火力發(fā)電廠電氣—熱控一體化控制技術(shù)的探討

摘 要：火力發(fā)電廠是我國(guó)電力生產(chǎn)的主流力量，雖然水能、風(fēng)能、核能均可以用于發(fā)電，但是目前科學(xué)技術(shù)水平尚不能支持上述能源的大規(guī)模發(fā)電，因此智能電網(wǎng)在發(fā)展上依然離不開火力發(fā)電廠的支持。而在火力發(fā)電廠的不斷建設(shè)過(guò)程中，單元機(jī)組容量隨著智能電網(wǎng)發(fā)展而不斷增加，其對(duì)火力發(fā)電廠信息自動(dòng)化系統(tǒng)的要求愈見升高，因此火力發(fā)電廠嘗試進(jìn)行數(shù)字化電廠的建設(shè)。而火力發(fā)電廠的數(shù)字化建設(shè)，需要依托于“電氣-熱控”一體化控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文試對(duì)火力發(fā)電廠的“電氣-熱控”一體化控制技術(shù)進(jìn)行分析、研究。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；電氣；熱控；一體化；控制技術(shù)

現(xiàn)階段，智能電網(wǎng)在發(fā)展中面臨著許多挑戰(zhàn)。固然，智能電網(wǎng)以集成網(wǎng)絡(luò)、雙向高速通信、傳感技術(shù)為基礎(chǔ)而形成了安全可靠、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的架構(gòu)，可以抵御各種攻擊、接入各種發(fā)電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力市場(chǎng)資產(chǎn)的優(yōu)化配置。但是作為智能電網(wǎng)生產(chǎn)電力的來(lái)源，火力發(fā)電廠通常存在著生產(chǎn)耗能大、副產(chǎn)物嚴(yán)重污染環(huán)境的問(wèn)題，一直以來(lái)的人工管理方式更是為火力發(fā)電廠的生產(chǎn)帶來(lái)了一定的阻礙。因此，火力發(fā)電廠必須采取更加先進(jìn)的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)電能的節(jié)能調(diào)動(dòng)與綠色發(fā)電。

一、火力發(fā)電廠在自動(dòng)化技術(shù)上存在的各種問(wèn)題

（一）電氣自動(dòng)化

近些年來(lái)，火力發(fā)電廠在電氣控制裝置的功能和性能上有了很大的變化，但是各部門僅僅為自己所屬領(lǐng)域作出自動(dòng)化發(fā)展，對(duì)于其他與自己無(wú)關(guān)的部門則缺乏相應(yīng)的自動(dòng)化建設(shè)。事實(shí)上，火力發(fā)電廠需要實(shí)現(xiàn)電子自動(dòng)化的環(huán)節(jié)有許多，如：NCS和ECS、故障錄波、自動(dòng)裝置、電量計(jì)費(fèi)、保護(hù)裝置以及廠用電管理，等等。上述情況會(huì)導(dǎo)致這些環(huán)節(jié)無(wú)法統(tǒng)一管理，信息無(wú)法集成，甚至最為基礎(chǔ)的電能平衡也很難實(shí)現(xiàn)，于是最終導(dǎo)致的結(jié)果便是電力企業(yè)難以獲得較高的整體效益，電氣與熱控之間缺少信息共享，資源白白浪費(fèi)。

（二）熱控自動(dòng)化

熱控自動(dòng)化與電氣自動(dòng)化一樣在近幾年來(lái)得到了飛速的發(fā)展，但是就主機(jī)控制范圍而言卻沒有明顯的進(jìn)步，其變化最大的地方在于輔助車間的控制系統(tǒng)，變?cè)?jīng)的分散控制為現(xiàn)如今的幾種控制。事實(shí)上，現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)在火力發(fā)電廠不斷發(fā)展中有了愈加寬廣的應(yīng)用范圍，設(shè)備在信息的收集上不斷深入、擴(kuò)展，在分析設(shè)備狀態(tài)的環(huán)節(jié)之中，甚至可以獲得裝置狀態(tài)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

例如，人們?cè)贒CS中納入了“機(jī)組性能計(jì)算+耗差分析”系統(tǒng)，參考人員可以根據(jù)所獲得信息進(jìn)行系統(tǒng)的簡(jiǎn)單配置，即可獲取可信的數(shù)據(jù)；漸漸地，人們又在DCS中融入了機(jī)組優(yōu)化控制功能，但是令人可惜的是，主廠房的DCS并沒有與輔助車間實(shí)現(xiàn)控制的統(tǒng)一，二者依然相互獨(dú)立，信息無(wú)法互通、共享，對(duì)于火力發(fā)電廠的數(shù)字化建設(shè)無(wú)疑是非常不利的。

（三）熱控、電氣分離

為了提高生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的，國(guó)家對(duì)電力體制進(jìn)行了相應(yīng)的改革，火力發(fā)電廠開始致力于自動(dòng)化建設(shè)。然而，發(fā)電廠若要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化建設(shè)，必須要在權(quán)威機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行，而當(dāng)前在火力發(fā)電廠的各個(gè)組成部分中，熱控專業(yè)與電氣專業(yè)是彼此分離、各自獨(dú)立發(fā)展的，二者的分離使得電力企業(yè)難以高水平發(fā)展，并且二者有一分功能是相互重疊的，二者的分離無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)，火力發(fā)電廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)將難以充分而徹底地發(fā)揮其整體優(yōu)勢(shì)。

例如，火力發(fā)電廠在熱工控制上有：輔控網(wǎng)、DCS、ETS、TSI、DEH，等等；在電氣控制上，火力發(fā)電廠則有：保護(hù)裝置、NCS、錄波裝置以及ECMS，等等?；鹆Πl(fā)電廠應(yīng)該為熱控控制裝置與電氣控制裝置進(jìn)行統(tǒng)一的控制。但是出于技術(shù)、分工以及人為因素的影響，熱控控制裝置與電氣控制裝置被隔斷開來(lái)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)協(xié)網(wǎng)控制與信息共享，火力發(fā)電廠需要為二者分配更多的資源，這完全不符合自動(dòng)化系統(tǒng)的節(jié)能要求。究其原因，主要是火力發(fā)電廠沒有將信息化建設(shè)與實(shí)際生產(chǎn)有效結(jié)合，火力發(fā)電廠在信息化建設(shè)上缺乏精益求精的管理，在發(fā)生上無(wú)法與智能電網(wǎng)相適應(yīng)。

（四）熱控、電氣自動(dòng)化的業(yè)務(wù)界限沒有得到信息部門的明顯

火力發(fā)電廠在自身信息化、電氣自動(dòng)化、熱控自動(dòng)化上沒有區(qū)分開明確的業(yè)務(wù)范疇，在管理上存在真空，在工作上存在一定的重復(fù)，自動(dòng)化建設(shè)未能充分為信息化建設(shè)提供服務(wù)，火力發(fā)電廠因此處于數(shù)據(jù)精度低、信息化發(fā)展進(jìn)程緩慢的狀態(tài)，即使從自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部獲得大量數(shù)據(jù)，也無(wú)法發(fā)揮出信息化的真正作用，反而會(huì)導(dǎo)致信息系統(tǒng)的不穩(wěn)定。同時(shí)，電氣自動(dòng)化、熱控自動(dòng)化于業(yè)務(wù)需求方面存在流程不完善的問(wèn)題，亟需進(jìn)行重組。

二、解決方式

（一）制定自動(dòng)化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

針對(duì)火力發(fā)電廠在現(xiàn)階段存在的自動(dòng)化程度滯后問(wèn)題，相關(guān)部門應(yīng)該聘請(qǐng)或組織專家對(duì)相關(guān)狀況進(jìn)行調(diào)研與評(píng)估，安排專門調(diào)查人員對(duì)電力市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r、智能電網(wǎng)建設(shè)狀況進(jìn)行調(diào)查。專家將調(diào)查結(jié)果與評(píng)估結(jié)果結(jié)合在一起，制定出促進(jìn)“電氣-熱控”一體化的相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)引導(dǎo)自動(dòng)化系統(tǒng)的平穩(wěn)發(fā)展，確?；鹆Πl(fā)電廠運(yùn)營(yíng)狀況的提高、節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（二）堅(jiān)定“一體化”控制方向不動(dòng)搖

火力發(fā)電廠若要提高自身的自動(dòng)化水平，應(yīng)該致力于提高自身對(duì)電力市場(chǎng)、智能電網(wǎng)的應(yīng)對(duì)能力。也就是說(shuō)，火力發(fā)電廠需要堅(jiān)定“一體化”的發(fā)展方向不動(dòng)搖，在自動(dòng)化專業(yè)上實(shí)現(xiàn)電氣與熱控的有機(jī)結(jié)合，摒棄過(guò)往二者的各自獨(dú)立發(fā)展模式，基于全局角度來(lái)推動(dòng)火力發(fā)電廠的自動(dòng)化發(fā)展，基于“統(tǒng)一規(guī)劃”、“集中管理”、“分散控制”、“架構(gòu)優(yōu)先”的原則從整體上提高發(fā)電廠的控制水平。

目前，需要推動(dòng)電氣與熱控的自動(dòng)化建設(shè)，需要解決如下幾個(gè)問(wèn)題：

①電氣各子系統(tǒng)的獨(dú)立控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一體化問(wèn)題；

②熱控輔網(wǎng)與熱控主網(wǎng)的一體化控制問(wèn)題；

③“電氣-熱控”控制系統(tǒng)的一體化問(wèn)題；

④“電氣-熱控”自動(dòng)化系統(tǒng)的過(guò)程信號(hào)處理問(wèn)題；

⑤低速信號(hào)與高速信號(hào)的軟硬件處理平臺(tái)問(wèn)題。

（三）升級(jí)完善設(shè)計(jì)方案

目前，火力發(fā)電廠主要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行一體化控制，電氣與熱控依然存在專業(yè)間的差異，對(duì)此，可以通過(guò)升級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的控制器、完善數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式來(lái)平衡二者之間的差異。

在筆者看來(lái)，可以從控制層、控制管理層以及廠級(jí)管理層等若干部分進(jìn)行概念性設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)方案中，按照電氣專業(yè)與熱控專業(yè)的特點(diǎn)，為電氣、熱控設(shè)備進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)與信號(hào)的處理。其中，控制層出于滿足各種電廠控制的原因選擇電源裝置、通信裝置、各種控制機(jī)來(lái)組成，具有基本功能控制功效，可以為現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備實(shí)現(xiàn)信號(hào)與通信的分離；控制管理層則是在必要的時(shí)刻控制與管理各個(gè)工程師站、操作員站以及歷史站，為大多數(shù)高級(jí)控制設(shè)備進(jìn)行故障診斷與故障分析；廠級(jí)管理層的控制管理對(duì)象則是不同的機(jī)組，在廠級(jí)管理層的控制之下，各機(jī)組之間可以實(shí)現(xiàn)或集中或分散的自動(dòng)化管理，外系統(tǒng)也可以從廠級(jí)管理層獲得所需的數(shù)據(jù)。

在筆者看來(lái)，這一設(shè)計(jì)方案可以有效控制火電廠的運(yùn)行成本、設(shè)備的運(yùn)行效率，以貴州的清鎮(zhèn)發(fā)電廠為例，實(shí)行本設(shè)計(jì)方案之后，減少了10%的運(yùn)行人員、15%的建設(shè)費(fèi)用以及20%的信息化費(fèi)用。

三、結(jié)語(yǔ)

火力發(fā)電廠需要構(gòu)建“電氣-熱控”一體化的控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)NCE、ECS功能與現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的有效控制。這一系統(tǒng)的構(gòu)建可以促進(jìn)信息的共享、運(yùn)營(yíng)效益與管理水平的提高。

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作者簡(jiǎn)介：鄧瑩（1982-），男，漢族，湖南祁陽(yáng)人，本科，助理工程師，主要從事工作和研究方向是火力發(fā)電廠熱控方面。