電氣自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的創(chuàng)新與應(yīng)用

摘要：在國內(nèi)，高參數(shù)、大容量的大型火電機(jī)組已成為我國電力行業(yè)的主力機(jī)組。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及信息技術(shù)的快速發(fā)展，火力發(fā)電廠逐漸步入了信息化和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，電氣自動(dòng)化技術(shù)也由此在火力發(fā)電廠中得到了廣泛的創(chuàng)新和應(yīng)用。文章對電氣自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的創(chuàng)新與應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電；電氣自動(dòng)化技術(shù)；火電機(jī)組；發(fā)電廠；低壓電氣系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM76 文章編號(hào)：1009-2374（2016）22-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.013

火力發(fā)電廠中所使用的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)（簡稱為ECS）主要是起著對發(fā)電廠內(nèi)部的中低壓電氣系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和控制的作用，以此達(dá)到對其進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控的目的。由于具備信息化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)在火力發(fā)電中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，這不僅使得火力發(fā)電廠的自動(dòng)化水平得到了很大提高，也使得其電氣控制系統(tǒng)的安全系數(shù)大大加強(qiáng)。在提高工作效率的同時(shí)降低了成本造價(jià)，大大提高了發(fā)電廠的市場競爭力，成為發(fā)電廠在激烈的市場競爭中生存和發(fā)展的必由之路。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)

電氣自動(dòng)化技術(shù)是一套以監(jiān)視控制設(shè)備為主、數(shù)據(jù)交換信號(hào)反饋為輔的自動(dòng)化系統(tǒng)。其主要行使著對發(fā)電廠內(nèi)部的電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)管職能，并且具備對其中低壓電氣系統(tǒng)的保護(hù)和控制功能。其主要是通過對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測并以數(shù)據(jù)信息的形式進(jìn)行反饋，使電廠的管理人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況并采取相應(yīng)的措施，避免發(fā)生危險(xiǎn)情況。其主要有以下特點(diǎn)：

1.1 提高發(fā)電效率

社會(huì)發(fā)展的日新月異使得人們的物質(zhì)生活水平也得到了很大程度的提高，人們對于物質(zhì)文化的需求也愈來愈高，尤其是對電量的需求明顯表現(xiàn)出大幅增加的趨勢，這種狀況就難免會(huì)給發(fā)電廠的發(fā)電量帶來巨大的壓力。然而，傳統(tǒng)發(fā)電廠的發(fā)電設(shè)備并不能滿足當(dāng)今社會(huì)對電量的需求。因此，當(dāng)前的社會(huì)現(xiàn)狀對于發(fā)電廠的發(fā)電設(shè)備和技術(shù)提出了新的要求，技術(shù)革新成為發(fā)電廠亟需解決的一大問題。在這種情況下，電氣自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用和創(chuàng)新為這一問題提供了一個(gè)正確的方向和解決方案，提高了電廠的發(fā)電效率，從而生產(chǎn)出能夠滿足大眾需求的電量。

1.2 降低發(fā)電成本

煤和石油構(gòu)成了火電廠的主要生產(chǎn)原料，但過去由于發(fā)電技術(shù)較為落后，原材料得不到充分燃燒，其原有價(jià)值也就得不到有效發(fā)揮，這不僅造成了巨大的資源浪費(fèi)，也極大地增加了電廠的產(chǎn)電成本。而今，電氣自動(dòng)化技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用使得這種情況得到了極大的改善。

1.3 優(yōu)化資源配置

在發(fā)電過程中，資源的有效利用對于發(fā)電效率有著巨大的影響。過去，發(fā)電技術(shù)的落后導(dǎo)致原材料和電力設(shè)備以及人力資源等都沒有得到有效合理的利用，火力發(fā)電的效率受到了一定程度的削弱，然而電氣自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用為這一問題的解決提供了一條卓有成效的道路。

2 傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)（ECS）應(yīng)用于火力發(fā)電廠中的集散控制系統(tǒng)（DCS）時(shí)的缺陷

將ECS系統(tǒng)應(yīng)用于火電廠的DCS系統(tǒng)當(dāng)中主要會(huì)面臨電壓、操作監(jiān)護(hù)、控制程序掃描周期以及設(shè)備投運(yùn)規(guī)劃等一系列問題。

2.1 強(qiáng)、弱電壓之間的沖突

隨著ECS系統(tǒng)被納入DCS控制系統(tǒng)之中，系統(tǒng)輸出點(diǎn)以及AC220V、AC380V電壓也將隨之一并被串入DCS系統(tǒng)中，結(jié)果可能導(dǎo)致弱電設(shè)備面臨被燒毀的危險(xiǎn)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，強(qiáng)、弱電的隔離問題就需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行充分的考慮。另外，在施工過程中，這個(gè)問題也應(yīng)該引起操作人員的重視，避免出現(xiàn)設(shè)備燒毀的情況。

2.2 操作監(jiān)護(hù)問題

盡管DCS控制軟件對于用戶權(quán)限和分級(jí)問題等方面的設(shè)置非常細(xì)致，但是對于操作監(jiān)護(hù)問題卻認(rèn)識(shí)尚淺。要使這個(gè)問題得到相應(yīng)改善，火電廠應(yīng)該在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)上就一些為ECS操作系統(tǒng)所必需的監(jiān)護(hù)程序與DCS廠家達(dá)成共識(shí)。

2.3 DCS的掃描周期達(dá)不到要求

在火電廠的發(fā)電過程中，控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)諸如電氣保護(hù)、電快切、通氣以及勵(lì)磁調(diào)節(jié)等功能，就要求DCS控制程序具備一定頻率的掃描周期。然而，就目前看來，市面上大部分DCS系統(tǒng)的掃描周期還達(dá)不到要求。因此，將ECS納入DCS控制后，控制這一系列功能的裝置就必須保留，以確保設(shè)備正常運(yùn)行。

2.4 設(shè)備投運(yùn)時(shí)間

相對于用電送電，DCS設(shè)備的安裝和調(diào)試等工作在工期上一般要稍晚一些，所以要將ECS納入DCS控制系統(tǒng)，就要求ECS設(shè)備的安裝調(diào)試工作必須與廠用電設(shè)備的安裝調(diào)試工作同時(shí)進(jìn)行，以確保ECS系統(tǒng)能夠正常投運(yùn)于產(chǎn)電過程。此外，用于操控DCS系統(tǒng)的機(jī)柜室的修建工作也必須同步完成。這就需要廠方對設(shè)備的安裝調(diào)試工作進(jìn)行全面的規(guī)劃，對工期進(jìn)行合理的安排。

3 創(chuàng)新電氣自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的應(yīng)用

3.1 自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的系統(tǒng)創(chuàng)新

電氣自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的系統(tǒng)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在I/0集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程智能I/0以及現(xiàn)場總線控制等

方面。

3.1.1 I/0集中監(jiān)控。此種模式通過將各現(xiàn)場設(shè)備的I/0接口與DCS控制系統(tǒng)的I/0通道相連，使其進(jìn)入DCS組態(tài)，這樣DCS控制系統(tǒng)就可以對現(xiàn)場所有的電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。這種模式具有快速、容易維護(hù)以及防護(hù)等級(jí)低等優(yōu)點(diǎn)，極大地降低了DCS控制系統(tǒng)的造價(jià)。然而，由于這種模式使得DCS控制系統(tǒng)需要對全場所有的電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，工作任務(wù)量加大，結(jié)果使得DCS主機(jī)冗余隨之下降，DCS控制系統(tǒng)的安全性和可靠性也將受到削減。

3.1.2 遠(yuǎn)程智能I/O控制。遠(yuǎn)程智能I/O控制模式就是將遠(yuǎn)程I/O采集柜設(shè)置在離控制室較遠(yuǎn)的現(xiàn)場，再使用光釬或雙絞線將現(xiàn)場設(shè)備、采集柜以及DCS主機(jī)柜聯(lián)結(jié)在一起，進(jìn)行大量的信息采集活動(dòng)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)就在于既可以減少電纜的使用量和安裝成本，又可以減少系統(tǒng)的控制任務(wù)量，同時(shí)也使系統(tǒng)的可靠得到了極大保障。同時(shí)，遠(yuǎn)程I/O控制模式還具備數(shù)據(jù)處理以及自我檢測和校正等功能。但是這種方式的不足之處就在于沒能減少其對一些諸如I/O卡件、模擬量卡件及電量變送器等輔助設(shè)備的需求量。

3.1.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)方式通過將通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)緊密結(jié)合在一起，滿足了控制領(lǐng)域?qū)τ谛畔⒓夹g(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的需求。這種新型的控制模式從根本上改變了傳統(tǒng)的DCS集散控制方式，通過將系統(tǒng)的控制功能高度地分散到現(xiàn)場各個(gè)設(shè)備，使得分散控制得以徹底實(shí)現(xiàn)。

3.2 火力發(fā)電中電氣自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新實(shí)例

電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠最大限度地挖掘火電機(jī)組的工作潛力，在火力發(fā)電中扮演著十分重要的角色?；鹆Πl(fā)電中，電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的發(fā)展和創(chuàng)新。

3.2.1 使用統(tǒng)一單元爐機(jī)組。創(chuàng)新型的電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了火力發(fā)電廠由機(jī)、電控制一體化向機(jī)、爐、電一體化的轉(zhuǎn)型。在這種控制方式下，火電廠的DCS系統(tǒng)就可以通過這種單元制的操縱模式將全部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和信息參數(shù)收集在一起進(jìn)行匯總和整理，為相關(guān)管理人員提供一系列有效的數(shù)據(jù)參考，以便最大限度地發(fā)掘產(chǎn)電機(jī)組的潛力，將其控制功能發(fā)揮到最好。同時(shí)，同一單元爐機(jī)組的使用還可以減小控制室的規(guī)模，簡化監(jiān)控系統(tǒng)，盡可能地降低設(shè)備產(chǎn)電成本。除此之外，這一模式的使用也便于火力發(fā)電廠的信息管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最大程度地提高電網(wǎng)的統(tǒng)一運(yùn)行水平以及管理水平，也有助于設(shè)備執(zhí)行中調(diào)AGC的相關(guān)指令，在提高電網(wǎng)工作效率的同時(shí)又能使其在最經(jīng)濟(jì)、最佳的工作狀態(tài)下運(yùn)行。這一創(chuàng)新模式在火力發(fā)電過程中的應(yīng)用既提高了控制系統(tǒng)的監(jiān)控水平，又提高了整個(gè)產(chǎn)電過程的自動(dòng)化水平，對于火力發(fā)電及火力發(fā)電廠意義重大。

3.2.2 控制保護(hù)模式的創(chuàng)新。報(bào)警和連鎖是傳統(tǒng)火電系統(tǒng)所普遍采用的控制和保護(hù)手段，但這種保護(hù)模式僅僅只能被動(dòng)地應(yīng)對諸如超限報(bào)警以及聯(lián)鎖跳機(jī)等情況的發(fā)生。與傳統(tǒng)的系統(tǒng)控制和保護(hù)手段不同的是，創(chuàng)新型控制保護(hù)模式通過對計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用，使控制系統(tǒng)具備對產(chǎn)電設(shè)備進(jìn)行運(yùn)營檢測和故障診斷的能力，使相關(guān)管理人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患，采取積極有效的措施避免危險(xiǎn)情況的發(fā)生，真正做到防范于未然，使系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行。同時(shí)，創(chuàng)新控制保護(hù)模式的應(yīng)用也實(shí)現(xiàn)了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)從被動(dòng)向預(yù)知的轉(zhuǎn)變，這是電氣自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的重大創(chuàng)新，極大地促進(jìn)了自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展。

3.2.3 使用電氣全通信控制。就目前的情況而言，DCS控制系統(tǒng)對于電氣全通信控制有著較高的要求，然而當(dāng)下火電廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的通信速度和可靠性還有所欠缺，滿足不了系統(tǒng)對于全通信控制的需求，這就成為火電廠亟待解決的一大難題。只要電氣全通信控制得以實(shí)現(xiàn)，后臺(tái)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用水平就能得到提高，系統(tǒng)的基本運(yùn)行監(jiān)視功能就能更加豐富，其控制水平、自動(dòng)化水平和運(yùn)行管理水平才能得到實(shí)質(zhì)性的

提高。

4 結(jié)語

火力發(fā)電在我國的發(fā)電產(chǎn)業(yè)中扮演著不容忽視的角色，對經(jīng)濟(jì)、民生以及人類文明的發(fā)展起著十分重要的作用。近幾年來，電氣自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的應(yīng)用問題倍受青睞，引發(fā)了許多相關(guān)人士的積極探討。筆者認(rèn)為，發(fā)電企業(yè)必須養(yǎng)成對電氣自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新意識(shí)，使其能夠得到廣泛的應(yīng)用和長遠(yuǎn)的發(fā)展。在火力發(fā)電中，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用所取得的成就是有目共睹的，其信息化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，提高了火力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和運(yùn)行管理水平。計(jì)算機(jī)、保護(hù)測量、分層分布控制及通信技術(shù)的最新成果在系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用，使得火電廠電氣系統(tǒng)的控制和保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，同時(shí)也使得電氣信息的應(yīng)用得到了強(qiáng)化，促使電氣系統(tǒng)復(fù)雜的運(yùn)行以及管理工作得以完成。

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作者簡介：柳寧（1989-），男，寧夏青銅峽人，寧夏青銅峽鋁業(yè)發(fā)電有限責(zé)任公司助理工程師，研究方向：電氣自

動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）