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

徐凡軍

摘 要：電氣自動(dòng)化技術(shù)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，在工業(yè)制造、建筑等行業(yè)都得到應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)逐漸滲透到火電廠中，有效提升火電廠工作效率，電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性大幅提升。本文圍繞電氣自動(dòng)化技術(shù)展開討論，總結(jié)其在火力發(fā)電中的創(chuàng)新，結(jié)合電氣自動(dòng)化技術(shù)功能，構(gòu)建火力發(fā)電自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火力發(fā)電的全程監(jiān)管，目前電氣自動(dòng)化技術(shù)還在不斷完善中。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化;系統(tǒng)構(gòu)建;創(chuàng)新應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.099

0 引言

火力發(fā)電的主要原料是煤炭，目前火力發(fā)電已經(jīng)實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制，在自動(dòng)化技術(shù)的支持下，電氣系統(tǒng)功能更加健全，系統(tǒng)穩(wěn)定性有所提升。人類對(duì)電能的需求量很大，傳統(tǒng)的火電廠每年發(fā)電會(huì)浪費(fèi)大量原材料，系統(tǒng)故障、管理不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е虏牧蠐p耗大，電氣自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)有效解決此問(wèn)題，資源利用率提升，火電廠輸出電量增加，但原料消耗保持不變，可見此項(xiàng)技術(shù)在火力發(fā)電中的重要作用。

1 火力發(fā)電中電氣自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新

1.1 電氣全通信控制

現(xiàn)階段我國(guó)火電廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，但電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中還存在缺陷，通信可靠性受到限制，集散控制系統(tǒng)功能缺失，全通信控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為解決上述問(wèn)題，需對(duì)熱工工藝連鎖缺陷進(jìn)行創(chuàng)新。在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，熱加工過(guò)程由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，借助相關(guān)軟件完成工藝編程，在計(jì)算機(jī)軟件中對(duì)加工工藝進(jìn)行模擬，對(duì)工藝瑕疵加以改善，實(shí)際加工也需集散控制系統(tǒng)參與實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工的全過(guò)程控制。自動(dòng)化技術(shù)的融入，改變局部通信控制缺陷，提升火電廠發(fā)電效益。

1.2 單元爐機(jī)組被統(tǒng)一

單元爐機(jī)組是目前火電廠的重點(diǎn)創(chuàng)新對(duì)象，將機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)一，從而降低發(fā)電成本。將單元爐機(jī)組逐步融入到機(jī)電一體化監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)火力發(fā)電的全方位監(jiān)控。機(jī)、爐、電單元監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)诫姀SDSC系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在全面監(jiān)控下，火電機(jī)組控制能力增強(qiáng)，在保證其正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，適當(dāng)將控制室縮小，控制成本隨之降低。將單元爐機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一，管理系統(tǒng)搜集信息更加方便，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電的統(tǒng)一管理，發(fā)電廠工作效率提升，管理工作井然有序。

1.3 構(gòu)建通用化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)建關(guān)系密切。構(gòu)建通用網(wǎng)絡(luò)首先要對(duì)通信產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行審查，結(jié)合發(fā)電廠實(shí)際選擇最合適產(chǎn)品。其次是按照網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將通信產(chǎn)品安裝到系統(tǒng)相應(yīng)位置，安裝作業(yè)必須全程監(jiān)控，防止系統(tǒng)線路誤接、漏裝設(shè)備等現(xiàn)象。最后對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)試運(yùn)行，將監(jiān)控、管理等系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)輸入進(jìn)去，在此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行模擬運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行故障對(duì)結(jié)構(gòu)稍加調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的順暢運(yùn)行。

1.4 創(chuàng)新保護(hù)方式

將自動(dòng)化技術(shù)融入報(bào)警系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)也在運(yùn)行。報(bào)警系統(tǒng)會(huì)對(duì)運(yùn)行故障進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和診斷，給出最佳解決方案，同時(shí)對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)監(jiān)測(cè)，分析運(yùn)行中存在的隱藏風(fēng)險(xiǎn)，在系統(tǒng)定期維護(hù)時(shí)拔除隱藏風(fēng)險(xiǎn)，保證電氣系統(tǒng)順利運(yùn)行[1]。隨著電氣技術(shù)的不斷創(chuàng)新，火力發(fā)電效率更高，系統(tǒng)管理更加智能化。

2 構(gòu)建火力發(fā)電的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

火力發(fā)電原料是煤炭，發(fā)電過(guò)程用到過(guò)發(fā)電機(jī)、水泵等多種設(shè)備，如圖1所示是火電廠發(fā)電過(guò)程示意圖，從中可看到發(fā)電過(guò)程是比較復(fù)雜的，因此需要監(jiān)控系統(tǒng)必不可少。

監(jiān)控系統(tǒng)包括以下組成部分：（1）發(fā)電機(jī)、變壓器運(yùn)行情況監(jiān)控模塊。（2）勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況監(jiān)控。（3）對(duì)用電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，防止漏電、觸電事故。（4）電源切換系統(tǒng)監(jiān)控，保證啟動(dòng)電源和備用電源自如切換。（5）報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)控，保證系統(tǒng)運(yùn)行正常。（6）直流、UPS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。（7）水循環(huán)、加熱等系統(tǒng)的監(jiān)控，確保系統(tǒng)運(yùn)行正常。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能分析

在上述監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)思基礎(chǔ)上，將保護(hù)、通信等功能全部集中到電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，系統(tǒng)功能更加豐富，新系統(tǒng)應(yīng)該具備以下功能：監(jiān)控系統(tǒng)功能完善，可同時(shí)對(duì)高低壓系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)等進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，讓系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài);信息系統(tǒng)全面，對(duì)電能輸送量、設(shè)備故障等信息記錄整理，并收錄歷史數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)后期維護(hù)提供資料;系統(tǒng)具有對(duì)時(shí)功能，信息傳輸時(shí)間被準(zhǔn)確記錄;組建DCS系統(tǒng)，結(jié)合通信接口，實(shí)現(xiàn)信息調(diào)度，不同區(qū)域電廠可進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。此外，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)具有自我檢測(cè)功能，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，降低發(fā)電中的事故發(fā)生率。

自動(dòng)化系統(tǒng)將電氣、熱控技術(shù)自然融合起來(lái)，符合火電廠人員的管理習(xí)慣，系統(tǒng)自動(dòng)化程度提升，管理工作方便快捷。

2.3 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由三部分組成，包括DCS層、網(wǎng)絡(luò)層和間隔層。操作員站是DSC系統(tǒng)的主要組成部分，這些系統(tǒng)都可以放在主控室，DSC、調(diào)度等還包括工程師站和通信站，網(wǎng)絡(luò)層為光纖自愈網(wǎng)，間隔層包含設(shè)備較多，如勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組等。系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)形式，每個(gè)單元相互獨(dú)立又存在一定聯(lián)系，結(jié)構(gòu)清晰且操作簡(jiǎn)單。單個(gè)模塊自動(dòng)完成間隔保護(hù)、測(cè)控等功能，各獨(dú)立單元共同組成間隔層，通過(guò)總線技術(shù)將其直接連接到互聯(lián)網(wǎng)，最終信息進(jìn)入主站系統(tǒng)。IEC 60870-5-103、IEC60870-5-104是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中遵循的傳輸規(guī)約，有效保證系統(tǒng)可靠性[2]。電廠使用的智能設(shè)備，通過(guò)RS232、RS485等類型接口直接與系統(tǒng)相連，接口數(shù)據(jù)不斷轉(zhuǎn)換傳輸，將設(shè)備信息傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)中。

3 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)

高低壓設(shè)備、發(fā)電機(jī)組等運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程處于系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)下，火力發(fā)電過(guò)程安全性提升，工作人數(shù)減少，系統(tǒng)可自動(dòng)整理、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，確保發(fā)電過(guò)程順利進(jìn)行。經(jīng)過(guò)改良設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)功能齊全，其功能包括：

（1）對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和整理，間隔層設(shè)備是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，設(shè)備元件脈沖量、開關(guān)量等參數(shù)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)達(dá)到系統(tǒng)主站，被系統(tǒng)分析處理后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，管理員可自由設(shè)置報(bào)表，如日?qǐng)?bào)、月報(bào)等。（2）顯示監(jiān)控畫面，各系統(tǒng)接線、運(yùn)行情況被收錄到系統(tǒng)中，管理者可直接調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中通過(guò)圖像顯示出來(lái)，系統(tǒng)還能自動(dòng)分析電壓、負(fù)荷變化曲線。（3）控制閉鎖、打印等功能，若系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，隔離開關(guān)、電閘等會(huì)接收到故障信號(hào)自動(dòng)關(guān)閉，提醒工作人員盡快維修。在計(jì)算機(jī)中顯示的圖像、報(bào)表等數(shù)據(jù)，聯(lián)網(wǎng)后能打印出來(lái)。（4）故障診斷、定值管理。將系統(tǒng)正常運(yùn)行波段錄入計(jì)算機(jī)，監(jiān)控時(shí)作為參照波段，若系統(tǒng)運(yùn)行波段變化，表示設(shè)備出現(xiàn)故障。在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置運(yùn)行定值，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行超過(guò)此定值，報(bào)警裝置響起，系統(tǒng)強(qiáng)制關(guān)閉，維修完成后再次啟動(dòng)系統(tǒng)即可。（5）電氣試驗(yàn)特性，在此特性影響下，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)火力發(fā)電運(yùn)行狀況更加敏感，數(shù)據(jù)分析更加準(zhǔn)確。此外，系統(tǒng)中有專門裝置負(fù)責(zé)開關(guān)、功能等切換，不會(huì)降低火力發(fā)電速度。

電氣自動(dòng)化技術(shù)為火電廠帶來(lái)的好處是巨大的，在電氣系統(tǒng)的有序監(jiān)管下，年發(fā)電量增加，發(fā)電過(guò)程更加安全。目前此技術(shù)還在不斷改進(jìn)，斷路器是首要改造目標(biāo)，改造以延長(zhǎng)斷路器壽命為主，盡量采用性能較好元件，輔助點(diǎn)接線改造成雙輔助點(diǎn)觸點(diǎn)，提升信息傳輸精度。其次是對(duì)高壓開關(guān)柜進(jìn)行改造，控制好開關(guān)柜間距，提高開關(guān)柜絕緣水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

信息技術(shù)的不斷發(fā)展，讓電力行業(yè)工作者逐漸擺脫人工作業(yè)狀態(tài)，大量自動(dòng)化設(shè)備被引入到火力發(fā)電廠中。以電氣自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)，研究出相應(yīng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)火力發(fā)電過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和管理，在有序管理下，煤炭利用率提升，發(fā)電過(guò)程很少出現(xiàn)事故，發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。電氣自動(dòng)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電力自動(dòng)管理的核心，此技術(shù)的新功能還在開發(fā)階段。

參考文獻(xiàn)：

[1]張劍冰，張曉云.火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2016（21）：79-80.

[2]國(guó)平.火力發(fā)電廠中電氣自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用分析[J].中國(guó)科技縱橫，2016（06）：168.