我國(guó)火力發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展以及前景展望

汪釗

【摘 要】 就火電站單機(jī)容量來(lái)看，在建國(guó)初期僅有50MW，通過(guò)分別設(shè)置就地控制盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐以及其他汽機(jī)的控制。經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展和完善，今天我國(guó)的火力發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的高度，有助于提供更加可靠的安全保障和經(jīng)濟(jì)效益。由此，本文主要就我國(guó)火力發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)一步對(duì)未來(lái)發(fā)展前景做出預(yù)測(cè)，提出相應(yīng)的看法，以求更好的推動(dòng)我國(guó)火力發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)水平。

【關(guān)鍵詞】 火力發(fā)電廠 自動(dòng)化技術(shù) 發(fā)展前景 熱工自動(dòng)化

我國(guó)自從改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平顯著提升，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，用電量急劇增加，這就為火力發(fā)電廠建設(shè)和發(fā)展提出了更高的要求。尤其是在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)水平快速發(fā)展背景下，先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用在火力發(fā)電廠中，促使火電廠自動(dòng)化技術(shù)獲得了前所未有的進(jìn)步和發(fā)展。就當(dāng)前我國(guó)火力發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行管理和監(jiān)控保護(hù)發(fā)生了顯著的變化，創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障，有助于推動(dòng)我國(guó)火力發(fā)電廠長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。由此看來(lái)，加強(qiáng)我國(guó)火力發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和前景展望研究是十分有必要的，對(duì)于后續(xù)理論研究和實(shí)踐工作開(kāi)展具有一定參考價(jià)值。

1 火電站的自動(dòng)化系統(tǒng)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平顯著提高，我國(guó)的動(dòng)力基地生產(chǎn)制造能力隨之提高，獲得了前所未有的發(fā)展前景。為了能夠更好的適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，我國(guó)的火電機(jī)組經(jīng)歷了從小容量到大容量，控制保護(hù)系統(tǒng)從簡(jiǎn)單到更加復(fù)雜的過(guò)程。早在上個(gè)世紀(jì)八十年代，我國(guó)機(jī)械工業(yè)部就引進(jìn)了300MW和600MW的考核機(jī)組生產(chǎn)制造技術(shù)，并且為熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了新的分塊控制模式。

1.1 機(jī)、爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

機(jī)、爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是當(dāng)前火電站運(yùn)行的主控系統(tǒng)，單元制機(jī)組的鍋爐和汽機(jī)之間存在密切的聯(lián)系，是不可分割的，由機(jī)、爐共同承擔(dān)著電網(wǎng)的供電量控制工作，確保風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行壓力穩(wěn)定。也就是要求由一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)、爐進(jìn)行控制，確保機(jī)、爐兩側(cè)的變化情況能夠降低到最小值，盡可能的減少兩者相互影響的數(shù)值，優(yōu)化參數(shù)控制[1]。

1.2 爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)

爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)則是火焰監(jiān)測(cè)和燃燒器管理，通過(guò)邏輯聯(lián)系實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的壓力保護(hù)和吹掃保護(hù)等。爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)可以根據(jù)不同的鍋爐爐型以及煤炭種類(lèi)來(lái)確定合理的保護(hù)邏輯條件，這種設(shè)置主要是為了防止由于邏輯保護(hù)條件設(shè)置不合理出現(xiàn)預(yù)警信號(hào)誤報(bào)現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而影響到鍋爐安全運(yùn)行出現(xiàn)爆炸事故。這種邏輯連鎖和控制裝置經(jīng)過(guò)不斷的完善和創(chuàng)新，逐漸從最原始的繼電器或者固態(tài)元件基礎(chǔ)進(jìn)一步演化成為可編程的邏輯控制器，應(yīng)用了更加先進(jìn)的技術(shù)，保證邏輯控制的安全可靠性。相應(yīng)的編輯軟件則是采用梯形圖編制，主要是為了便于后續(xù)修改控制流程[2]?；鹧姹O(jiān)測(cè)正確與否直接影響到后續(xù)工作的有序開(kāi)展，我國(guó)上海交通大學(xué)追趕國(guó)際腳步，采用傳像光纖和CCD開(kāi)發(fā)研究出來(lái)智能鍋爐燃燒火焰檢測(cè)裝置，能夠有效避免由于煤炭種類(lèi)的不同引起的燃點(diǎn)變化，從而造成火焰檢測(cè)出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象，有助于更為合理有效的了解到燃燒器火焰情況，還可以借助彩色圖像對(duì)燃燒器燃燒情況更加直觀的了解，以此來(lái)提升燃燒效率，降低能源損耗。

1.3 汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)

汽機(jī)控制系統(tǒng)最初是采用液壓調(diào)速系統(tǒng)，但是隨著電器元件和控制設(shè)備可靠性的不斷提高，進(jìn)一步提出采用高壓抗燃油伺服機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽機(jī)轉(zhuǎn)速、壓力和電功率的回路控制，做好閥門(mén)管理，豐富系統(tǒng)功能。對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的控制從最初的盤(pán)車(chē)開(kāi)始，逐漸從沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)、加速、增加負(fù)荷直到汽機(jī)正常運(yùn)行，接受電網(wǎng)的調(diào)度控制。更為重要的是，在確保電氣機(jī)組正常運(yùn)行的前提下，還應(yīng)該盡可能的延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，這樣才能讓機(jī)組創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

我國(guó)最初的汽機(jī)控制同樣是應(yīng)用液壓控制系統(tǒng)，在逐步發(fā)展和完善中，逐漸發(fā)展為模擬電調(diào)和數(shù)字電調(diào)，主要是借助模擬控制儀表和電子計(jì)算機(jī)得以實(shí)現(xiàn)，伴隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，應(yīng)用更加先進(jìn)的技術(shù)為機(jī)組運(yùn)行提供了更加安全可靠的保障。在上個(gè)世紀(jì)八十年代以來(lái)，我國(guó)先后進(jìn)口了30套300MW的火電機(jī)組，采用川電調(diào)的控制系統(tǒng)，具備機(jī)、爐協(xié)調(diào)控制功能，機(jī)組自啟動(dòng)功能，運(yùn)行參數(shù)顯示和報(bào)警功能等等。國(guó)產(chǎn)的早期數(shù)字電調(diào)系統(tǒng)主要是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，無(wú)論是硬件還是軟件配置不具備通用性特點(diǎn)，所以在后續(xù)維護(hù)和檢修工作開(kāi)展中存在一系列的困難和阻礙。為了能夠有效解決此類(lèi)問(wèn)題，相關(guān)數(shù)字電調(diào)廠商開(kāi)始不斷優(yōu)化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，在一定程度上顯著提高了軟件透明度，能夠有效提高產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，有助于更為合理的配置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。

1.4 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)主要是為后續(xù)調(diào)試人員機(jī)組調(diào)試提供數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)工作開(kāi)展提供參考依據(jù)。該系統(tǒng)具備告訴數(shù)據(jù)輸入輸出、性能計(jì)算、歷史數(shù)據(jù)調(diào)用、參數(shù)顯示以及警報(bào)等等。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最初引進(jìn)我國(guó)是在上個(gè)世紀(jì)八十年代，由于當(dāng)時(shí)我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平不高、計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度慢，所以更多的是應(yīng)用在數(shù)據(jù)計(jì)算和分析中，很容易受到客觀影響出現(xiàn)配置不合理的問(wèn)題，同時(shí)不具備多任務(wù)管理的功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多任務(wù)同時(shí)操作，數(shù)據(jù)處理效率不高。

經(jīng)過(guò)大量計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)踐，逐漸培養(yǎng)了一批高素質(zhì)、高水平的技術(shù)人員隊(duì)伍，并且形成了較為完善的計(jì)算機(jī)應(yīng)用管理制度，技術(shù)水平有了顯著提升。當(dāng)前，我國(guó)火電機(jī)組中開(kāi)始廣泛應(yīng)用以后總高檔工控微機(jī)和DAS，并且實(shí)現(xiàn)了硬件和軟件配置的優(yōu)化升級(jí)，采用更加人性化的中文互動(dòng)界面，有助于操作人員更加便捷的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)故障的自我診斷和修復(fù)功能，更容易被火力發(fā)電廠工作人員所接受，后續(xù)維修也更加便利。但是伴隨著微積分散控制系統(tǒng)DCS的出現(xiàn)，原本單純的DCS系統(tǒng)市場(chǎng)受到了嚴(yán)重的影響，我國(guó)的DAS產(chǎn)業(yè)為了迎合時(shí)代發(fā)展需要，謀求長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，不斷優(yōu)化和豐富系統(tǒng)功能，系統(tǒng)可靠性有了顯著提升，逐漸朝著微型化和智能化方向發(fā)展。

1.5 火電機(jī)組仿真裝置

就當(dāng)前我國(guó)的火電站仿真裝置設(shè)置來(lái)看，主要是在上個(gè)實(shí)際70年代由清華大學(xué)研制，主要是應(yīng)用在200MW機(jī)組技術(shù)人員培訓(xùn)工作中，隨后經(jīng)過(guò)技術(shù)的不斷完善和創(chuàng)新，逐漸引入300MW的機(jī)組仿真裝置。我國(guó)對(duì)于電力部門(mén)對(duì)于火電機(jī)組重視程度較高，投入資金力度不斷增加，在大型火電機(jī)組仿真培訓(xùn)裝置研發(fā)中取得了較為可觀的成效。

火電機(jī)組的仿真裝置內(nèi)容主要包括對(duì)正常機(jī)組運(yùn)行情況和事故工況下的機(jī)組啟動(dòng)、停止等過(guò)程，通過(guò)仿真裝置來(lái)訓(xùn)練發(fā)電機(jī)組運(yùn)行人員綜合能力，一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題造成機(jī)組停止運(yùn)行能夠憑借自身經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平進(jìn)行判斷，做出更加正確的分析，提高事故處理能力；同時(shí)還可以對(duì)多種運(yùn)行方式模擬實(shí)驗(yàn)，尋求更為合理的運(yùn)行方式，節(jié)省大量時(shí)間精力和成本；通過(guò)對(duì)不同系統(tǒng)控制方式的仿真試驗(yàn)，尋求最佳的控制方式。當(dāng)前我國(guó)生產(chǎn)的仿真裝置主要是以培訓(xùn)運(yùn)行人員實(shí)際故障問(wèn)題處理能力，同樣在相配套的軟件設(shè)計(jì)中，期望不斷提高仿真裝置的實(shí)時(shí)性和逼真度，從而進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)品適應(yīng)范圍，為我國(guó)的火力發(fā)電廠發(fā)展提供更加安全可靠的保障。

2 火力發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展前景

我國(guó)的多數(shù)大型火電廠開(kāi)始廣泛應(yīng)用DCS，自動(dòng)化技術(shù)投入比例逐漸升高，所取得的效果也十分明顯?？梢哉f(shuō)，DCS等先進(jìn)的控制系統(tǒng)對(duì)于大型火電廠而言已經(jīng)是必不可少的部分，很多火電廠的熱控系統(tǒng)投入率甚至高達(dá)92%以上。DCS在電廠自動(dòng)化水平提高基礎(chǔ)上，有助于為發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行提供更加堅(jiān)實(shí)的保障，受到更多電廠管理人員和運(yùn)行人員的支持和接受。此外，自動(dòng)化系統(tǒng)為火力發(fā)電廠帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的，能夠有效降低煤炭能源消耗，減少氣壓波動(dòng)問(wèn)題，一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題能夠自動(dòng)停止運(yùn)行，發(fā)出預(yù)警，及時(shí)有效的解決故障問(wèn)題，可以有效延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)組使用壽命。在未來(lái)發(fā)展中，火力發(fā)電廠的自動(dòng)化技術(shù)將逐漸實(shí)現(xiàn)爐、機(jī)、電控制一體化，機(jī)組的整組啟動(dòng)，并應(yīng)用先進(jìn)信息技術(shù)構(gòu)建信息管理系統(tǒng)，促使我國(guó)火力發(fā)電廠朝著更加現(xiàn)代化智能方向發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，火力發(fā)電廠面臨著嚴(yán)峻的市場(chǎng)考驗(yàn)，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)朝著自動(dòng)化方向發(fā)展，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)具有十分重要的促進(jìn)作用，應(yīng)該予以高度重視。

參考文獻(xiàn)：

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