熱工控制與電氣控制的有效配合方案研究

王億，王慶友，邵力軍

（1.中油電能氣電公司；2.中油電能熱電二公司 黑龍江，大慶 163000）

從當(dāng)前電廠運(yùn)行模式來(lái)看，加快熱工控制和電氣控制的有效連接與配合是提升生產(chǎn)效率，保證運(yùn)行穩(wěn)定、安全的首要任務(wù)。在傳統(tǒng)模式當(dāng)中，這兩種系統(tǒng)為獨(dú)立存在，從實(shí)際情況上看，只有當(dāng)其進(jìn)行密切、高效的配合時(shí)，才能夠最大程度上發(fā)揮出具體功效，整體上提高生產(chǎn)運(yùn)行的自動(dòng)化水平。

1 熱工控制和電氣控制的應(yīng)用情況

電能的應(yīng)用與生產(chǎn)都離不開(kāi)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行，其中各環(huán)節(jié)所實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力，直接影響電力供給穩(wěn)定性與安全性能。同時(shí)對(duì)相關(guān)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到一定作用。在電廠實(shí)際運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，系統(tǒng)設(shè)備工作情況的控制，大部分都是利用人工來(lái)完成，或者由電氣來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。而這兩個(gè)控制系統(tǒng)一直以來(lái)都劃分成為了兩個(gè)獨(dú)立性較強(qiáng)的系統(tǒng)，長(zhǎng)時(shí)間保持單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)，就算出現(xiàn)特殊情況時(shí)，這兩個(gè)系統(tǒng)之間也僅僅會(huì)進(jìn)行一部分的配合，兩者關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到密切的程度。所以，想要保證上述兩個(gè)控制系統(tǒng)之間能夠有效配合，最大化的發(fā)揮出來(lái)二者功能，就需要實(shí)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)與熱工控制系統(tǒng)的密切融合，只有這樣，才能夠進(jìn)一步加快電廠中自動(dòng)化水平的提升，同時(shí)還能優(yōu)化實(shí)際生產(chǎn)效率，給企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)現(xiàn)熱工控制主要是DCS系統(tǒng)的應(yīng)用，在該系統(tǒng)最早使用過(guò)程中主要的操作內(nèi)容可分為四項(xiàng)：SCS、FSSS、MCS以及DAS。隨著電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，電廠中很多大容量機(jī)組中的下屬控制系統(tǒng)已經(jīng)投入使用了DCS系統(tǒng)，而且已經(jīng)在脫硫、脫硝等過(guò)程中取得了良好應(yīng)用效果。因此DCS系統(tǒng)的最大化使用、控制已經(jīng)能夠成功實(shí)現(xiàn)。市場(chǎng)中有一部分電廠已經(jīng)將用電系統(tǒng)和電氣組的多種控制工作加入到DCS里的SCS功能當(dāng)中，這也讓ETS的控制功能很大程度上的被DCS系統(tǒng)所取代，完成DCS與DEH之間的高度融合。大力建設(shè)并利用一體化的熱工控制系統(tǒng)，進(jìn)一步推動(dòng)DCS技術(shù)在相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

當(dāng)前電氣控制中的ECS系統(tǒng)是由單元機(jī)組和公用電氣兩個(gè)部分所組成的。這兩種組成部分所針對(duì)的方向與應(yīng)用情況有所區(qū)別。通常情況下，其中的低壓分段設(shè)備、隔離開(kāi)關(guān)、高壓及組斷路器都是利用單元機(jī)組所控制。同時(shí)在公用電氣環(huán)節(jié)，系統(tǒng)當(dāng)中的控制范圍包含了變壓器、公用變分段開(kāi)關(guān)、廠區(qū)開(kāi)關(guān)等，還有有限電能的分支開(kāi)關(guān)等環(huán)節(jié)。所以，想要保證其中熱工系統(tǒng)可以和電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緊密的聯(lián)系，最方便的措施就是將電氣系統(tǒng)連接到熱工系統(tǒng)里。在實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)與熱工系統(tǒng)的高效配合時(shí)，一般采用的接入方式有三種，分別是硬接線方案、硬接線結(jié)合通信方案、保留硬接線結(jié)合通信方案。這幾種不同的接入方式，其所擁有的優(yōu)缺點(diǎn)也有所不同，所以需要根據(jù)電廠實(shí)際運(yùn)行情況，探究出應(yīng)用效果最佳的接入方案。

2 實(shí)現(xiàn)熱工與電子控制的有效配合方案

2.1 硬接線方法

硬接線是指利用硬接線將電氣控制系統(tǒng)直接加入到熱工控制系統(tǒng)當(dāng)中，能夠接入的信息包括開(kāi)關(guān)輸入量、模擬量輸入信息等內(nèi)容，其接入方式是利用空節(jié)點(diǎn)和直流信號(hào)。把電氣控制系統(tǒng)（ECS）直接融合到熱工控制系統(tǒng)（DCS）里，能夠有效利用其中的顯示裝置，從而完成對(duì)電氣設(shè)備信息的管理及調(diào)整。使用這一功能還可以保障電氣控制在運(yùn)行時(shí)能夠具備更加高效的可靠性與安全性，實(shí)現(xiàn)熱工控制系統(tǒng)的控制范圍的也在逐步擴(kuò)大，加快電廠中對(duì)機(jī)電系統(tǒng)一體化監(jiān)控的落實(shí)。該方法的優(yōu)勢(shì)相對(duì)比較明顯，在使用相應(yīng)方案后的模件柜可以集中管理設(shè)置，后期開(kāi)展維護(hù)與管理工作也會(huì)更加方便，為設(shè)備的良好運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。除此之外，利用硬接線還能夠讓信號(hào)在傳輸過(guò)程減少不必要的復(fù)雜環(huán)節(jié)，提高現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)反饋速度，具備較強(qiáng)的可靠性。在連接時(shí)，如果能夠優(yōu)化電纜連接的穩(wěn)定性，就可以減少對(duì)應(yīng)故障出現(xiàn)的可能性，優(yōu)化維護(hù)工作效率。

但在當(dāng)前時(shí)代發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)分析具體應(yīng)用情況可發(fā)現(xiàn)，這種配合方案仍具有一定缺點(diǎn)，其前期的投入力度比較大，而且在施工過(guò)程時(shí)操作比較繁瑣，實(shí)際輸送信息數(shù)量不多，不具備良好的擴(kuò)展效果。另外，這種方式還需要在用電回路里獨(dú)立設(shè)置表計(jì)，不能實(shí)現(xiàn)一體化抄表，信息自動(dòng)化操作水平相對(duì)比較低，某些測(cè)點(diǎn)需重復(fù)配置、浪費(fèi)資源。

2.2 硬接線與通信結(jié)合方法

在該種接入方式中，DCS系統(tǒng)仍然保留傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的全部硬接線，而ECS系統(tǒng)為分層式結(jié)構(gòu)，涵蓋了站控層、間隔層、通信層等。站控層中可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控工作，還能夠給熱工控制系統(tǒng)創(chuàng)造更好的控制途徑。間隔層主要是由各種型號(hào)的測(cè)控裝置、儀表組成，用于數(shù)據(jù)采集上傳。而在通信層里，通信管理設(shè)備是關(guān)鍵組成設(shè)備，利用一定的通信協(xié)議和接口可以實(shí)現(xiàn)電氣控制和熱工控制的聯(lián)網(wǎng)合作。利用硬接線和通信結(jié)合的方法，熱工控制系統(tǒng)不用再對(duì)過(guò)多的設(shè)備進(jìn)行配置就可以獲得更完善的數(shù)據(jù)信息，具有更好的可擴(kuò)展性能。另外，不需要單獨(dú)設(shè)置電能表就可以實(shí)現(xiàn)信息的輸送，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的自動(dòng)化抄表，同時(shí)還能夠提高電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。另外電氣系統(tǒng)有很高的自動(dòng)化能力，能夠進(jìn)行事故追憶、事故分析、避免誤閉鎖等操作，夠在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程倒送長(zhǎng)用電操作，自動(dòng)化水平相對(duì)較高。但該方法也具有一定缺點(diǎn)，首先通信設(shè)備在實(shí)際通信時(shí)會(huì)受到一定制約，易發(fā)生故障，使整個(gè)系統(tǒng)通信的效果受到影響。相比較于直接的硬接線連接方案，該方法在數(shù)據(jù)信息運(yùn)作、傳輸、應(yīng)用時(shí)會(huì)發(fā)生很多的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，這就使得信息應(yīng)用的可靠性以及時(shí)效性受到影響。其次，節(jié)點(diǎn)多而且比較分散，對(duì)于多臺(tái)機(jī)組，要按照分期方式建設(shè)，這對(duì)系統(tǒng)容量擴(kuò)展方面有較高要求。除此之外，電氣控制系統(tǒng)中的站控層、通信層設(shè)備配置復(fù)雜，電廠的熱工控制系統(tǒng)在成本投入時(shí)，其中65～75%的資金使用在購(gòu)買(mǎi)進(jìn)口設(shè)備上，導(dǎo)致資金需求的提升，并不能有效降低成本。

2.3 保留硬接線與通信結(jié)合的方式

保留硬接線結(jié)合通信方式可以歸類(lèi)成為軟信息和硬信息聯(lián)動(dòng)接入的方法，即要求ECS系統(tǒng)的I/O信息以通信方式接入到DCS系統(tǒng)中，而其中關(guān)鍵設(shè)備依然保留DCS硬接線。之所以省略大量硬接線，是因?yàn)镈CS系統(tǒng)主要關(guān)心的是汽機(jī)鍋爐的安全，而大量的電氣信息相對(duì)次要，因此廠用電可不再大量使用硬接線。利用這種方案，可保證電氣控制里的信息能利用通信途徑就直接傳輸?shù)綗峁た刂葡到y(tǒng)里。由于一些設(shè)備使用硬接線的方式與熱工控制系統(tǒng)融合，所以能夠保證發(fā)生故障或停運(yùn)的情況下，這些關(guān)鍵設(shè)備能夠及時(shí)得到啟?？刂?，進(jìn)一步加強(qiáng)運(yùn)行時(shí)的可靠性。而該接入方案可以使用間隔層中的保護(hù)測(cè)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)操作，依照電廠中的自動(dòng)化控制性能，保證開(kāi)關(guān)量輸入、輸出、模擬量輸入等多種操作過(guò)程的重要環(huán)節(jié)可以與熱工控制系統(tǒng)里的控制器達(dá)成高效通信。保證電氣控制中的I/O能夠很好的參與到具體熱工控制過(guò)程當(dāng)中，利用分散控制操作優(yōu)化整體控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電氣控制中系統(tǒng)可以有效減少接線數(shù)量，確保熱工控制系統(tǒng)使用較少卡件，就可以有效節(jié)約電纜以及橋架的施工使用量，同時(shí)還能夠讓維護(hù)工作變得更加方便。利用此種接入方式，能夠給電氣控制系統(tǒng)和熱工控制系統(tǒng)之間的通信過(guò)程提供保障，使其得到更加全面、精準(zhǔn)的信息，讓兩者運(yùn)行過(guò)程中可以具備更好的協(xié)作性。

2.4 多種方案比較

目前三種方案中，顯然方案（2.3）要比方案（2.2）更加經(jīng)濟(jì)，在穩(wěn)定性影響不大的情況下，保留硬接線與通信結(jié)合方式更具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。結(jié)合一些實(shí)際工程案例進(jìn)行分析，與硬接線方式相比較，我們發(fā)現(xiàn)保留硬接線與通信結(jié)合方式的DCS中I/O點(diǎn)可減少約1/3，這就減少了相應(yīng)電纜及橋架數(shù)量，同時(shí)可以減去中、低壓開(kāi)關(guān)柜中相應(yīng)的變送器。在資金投入成本上，能夠有效減少投資成本，同時(shí)維護(hù)相對(duì)方便，在經(jīng)濟(jì)性上更有優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，純硬接線初期投入成本較高，經(jīng)濟(jì)性較差，動(dòng)工維護(hù)難度大、成本高，信息的利用率低，便捷性差，已落后，而使用留硬接線與通信結(jié)合方式將成為主流。對(duì)于使用通信方式，把電氣控制系統(tǒng)與熱工控制系統(tǒng)相融合，更加便捷高效，隨著相應(yīng)技術(shù)逐步完善，設(shè)備可靠性增強(qiáng)，其優(yōu)勢(shì)會(huì)愈發(fā)明顯，在未來(lái)研究與發(fā)展的空間較廣闊。