顯。火電廠設(shè)備眾多，傳統(tǒng)控制方式主要是以單獨(dú)控制為主，對(duì)電機(jī)、鍋爐和汽輪機(jī)進(jìn)行分開(kāi)控制。這樣的控制方式不僅會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力，而且控制效率低下。文章以集控運(yùn)行的基本概念闡述為切入點(diǎn)，探討了傳統(tǒng)液壓保安系統(tǒng)的不足，分析了集控運(yùn)行的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：火電廠；集控運(yùn)行技術(shù)；電能供應(yīng)；電機(jī)；鍋爐；汽輪機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621 文章編號(hào)：1009-2374（2015）33-0105-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.056

集控運(yùn)行相關(guān)技術(shù)較為成熟，我國(guó)火電廠主要以單元制模式居多。這種控制模式十分靈活，使用十分廣泛，但并非適用于每一類(lèi)電廠，所以集控運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仍然應(yīng)該以整合DEH系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)等為主。

1 集控運(yùn)行基本概念

傳統(tǒng)的火電廠控制模式主要是以單元控制為主，對(duì)主要發(fā)電設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)控制。這種控制方法受到了一定的技術(shù)限制，不能對(duì)發(fā)電設(shè)備統(tǒng)籌兼顧，從全局的高度出發(fā)進(jìn)行控制。隨著相關(guān)技術(shù)不斷進(jìn)步，各種自動(dòng)化的控制系統(tǒng)逐步出現(xiàn)，比如DCS鍋爐汽機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)、DEH汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)、車(chē)間輔控系統(tǒng)以及信息管理系統(tǒng)等。這些自動(dòng)化系統(tǒng)的出現(xiàn)，進(jìn)一步提高了火電廠的控制工作能力。所以，集控運(yùn)行就應(yīng)該對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行整合，構(gòu)建一主三輔的自動(dòng)化集控系統(tǒng)。所謂一主三輔即是以DCS控制系統(tǒng)為主，DEH控制系統(tǒng)、電力保護(hù)系統(tǒng)以及車(chē)間輔控系統(tǒng)為輔。

集控運(yùn)行可以整合火電廠的各類(lèi)控制資源，從全局的高度出發(fā)，構(gòu)建統(tǒng)一全面的集控系統(tǒng)，對(duì)火電廠發(fā)電生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)、設(shè)備進(jìn)行集中控制，有效提升了控制的能力和效率。為保障火電廠的正常、高效、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，起到了十分重要的作用。

2 傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)存在的不足與集控系統(tǒng)的需求

2.1 傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的不足

全液壓系統(tǒng)是火電廠以往的控制系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)速不夠穩(wěn)定，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。由于自動(dòng)化已經(jīng)成為火電廠控制的基本要求，全液壓系統(tǒng)已經(jīng)在很多方面表現(xiàn)出了不足之處：（1）用于全液壓系統(tǒng)測(cè)量轉(zhuǎn)速的設(shè)備是脈沖泵，其主要是對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)速的二次方和脈沖油壓表現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。但是，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，在低轉(zhuǎn)速情況下，脈沖油壓值接近零，導(dǎo)致閉環(huán)控制無(wú)法得以實(shí)施。（2）油動(dòng)機(jī)中彈簧鋼度會(huì)被其位置和空間尺寸影響，不能對(duì)滑閥形成的摩擦進(jìn)行有效克服，致使油動(dòng)機(jī)無(wú)法靈敏地反映出摩擦情況。（3）在全液壓系統(tǒng)中，如果脈沖油壓發(fā)生降低的情況，則可以說(shuō)明汽門(mén)是處于打開(kāi)的方向；當(dāng)脈沖油壓逐漸增大時(shí)，則說(shuō)明汽門(mén)正在逐步趨向關(guān)閉。所以，如果存在油管破裂、墊片損壞等問(wèn)題導(dǎo)致出現(xiàn)漏油情況，那么此時(shí)的脈沖壓力會(huì)逐步減小，打開(kāi)汽門(mén)的操作是不符合安全原則的，反而可能會(huì)引發(fā)一定問(wèn)題。（4）全液壓系統(tǒng)和其他類(lèi)型的液調(diào)系統(tǒng)在一定程度上相似，不能對(duì)電機(jī)功率、蒸汽壓力等進(jìn)行閉環(huán)控制，也無(wú)法通過(guò)AGC控制器對(duì)發(fā)電過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制。

2.2 集控系統(tǒng)的需求

集控系統(tǒng)是火電廠發(fā)展過(guò)程中的必然要求，對(duì)于火電站控制工作而言，集控系統(tǒng)需要具備四個(gè)方面的基本優(yōu)勢(shì)：（1）自動(dòng)化集控系統(tǒng)是在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大以及對(duì)電站運(yùn)行要求逐步提高的背景下出現(xiàn)的，這就需要集控系統(tǒng)能夠符合大規(guī)模電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)際，能夠有效提升自動(dòng)化控制程度，減少人力投入。（2）集控系統(tǒng)可以對(duì)火電站的全部生產(chǎn)流程、生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行集中控制，并且形成了統(tǒng)一的控制平臺(tái)，工作人員只需要通過(guò)控制平臺(tái)就可以對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的事故進(jìn)行預(yù)防。在最大程度確保電網(wǎng)運(yùn)行安全高效的同時(shí)，還可以有效縮減工作人員的工作量，提升工作效率。（3）集控系統(tǒng)從更高的層面對(duì)發(fā)電生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備進(jìn)行了集中控制，通過(guò)多對(duì)一的控制模式，可以有效提升設(shè)備的控制效率、故障處置力度以及安全維護(hù)工作。通過(guò)集控系統(tǒng)，工作人員可以全面掌握發(fā)電生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，并且按照相關(guān)要求進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，大幅提高發(fā)電設(shè)備的工作效率。（4）集控系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)該保持一定獨(dú)立。由于二次變電設(shè)備不斷完善，其產(chǎn)生的信息量十分巨大，加之自動(dòng)化發(fā)展要求，就致使其需要對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行更加大量的采集，建設(shè)完善功能的調(diào)度系統(tǒng)。所以，將集控系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)分別獨(dú)立，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行高效。

圖1 集控系統(tǒng)示意圖

從圖1可以看出，集控系統(tǒng)包含的內(nèi)容很多，可以在現(xiàn)有的控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改造，在最低的成本投入下實(shí)現(xiàn)集控運(yùn)行。

3 集控運(yùn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 DEH系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，DEH系統(tǒng)功能還存在一定缺陷或是不適合火電廠的生產(chǎn)實(shí)際，因此，可以利用一些輔助系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。DEH裝置主要是由軟件系統(tǒng)、控制柜和伺服系統(tǒng)三部分組成，其中軟件系統(tǒng)和控制柜都具有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，所以只能對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)以便達(dá)成實(shí)際使用目的。由于脈沖泵在DEH系統(tǒng)中存在一定的使用缺陷，因此可以使用磁阻發(fā)訊器來(lái)作為替代，以便實(shí)現(xiàn)全面高效的轉(zhuǎn)速測(cè)量。利用磁阻發(fā)訊器，其工作油壓可以達(dá)到14MPa，使用伺服油缸取代油動(dòng)機(jī)，用DDV電液轉(zhuǎn)化器取代同步器、壓變器和啟動(dòng)閥等來(lái)直接啟動(dòng)伺服油缸。通過(guò)在油缸上安裝LVDT，可以實(shí)現(xiàn)位移反饋，以此產(chǎn)生電液聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中配置獨(dú)立油源。

3.2 DCS除氧熱網(wǎng)改造設(shè)計(jì)

為了完善相關(guān)功能，可以利用專有網(wǎng)絡(luò)ECS-100，將一臺(tái)操作員站泛指在值長(zhǎng)操作臺(tái)，將其用作監(jiān)視作用。其改造設(shè)計(jì)之后的系統(tǒng)圖如圖2和圖3所示。

圖2 主機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖3 鍋爐汽機(jī)DCS系統(tǒng)連接示意圖

圖2中，從左至右前三依次為1號(hào)鍋爐汽機(jī)控制站到3號(hào)鍋爐汽機(jī)控制站，最后為除氧熱網(wǎng)控制站通過(guò)加裝操作員站之后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)除氧熱網(wǎng)控制站的數(shù)據(jù)采集以及控制等，大大提升其相關(guān)性能。圖3為鍋爐汽機(jī)DCS系統(tǒng)中操作員網(wǎng)絡(luò)和主控柜的連接示意圖。

3.3 DCS鍋爐水位監(jiān)測(cè)控制設(shè)計(jì)

鍋爐是火電廠發(fā)電生產(chǎn)中的關(guān)鍵性設(shè)備之一，其最重要的控制參數(shù)就是鍋爐水位。目前使用較多的水位控制方法主要是水位計(jì)和視頻監(jiān)控聯(lián)合控制方法，通過(guò)脈沖信號(hào)和視頻信號(hào)，控制人員可以直觀清晰地對(duì)鍋爐水位進(jìn)行監(jiān)控。但是，這種控制方法并不符合遠(yuǎn)程化和信息化建設(shè)的需求，并且可能受到人為因素的干擾從而產(chǎn)生較大誤差。

DCS水位監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的基本思路是對(duì)比多個(gè)水位信號(hào)，一般以三個(gè)為宜，如果三個(gè)信號(hào)都正常且處于合理范圍，則取三個(gè)信號(hào)的中值進(jìn)行輸出；如果一個(gè)信號(hào)有誤，擇取另外兩個(gè)信號(hào)的平均值進(jìn)行輸出；如果兩個(gè)信號(hào)有誤，擇取剩余的信號(hào)作為輸出。

3.4 DCS鍋爐水位自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

鍋爐運(yùn)行是否正常和水位情況具有緊密聯(lián)系，傳統(tǒng)的水位控制方式主要是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)加水和排水以保證鍋爐水位處于正常范圍。手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式精度很低，和DCS系統(tǒng)不能進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。而且人為因素對(duì)水位控制的影響很大，對(duì)鍋爐運(yùn)行的安全存在不小的影響。

水位控制的設(shè)計(jì)思路是利用物質(zhì)守恒的基本原理，進(jìn)水總量應(yīng)該與蒸汽和汽包水位總量達(dá)成平衡。如果進(jìn)水量超出汽包水量，則需要縮減進(jìn)水量；如果進(jìn)水量低于汽包內(nèi)水量，則應(yīng)該提高進(jìn)水量。此外，為了在某些情況下進(jìn)行手動(dòng)控制，可以在DCS系統(tǒng)中設(shè)置OFF，處于OFF狀態(tài)則可以進(jìn)行手動(dòng)控制操作。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)集控系統(tǒng)對(duì)火電廠的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)化控制，是其發(fā)展過(guò)程中的必由之路。實(shí)現(xiàn)集控運(yùn)行需要結(jié)合火電廠現(xiàn)有的控制系統(tǒng)，整合各方資源進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，充分利用已經(jīng)存在的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集控運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙昊偉.小型火電廠自動(dòng)化集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

[D].電子科技大學(xué)，2013.

[2] 沈忠慰.試論火電廠集控運(yùn)行技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（32）.

[3] 王長(zhǎng)軍.關(guān)于火電廠集控運(yùn)行技術(shù)的研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014，（10）.

作者簡(jiǎn)介：羅俊然（1985-），男，貴州遵義人，華能云南滇東能源有限責(zé)任公司滇東發(fā)電廠助理工程師，研究方向：火力發(fā)電廠集控。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）