倪 濤

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 黃岡 438002）

火力發(fā)電電氣自動(dòng)化系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為ECS）是現(xiàn)代電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中的新型技術(shù)，目前，電氣自動(dòng)化已經(jīng)在火力發(fā)電中得到了廣泛的應(yīng)用，由于自身的特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢(shì)，不僅能更好的促進(jìn)火力發(fā)電的發(fā)展，還能提高發(fā)電廠的自動(dòng)化水平，增強(qiáng)電氣自動(dòng)化的穩(wěn)定性和先進(jìn)性。

1 傳統(tǒng)DCS技術(shù)應(yīng)用時(shí)存在的障礙

發(fā)電廠廠用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱EFCS或ECS，是發(fā)電廠自動(dòng)化領(lǐng)域近年來興起的一個(gè)新的熱點(diǎn)。與發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）側(cè)重于熱工系統(tǒng)的監(jiān)控相對(duì)應(yīng)，EFCS側(cè)重于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的監(jiān)控；與發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)（NCS）側(cè)重于發(fā)電廠接入電網(wǎng)部分的電氣監(jiān)控相對(duì)比，EFCS側(cè)重于發(fā)電廠內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)廠用電中低壓電氣系統(tǒng)的保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量、控制、分析等綜合功能。

EFCS系統(tǒng)將原先各自獨(dú)立運(yùn)行的6kV/10kV中壓系統(tǒng)及400V低壓系統(tǒng)中種類和數(shù)量眾多的繼電保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、自動(dòng)裝置等通過現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)聯(lián)結(jié)起來構(gòu)成系統(tǒng)，一方面，實(shí)現(xiàn)了與DCS系統(tǒng)的通信方式的信息交換，大大減少了DCS的測(cè)點(diǎn)投資和硬接線方式下的電纜投資，另一方面，通過網(wǎng)絡(luò)和后臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)了電氣系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制、故障分析和運(yùn)行管理，提高了整個(gè)發(fā)電廠的自動(dòng)控制水平和運(yùn)行管理水平。

（1）在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，電氣系統(tǒng)的電流電壓等早已實(shí)現(xiàn)了直接交流采樣，精度高、速度快、數(shù)字化；而DCS對(duì)電壓電流等需要通過變送器轉(zhuǎn)換后接入DCS，二次接線復(fù)雜，造價(jià)高，抗干擾性能差；

（2）由于DCS對(duì)電氣測(cè)點(diǎn)的限制，使電氣系統(tǒng)的許多應(yīng)用功能無法實(shí)現(xiàn)，如故障診斷、故障分析、經(jīng)濟(jì)性分析、定值管理等。從而無法提升電氣系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平。近年來，以現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)為代表的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的成功應(yīng)用，以及DCS系統(tǒng)硬接線方式缺點(diǎn)的逐步暴露，使得全面提高廠用電氣系統(tǒng)自動(dòng)化水平的呼聲越來越高。從2000年以來，國(guó)內(nèi)國(guó)外一些電力自動(dòng)化設(shè)備制造廠家和電力規(guī)劃、設(shè)計(jì)和使用和試驗(yàn)部門一起積極探索，提出了多種EFCS方案，并在一些電廠進(jìn)行了試驗(yàn)，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。這些方案的共同特點(diǎn)是：廠用電氣自動(dòng)化設(shè)備通過現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)網(wǎng)；電氣系統(tǒng)與DCS間采用通信加部分硬接線方式進(jìn)行聯(lián)系以減少電纜數(shù)量；建立電氣后臺(tái)系統(tǒng)，規(guī)劃并逐步開發(fā)各種應(yīng)用軟件。

2 EFCS系統(tǒng)的構(gòu)成

(1)間隔層.該層主要是為了促進(jìn)各種專業(yè)化功能的智能裝置的完成和完善，包括：廠用電中壓6kV/10kV系統(tǒng)系列保護(hù)測(cè)控裝置、廠用電低壓400V系統(tǒng)系列智能控制器及測(cè)控裝置、廠用電源快速切換裝置、低壓備用電源自投裝置、自動(dòng)準(zhǔn)同期控制裝置、小電流接地選線裝置、直流接地選線裝置等。通過各種職能軟件的開發(fā)促進(jìn)系統(tǒng)的可操作性，有CPU、A/D、RAM、EEPROM、現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)對(duì)外通信接口等。

(2)通信管理層。這一層主要是網(wǎng)絡(luò)和通信的安全管理，完成上述的各種智能裝置、DCS系統(tǒng)、電氣后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電廠其他智能設(shè)備、發(fā)電廠其他系統(tǒng)的通信。主要的通信方式還是以工業(yè)太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線，如PROFIBUS、CAN等，現(xiàn)代通信管理裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了不同現(xiàn)場(chǎng)總線接口標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)以及不同通信之間的轉(zhuǎn)換。

（3）站控層。改成包括后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件和各種專業(yè)應(yīng)用軟件，硬件有服務(wù)器、工作站等，應(yīng)用軟件包括SCADA（數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控）、廠用電抄表、錄波分析、電動(dòng)機(jī)故障診斷等各種高級(jí)軟件或者基礎(chǔ)軟件，以及后臺(tái)系統(tǒng)與發(fā)電廠其他管理系統(tǒng)（如MIS系統(tǒng)）間的通信接口軟件。

3 創(chuàng)新電氣自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的應(yīng)用

（1）統(tǒng)一單元爐機(jī)組。自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中應(yīng)該得到創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)機(jī)、電的一體化，逐漸實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠機(jī)、爐、電一體化的單元制運(yùn)行監(jiān)控的統(tǒng)一。那么火力發(fā)電中的集散控制系統(tǒng)（DCS）就能利用機(jī)、爐、電單元制的運(yùn)行方式對(duì)整個(gè)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行信息手機(jī)和分析，發(fā)揮火力發(fā)電機(jī)組的最大潛力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自身具備的控制功能，縮小控制室，簡(jiǎn)化監(jiān)控系統(tǒng)，減少管理人員的工作負(fù)擔(dān)，提高工作進(jìn)度，同時(shí)還能最大可能程度的降低造價(jià)；同時(shí)，統(tǒng)一單元爐機(jī)組也便于火力發(fā)電中電廠信息管理系統(tǒng)（MIS）的信息采集，加強(qiáng)火電電網(wǎng)的統(tǒng)一管理，完成中調(diào)AGC的相關(guān)指令和要求，提高電廠工作效率，讓電廠始終保持在最佳的工作狀態(tài)和獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，統(tǒng)一單元爐機(jī)組有利于提高火電機(jī)組的監(jiān)控水平和自動(dòng)化水平。

（2）創(chuàng)新控制保護(hù)手段。在傳統(tǒng)的火力發(fā)電形式中，主要采用的系統(tǒng)控制和保護(hù)手段為報(bào)警和連鎖，這種方式之恩你實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警以及聯(lián)鎖跳機(jī)的波動(dòng)性控制和保護(hù)。而電氣自動(dòng)化技術(shù)可以通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)檢測(cè)和故障診斷，提高火電設(shè)備的完善性，并減少故障發(fā)生，改變控制和保護(hù)策略，對(duì)與控制系統(tǒng)故障，防患于未然，保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠繼續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)有著積極的意義。另外，通過電氣自動(dòng)化系統(tǒng)還能從預(yù)防維護(hù)的被動(dòng)和事故后維修轉(zhuǎn)化為預(yù)防維護(hù)的預(yù)知和設(shè)備維修的同時(shí)進(jìn)行，全面提高火電發(fā)電的質(zhì)量和效率。

（3）實(shí)現(xiàn)電氣全通信控制。以我國(guó)火電發(fā)電的實(shí)際來看，火力發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)（ECS）還無法滿足集散控制系統(tǒng)（DCS）通過電氣自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣全通信控制的方式，通信的速度和可靠性還存在問題，總體來說比較落后，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)（ECS）和集散控制系統(tǒng)（DCS）之間還存存留了一部分的硬接線。因此，要實(shí)現(xiàn)電氣的全通信，就必須處理好熱工工藝連鎖的問題，提高電氣后臺(tái)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用水平，在發(fā)電運(yùn)行的基本階段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)質(zhì)性地提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的控制邏輯、控制水平、自動(dòng)化水平和運(yùn)行管理水平。

4 現(xiàn)代自動(dòng)化發(fā)電技術(shù)的成熟

（1）鍋爐汽包水位測(cè)量技術(shù)取得重大突破。秦皇島華電測(cè)控設(shè)備有限公司和淮安維信儀表有限公司經(jīng)過多年研究開發(fā)，推出了GJT-2000高精度、高可靠性的電極式汽包水位測(cè)量裝置、無盲區(qū)低偏差雙色水位計(jì)、汽包內(nèi)置式電極式水位測(cè)量裝置、多測(cè)孔接管技術(shù)等，并在研究汽包內(nèi)部汽水動(dòng)力工況及取樣位置配置方面取得豐富經(jīng)驗(yàn)。這些成果，標(biāo)志著鍋爐汽包水位測(cè)量技術(shù)已經(jīng)取得了重大突破。但是，由于現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范，包括2001年國(guó)家電力公司發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)重大事故二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》，均建立在過去的汽包水位測(cè)量裝置和技術(shù)的基礎(chǔ)上的，因此，這些規(guī)程規(guī)范在一定程度上嚴(yán)重束縛著這些新技術(shù)的推廣應(yīng)用。目前，按上述技術(shù)，汽包水位計(jì)間偏差全程可以控制在30mm以內(nèi)，汽包水位保護(hù)可以從點(diǎn)爐開始可靠投入運(yùn)行。特別是通遼電廠汽包內(nèi)置式電極式水位計(jì)通過長(zhǎng)期運(yùn)行(二年多)考驗(yàn)，并通過鑒定，受到了高度的評(píng)價(jià)，它的成功有望率先在世界上使鍋爐汽包水位測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)基準(zhǔn)儀表取得突破。

（2）2SIS技術(shù)正走向成熟。SIS概念從十年前由我國(guó)專家首次提出后，經(jīng)過大討論、試點(diǎn)和逐步推廣應(yīng)用，目前已在三百多個(gè)電廠中推廣，在中國(guó)發(fā)展成為一個(gè)有幾十家公司組成的產(chǎn)業(yè)。雖然有些電廠由于選擇開發(fā)商不當(dāng)或本身管理跟不上而導(dǎo)致效果未能顯現(xiàn)外，大部分電廠均取得了不同程度的明顯效果。第一個(gè)SIS電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)技術(shù)條件》從2004年頒發(fā)以來，通過大量實(shí)踐，SIS技術(shù)又有了較大發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括單向物理隔離裝置防止“丟包”的技術(shù)等有了新進(jìn)展，應(yīng)用功能不斷豐富和完善，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可選范圍擴(kuò)大，一些優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，不少電廠也逐步形成了一套適應(yīng)SIS系統(tǒng)管理電廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程的制度、方法和經(jīng)驗(yàn)。

5 電氣自動(dòng)化技術(shù)在火電廠常規(guī)控制中的運(yùn)用

（1）就地控制。有一些發(fā)展規(guī)模較小的發(fā)電廠，它們?cè)诰唧w操作時(shí)所使用的設(shè)備較少，但仍然需要構(gòu)建一個(gè)綜合控制系統(tǒng)，如：鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等重要設(shè)備，都是需要綜合控制的。通過自動(dòng)化技術(shù)能合理的綜合的使用設(shè)備，避免了由于設(shè)備單獨(dú)運(yùn)行而帶來的不便。

（2）集中控制?；痣姀S比其它電廠的規(guī)模大，發(fā)電數(shù)量多，電廠內(nèi)的設(shè)備也較多，完善個(gè)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)是管理工作的重點(diǎn)，這也是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃的難點(diǎn)之一。自動(dòng)化技術(shù)能把鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等合理搭配組合，對(duì)發(fā)電廠進(jìn)行綜合控制，全面提高了設(shè)備的使用效率。

（3）自動(dòng)控制。電氣自動(dòng)化也會(huì)促進(jìn)電能的自動(dòng)化。如：計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展減少了人力管理，而自動(dòng)化的推廣，不僅提高了電廠管理的規(guī)范性，還維護(hù)了生產(chǎn)人員的安全，降低了電能生產(chǎn)的難度，提高了電能產(chǎn)量，讓電廠獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）故障控制。在發(fā)電過程中，設(shè)備難免會(huì)出現(xiàn)個(gè)各種故障，而電氣自動(dòng)化技術(shù)在設(shè)備故障方面的控制也能起到關(guān)鍵作用。技術(shù)人員通過計(jì)算機(jī)建設(shè)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)發(fā)電中的各種異常進(jìn)行分析和解決，還能根據(jù)操作處理指令處理各種小故障。

6 結(jié)語

火電廠的電氣自動(dòng)化運(yùn)用，能提高火力發(fā)電系統(tǒng)管理的自動(dòng)化和管理水平。自動(dòng)化系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)、保護(hù)、測(cè)量、分層分布控制和通信技術(shù)，對(duì)火電廠的電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行保護(hù)、控制和故障處理，這無疑是一項(xiàng)綜合性的管理系統(tǒng)。充分利用電氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后信息全面的優(yōu)勢(shì)，成功實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的使用，完成較為復(fù)雜的電氣運(yùn)行管理工作。