火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性研究

［關(guān)鍵詞］火電廠；熱控自動(dòng)化系統(tǒng)；穩(wěn)定性；因素分析；運(yùn)維管理

［中圖分類號(hào)］TM621 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0108–03

1火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)使用現(xiàn)狀

火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)在近年來(lái)得到了快速發(fā)展，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已成為現(xiàn)代火電廠不可或缺的重要組成部分。傳統(tǒng)的人工控制方式已逐漸被自動(dòng)化控制所取代，先進(jìn)的DCS（分散控制系統(tǒng)）和FCS（火電廠控制系統(tǒng)）等技術(shù)被廣泛應(yīng)用。DCS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)火電廠的集中控制，包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等主要設(shè)備，并通過(guò)人機(jī)界面（HMI）提供直觀的操作界面，方便操作人員監(jiān)控和控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。FCS 系統(tǒng)則更專注于火電廠的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒、汽輪機(jī)調(diào)速、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的精確控制，確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。除了傳統(tǒng)的DCS 和FCS 系統(tǒng)，近年來(lái)還出現(xiàn)了基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的智能熱控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)、控制和優(yōu)化，進(jìn)一步提升火電廠的運(yùn)行效率和能源利用率。

2影響火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素分析

2.1環(huán)境因素影響系統(tǒng)運(yùn)行

火電廠運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，高溫高濕環(huán)境會(huì)加速系統(tǒng)硬件設(shè)備老化，降低元器件性能，甚至導(dǎo)致設(shè)備故障。例如，控制柜內(nèi)部的溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致元器件的電氣性能下降，進(jìn)而影響系統(tǒng)控制精度。高濕度環(huán)境會(huì)導(dǎo)致設(shè)備表面凝結(jié)水珠，造成電路短路，引發(fā)系統(tǒng)故障。機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲會(huì)影響系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)作。例如，傳感器在振動(dòng)環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生誤差，影響控制精度。此外，來(lái)自其他設(shè)備的電磁干擾也會(huì)影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致控制偏差。例如，高壓電磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)誤碼，影響系統(tǒng)控制指令的準(zhǔn)確執(zhí)行。

2.2系統(tǒng)故障影響正常運(yùn)行

熱控自動(dòng)化系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，任何一部分出現(xiàn)故障都會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。硬件故障包括控制柜、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備的故障，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制失效。例如，控制柜內(nèi)部的電源模塊故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)斷電，無(wú)法正常工作；傳感器出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法獲取準(zhǔn)確的運(yùn)行數(shù)據(jù)，影響控制精度；執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法執(zhí)行控制指令，影響機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。軟件故障包括軟件程序存在漏洞或錯(cuò)誤，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行異常。例如，軟件程序中的邏輯錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制指令錯(cuò)誤，影響機(jī)組安全運(yùn)行。此外，通信故障也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。例如，網(wǎng)絡(luò)連接故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法與其他設(shè)備通信，影響系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

2.3操作因素影響系統(tǒng)運(yùn)行

操作人員的操作水平和維護(hù)意識(shí)對(duì)熱控自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。操作失誤會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)偏差，甚至引發(fā)安全事故。例如，操作人員誤操作導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，可能會(huì)引發(fā)機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)行，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞。維護(hù)不到位會(huì)導(dǎo)致設(shè)備老化、性能下降，增加故障發(fā)生率。例如，設(shè)備沒(méi)有定期維護(hù)，導(dǎo)致設(shè)備積塵、腐蝕，容易出現(xiàn)故障。此外，操作人員缺乏專業(yè)知識(shí)和技能，也會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。例如，操作人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，導(dǎo)致故障擴(kuò)大，影響機(jī)組正常運(yùn)行。

3保障火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效措施

3.1改善系統(tǒng)功能單元設(shè)計(jì)

為了提高火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要從系統(tǒng)功能單元的設(shè)計(jì)入手，進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)：①提高硬件設(shè)備的可靠性，選用抗干擾性能強(qiáng)的元器件。例如，選擇耐高溫、抗潮濕、抗振動(dòng)的元器件，以適應(yīng)火電廠復(fù)雜多變的運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)，要加強(qiáng)設(shè)備的防腐蝕處理，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。②采用冗余設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)關(guān)鍵部件的可靠性。例如，采用雙電源供電、雙通道通信等冗余設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)在單個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，仍然能夠正常運(yùn)行。③加強(qiáng)系統(tǒng)硬件的防雷防靜電措施，防止雷擊和靜電對(duì)設(shè)備造成損壞。④軟件設(shè)計(jì)方面，優(yōu)化軟件程序，提高軟件的抗干擾能力。例如，采用模塊化設(shè)計(jì)，將軟件程序劃分為不同的功能模塊，提高軟件的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。同時(shí)，要采用嚴(yán)格的測(cè)試方法，對(duì)軟件進(jìn)行充分的測(cè)試，確保軟件的穩(wěn)定性和可靠性。此外，要定期更新軟件版本，修復(fù)軟件漏洞，提升軟件的安全性。

3.2添加系統(tǒng)控制硬件

為了提高火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還可以通過(guò)添加一些控制硬件來(lái)提升系統(tǒng)的可靠性。例如：①添加UPS 電源，保證系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性。UPS 電源能夠在市電出現(xiàn)故障的情況下，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。②添加濾波器，消除電磁干擾。濾波器可有效濾除來(lái)自其他設(shè)備的電磁干擾，減少干擾對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。③添加隔離器，防止不同系統(tǒng)之間相互影響。隔離器可將不同的系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，防止相互之間的干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如可將控制系統(tǒng)與通信系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，防止通信系統(tǒng)故障影響控制系統(tǒng)運(yùn)行。④添加硬件監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，并采取相應(yīng)的措施，防止故障擴(kuò)大。如可添加溫度傳感器監(jiān)控控制柜內(nèi)部溫度，防止溫度過(guò)高導(dǎo)致設(shè)備故障。

3.3設(shè)置系統(tǒng)保護(hù)裝置

為了提高火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理各種故障，避免故障擴(kuò)大，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行：①設(shè)置硬件故障檢測(cè)裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理硬件故障。例如，可設(shè)置控制柜內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)啟動(dòng)降溫措施，防止設(shè)備過(guò)熱損壞。還可以設(shè)置電流監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，及時(shí)切斷電源，防止設(shè)備短路燒毀。②設(shè)置軟件錯(cuò)誤檢測(cè)裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)軟件錯(cuò)誤。例如，可設(shè)置軟件運(yùn)行監(jiān)控程序，監(jiān)控軟件運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤時(shí)，及時(shí)停止程序運(yùn)行，并記錄錯(cuò)誤信息，以便進(jìn)行后續(xù)分析和修復(fù)。此外，還可以設(shè)置數(shù)據(jù)校驗(yàn)程序，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，防止軟件錯(cuò)誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。③設(shè)置通信故障檢測(cè)裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決通信故障。例如，可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)測(cè)程序，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接斷開(kāi)時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并嘗試重新建立連接。還可以設(shè)置數(shù)據(jù)包校驗(yàn)程序，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)包的完整性和正確性，防止通信故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤。

3.4實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的全自動(dòng)化

3.4.1硬件運(yùn)行自動(dòng)化

硬件運(yùn)行自動(dòng)化指將原來(lái)需要人工操作的設(shè)備運(yùn)行過(guò)程，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)，減少人工操作誤差。當(dāng)系統(tǒng)需要啟動(dòng)或停止時(shí)，可通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)完成，避免人為操作失誤導(dǎo)致的設(shè)備損壞。還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。例如，可以設(shè)置設(shè)備運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)程序，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)參數(shù)超出設(shè)定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，方便操作人員及時(shí)處理故障。

3.4.2數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化

數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化指將原來(lái)需要人工記錄的數(shù)據(jù)，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行采集和處理。例如，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，便于分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)，方便操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況。還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析。通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)記錄所有數(shù)據(jù)，方便操作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，預(yù)測(cè)潛在故障。此外，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成報(bào)表，方便對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)生成的各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表，方便操作人員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取相應(yīng)的措施。

4火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)維管理方法

4.1監(jiān)控并檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行離不開(kāi)有效的運(yùn)維管理方法。監(jiān)控并檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是運(yùn)維管理的重要環(huán)節(jié)，旨在及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行：①需要定期進(jìn)行系統(tǒng)巡檢，檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。巡檢人員需要仔細(xì)檢查控制柜、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等硬件設(shè)備，觀察設(shè)備運(yùn)行是否正常，是否有異?，F(xiàn)象。例如，檢查控制柜內(nèi)部是否有積塵，傳感器是否連接正常，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否有卡滯等。巡檢人員還需要查看設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，判斷設(shè)備是否處于正常工作狀態(tài)。②需要實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況?，F(xiàn)代熱控自動(dòng)化系統(tǒng)通常配備了數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。監(jiān)控人員需要關(guān)注系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，例如，設(shè)備溫度、壓力、流量等參數(shù)是否超出設(shè)定范圍，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是否變長(zhǎng)等。如果發(fā)現(xiàn)異常情況，需要及時(shí)采取措施，防止故障擴(kuò)大。③需要分析歷史數(shù)據(jù)，找出系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，預(yù)測(cè)潛在故障。通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)，可了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)潛在故障的發(fā)生時(shí)間和部位。

4.2明確熱控自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)

為了客觀評(píng)價(jià)熱控自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性水平，需要明確一些指標(biāo)，作為衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)。這些指標(biāo)可反映系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、準(zhǔn)確性、效率等方面，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)和改進(jìn)提供參考依據(jù)?；痣姀S熱控自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)表1 指標(biāo)的監(jiān)控，可評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)定性水平，并采取相應(yīng)的措施，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。例如，可通過(guò)提高硬件設(shè)備質(zhì)量、優(yōu)化軟件程序、加強(qiáng)安全設(shè)計(jì)等措施，降低系統(tǒng)故障率和誤動(dòng)作率，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和控制精度，提升系統(tǒng)的安全性能。此外，還需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出系統(tǒng)穩(wěn)定性變化趨勢(shì)，并及時(shí)采取措施，防止故障發(fā)生，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5結(jié)束語(yǔ)

保障熱控自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行是提高火電廠安全性和經(jīng)濟(jì)效益的重要保障。文章對(duì)火電廠熱控自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，熱控自動(dòng)化系統(tǒng)將更加智能化、可靠化，可為火電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更加強(qiáng)大的保障。