火力發(fā)電廠中集散式控制系統(tǒng)的應(yīng)用

＊梁宇寧

（晉控電力山西長(zhǎng)治發(fā)電有限責(zé)任公司 山西 046000）

1.DCS技術(shù)發(fā)展概況

DCS系統(tǒng)也就是人們常說的分散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)最初以產(chǎn)品形式出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代，經(jīng)過了近四十年的不斷發(fā)展后，DCS系統(tǒng)已經(jīng)逐漸發(fā)展為一種成熟的技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)中。尤其是在電力行業(yè)中，不管是百萬機(jī)組還是中小型的火力發(fā)電廠，DCS系統(tǒng)都積極采用的分?jǐn)?shù)控制算法，促進(jìn)了發(fā)電廠生產(chǎn)能力和效率的全方位提升。DCS體系以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，融合通信、控制、傳達(dá)等技術(shù)構(gòu)建而成，將分散控制、統(tǒng)一管理作為該系統(tǒng)構(gòu)建的核心思想。DCS系統(tǒng)運(yùn)行前，電力企業(yè)應(yīng)該根據(jù)相應(yīng)目標(biāo)建立多個(gè)不同的子系統(tǒng)，然后將企業(yè)經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)整體任務(wù)分解為多個(gè)任務(wù)點(diǎn)并分配給子系統(tǒng)，由子系統(tǒng)將經(jīng)過深度處理的數(shù)據(jù)信息經(jīng)由中央處理器反饋至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以便于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一控制和調(diào)整。工作人員在實(shí)際操作的過程中，只需要通過中央控制室采集發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的數(shù)據(jù)信息，借助電氣控制手段提高發(fā)電廠設(shè)備運(yùn)行的效率。DCS系統(tǒng)自身具有穩(wěn)定性較強(qiáng)的特點(diǎn)，DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用，不僅減少了廠區(qū)內(nèi)電纜線路鋪設(shè)的程度，而且降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的效率。

目前，我國(guó)火力發(fā)電廠中應(yīng)用的DCS系統(tǒng)分成結(jié)構(gòu)主要有以下幾種。

(1)直接控制

由于發(fā)電廠生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，如果由直接控制層負(fù)責(zé)回路和其他機(jī)組控制，保證了發(fā)電廠生產(chǎn)過程中機(jī)組數(shù)據(jù)采集、故障點(diǎn)檢測(cè)、備用機(jī)組自動(dòng)化轉(zhuǎn)化以及數(shù)據(jù)信息交互傳遞的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)督管理目標(biāo)。

(2)過程管理

根據(jù)火力發(fā)電廠各個(gè)操作崗位的特點(diǎn)和要求，優(yōu)化和完善計(jì)算機(jī)生產(chǎn)過程中的設(shè)備參數(shù)，并將其保存至數(shù)據(jù)庫中以便于后期的使用。

(3)生產(chǎn)管理

火力發(fā)電廠技術(shù)人員必須通過在設(shè)備機(jī)組上手動(dòng)錄入生產(chǎn)數(shù)據(jù)的方式，設(shè)定企業(yè)生產(chǎn)的參數(shù)，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效率的有效提升。

(4)經(jīng)營(yíng)管理

經(jīng)營(yíng)管理作為DCS系統(tǒng)中的頂級(jí)管理層，其主要是通過對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)處理的方式，提高火力發(fā)電廠生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平，保證企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

2.火力發(fā)電廠電氣控制融入DCS系統(tǒng)的必要性

(1)實(shí)現(xiàn)集控運(yùn)行

DCS系統(tǒng)中包括的電氣系統(tǒng)監(jiān)控與操作等相關(guān)環(huán)節(jié)，不但保證了機(jī)組控制系統(tǒng)綜合化自動(dòng)控制目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，而且滿足了DCS終端上管理人員操作控制和實(shí)時(shí)監(jiān)督機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的目的。由于DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組中的推廣和應(yīng)用離不開管理人員的有效干預(yù)，所以，火力發(fā)電廠必須充分發(fā)揮DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控火力發(fā)電廠各個(gè)單元機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，才能在滿足集中控制發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的前提下，提高火力發(fā)電廠機(jī)組運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

(2)增強(qiáng)監(jiān)控能力

假設(shè)火力發(fā)電廠為所有發(fā)電機(jī)組均安裝先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，不僅滿足了發(fā)電機(jī)組向綜合自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變的要求，同時(shí)也促進(jìn)了火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組管理水平和能力的有效提升。DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)中的迅速推廣和應(yīng)用，幫助管理人員建立了完整的電氣控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)監(jiān)控體系，保證了電氣系統(tǒng)控制目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的發(fā)電機(jī)組綜合自動(dòng)化運(yùn)行目標(biāo)，降低了人為失誤對(duì)發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行產(chǎn)生的影響。

(3)提升自動(dòng)水平

火力發(fā)電廠內(nèi)部的電氣控制系統(tǒng)與其他類型的控制系統(tǒng)相比，有著本質(zhì)上的區(qū)別，此類系統(tǒng)的自動(dòng)化水平較之傳統(tǒng)控制系統(tǒng)也相對(duì)更高，其主要以具備智能監(jiān)控性能的系統(tǒng)為主。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，DCS設(shè)備的類型也呈現(xiàn)出日趨多樣的發(fā)展趨勢(shì)，DCS系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的緊密融合，實(shí)現(xiàn)了火力發(fā)電廠設(shè)備一體化控制目標(biāo)，提高了火力發(fā)電廠設(shè)備管理的水平和質(zhì)量。而且減輕了工作人員的工作強(qiáng)度，操作人員只需在控制中心調(diào)節(jié)相關(guān)設(shè)備，即可保證各個(gè)發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了發(fā)電廠的生產(chǎn)效率，為火力發(fā)電廠的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.DCS技術(shù)在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

(1)熱工測(cè)點(diǎn)保護(hù)發(fā)電設(shè)備

火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中的設(shè)備和環(huán)境溫度是判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵。比如，爐膛燃燒、輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等設(shè)備的運(yùn)行溫度都是判斷發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)是否正常的關(guān)鍵指標(biāo)。發(fā)電廠采用的DCS系統(tǒng)提供的測(cè)點(diǎn)反饋數(shù)據(jù)不但可以應(yīng)用操作人員判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)參考，同時(shí)還可根據(jù)電氣控制體系的特點(diǎn)，起到保護(hù)設(shè)備回路的作用。比如，工作人員在調(diào)節(jié)蒸汽溫度的過程中，借助DCS系統(tǒng)采集集箱出口的溫度，并在II級(jí)減溫控制系統(tǒng)中合理調(diào)節(jié)出口氣溫，在溫度調(diào)節(jié)完成后，通過對(duì)減溫閘門考核度的合理調(diào)整，有效控制火力發(fā)電廠運(yùn)行溫度。由于熱貢保護(hù)單元中的連鎖回路、溫度測(cè)點(diǎn)等都屬于DCS的控制范圍內(nèi)，因此，操作人員應(yīng)該通過DCS系統(tǒng)開展水泵軸承溫度超高、停運(yùn)給煤機(jī)、汽輪機(jī)推力瓦、軸瓦等設(shè)備的溫度調(diào)節(jié)與保護(hù)工作，充分發(fā)揮熱工測(cè)點(diǎn)在火力發(fā)電廠自動(dòng)化控制中所發(fā)揮的重要作用，制定科學(xué)合理的溫度測(cè)量工作，才能在保證數(shù)值測(cè)量和讀取準(zhǔn)確性的前提下，提高熱工測(cè)點(diǎn)的效率，為火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支持。

(2)電氣參數(shù)控制

操作人員在借助DCS系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)組電氣參數(shù)時(shí)，不但可以準(zhǔn)確讀取發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行電壓、電流等信號(hào)，而且通過對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行功率、電抗、相位等二次電機(jī)參數(shù)的進(jìn)一步確認(rèn)，保證了電機(jī)開關(guān)、斷路器、接觸器等設(shè)備動(dòng)作調(diào)整的統(tǒng)一性，提高了發(fā)電機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)控制的效果。以往火力發(fā)電機(jī)組未安裝DCS系統(tǒng)前，針對(duì)發(fā)電機(jī)組電氣參數(shù)的控制主要作用于線圈中，雖然在這種控制模式下數(shù)值的輸入、輸出操作表面上看非常簡(jiǎn)單。但實(shí)際上在整個(gè)交流回路中，控制裝置輸出結(jié)果經(jīng)常因?yàn)槌霈F(xiàn)相互交叉的情況，影響參數(shù)控制的精度。隨著DCS分散式處理方式的推廣和應(yīng)用，發(fā)電機(jī)組在實(shí)施運(yùn)行過程中的抗干擾能力也隨之得到了顯著提升。此外，由于電能產(chǎn)生的過程，操作人員并不需要調(diào)整發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的參數(shù)，只需要按照要求切換電氣控制系統(tǒng)即可，經(jīng)過這樣的操作過程，不但保證了發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的效率，而且為火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組運(yùn)行控制模式的創(chuàng)新提供了技術(shù)支持。

(3)裝置時(shí)鐘統(tǒng)一

由于火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組的電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中需要經(jīng)過多個(gè)不同的環(huán)節(jié)，所以，為了保證不同發(fā)電機(jī)組上電氣設(shè)備的統(tǒng)一運(yùn)行，操作人員應(yīng)該通過在各個(gè)發(fā)電機(jī)組上安裝時(shí)鐘的方式，滿足設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間控制要求。根據(jù)火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)建的要求，發(fā)電廠應(yīng)該針對(duì)各個(gè)發(fā)電機(jī)組采取相同的頻率模式，保證時(shí)鐘設(shè)備在動(dòng)作過程中，發(fā)電機(jī)組設(shè)備頻率保持一致，才能達(dá)到有效提升發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率的目的。DCS技術(shù)在發(fā)電機(jī)組電氣控制系統(tǒng)中的推廣和應(yīng)用，主要是通過開展分散單元集中管理的方式，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的目的。為了提高發(fā)電機(jī)組統(tǒng)一控制與運(yùn)行的效率，發(fā)電廠應(yīng)該在電氣設(shè)備操作的過程中，分別在各個(gè)機(jī)組中安裝時(shí)鐘，運(yùn)用DCS系統(tǒng)準(zhǔn)確讀取各個(gè)時(shí)鐘的數(shù)值，以便于工作人員統(tǒng)一的進(jìn)行各個(gè)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的調(diào)整和優(yōu)化，確保發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行不受影響。此外，火力發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中，在電氣控制系統(tǒng)中安裝時(shí)鐘，采集、整理和分析發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)隱性，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中存在的各種問題，提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。

(4)單元通信監(jiān)控

通信監(jiān)控作為DCS系統(tǒng)的核心組成部分之一，為了有效提升DCS系統(tǒng)控制的效果，火力發(fā)電廠必須進(jìn)一步加強(qiáng)DCS技術(shù)在通信內(nèi)容監(jiān)控中應(yīng)用研究的力度。通常情況下，安裝于主控室中的DCS系統(tǒng)主要包括了LCD、中控計(jì)算機(jī)以及其他外圍設(shè)備等。在這其中LCD在整個(gè)DCS系統(tǒng)中，主要是通過顯示器，向工作人員及時(shí)準(zhǔn)確反饋發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)變化、故障狀態(tài)等信息，為操作人員調(diào)整發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠電氣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用，主要是利用ECS裝置實(shí)現(xiàn)的，借助ECS對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，然后將斷路器、接觸器、顯示面板等設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行電流、電壓的目的。

4.結(jié)束語

總之，集散式控制系統(tǒng)作為一種應(yīng)用成熟且先進(jìn)的控制系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠的日常生產(chǎn)中?；鹆Πl(fā)電廠應(yīng)該根據(jù)自身發(fā)展的實(shí)際情況，深入研究和探討DCS控制系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中應(yīng)用研究的力度，從總體上開展集散式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略的研究，充分發(fā)揮集散式控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，遠(yuǎn)程控制火力發(fā)電廠各個(gè)發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，為火力發(fā)電廠的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。