中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)有限公司工程研究院 許繼剛

中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)有限公司 鄭慧莉

電廠自動(dòng)化的現(xiàn)狀與未來(lái)

中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)有限公司工程研究院 許繼剛

中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)有限公司 鄭慧莉

本文對(duì)電廠自動(dòng)化的現(xiàn)狀和未來(lái)進(jìn)行了分析。文章從電廠的控制方式、控制系統(tǒng)以及智能技術(shù)在電廠的應(yīng)用等方面，對(duì)電廠自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了論述，對(duì)電廠自動(dòng)化的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

電廠；自動(dòng)化；控制方式；控制系統(tǒng)；智能技術(shù)

1 前言

作為當(dāng)前我國(guó)能源的主要供給方式，火力發(fā)電廠的發(fā)展趨勢(shì)是提高化石能源的高效節(jié)能、清潔利用與轉(zhuǎn)化，包括超（超）臨界機(jī)組技術(shù)、二次再熱技術(shù)、燃煤與生物質(zhì)混燒技術(shù)、空冷發(fā)電技術(shù)、大型循環(huán)流化床技術(shù)、煙氣脫硫脫硝技術(shù)等。堅(jiān)持節(jié)能高效、環(huán)境友好、多元化發(fā)展是我國(guó)電力發(fā)展的基本方針。加快發(fā)電企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，提升發(fā)電企業(yè)的自主創(chuàng)新能力和系統(tǒng)集成能力，提高發(fā)電廠自動(dòng)化水平和競(jìng)爭(zhēng)能力，是目前我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的切實(shí)需求。

作為電廠的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，電廠控制系統(tǒng)具有舉足輕重的地位。電廠控制技術(shù)的發(fā)展直接關(guān)乎到整個(gè)電廠的運(yùn)行效率和管理水平，控制水平的高低是一個(gè)電廠競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)弱的直接體現(xiàn)。從最早提及的電廠自動(dòng)化，到上世紀(jì)末期大力推廣的電廠信息化，到本世紀(jì)初提倡的電廠數(shù)字化，直到目前學(xué)術(shù)界廣泛討論和研究的電廠智能化，甚至有人提出電廠智慧化，電廠控制技術(shù)經(jīng)歷了日新月異的快速發(fā)展。

本文將針對(duì)電廠自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀和當(dāng)前各類(lèi)先進(jìn)控制技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)的應(yīng)用前景，對(duì)電廠未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向進(jìn)行討論，重點(diǎn)討論電廠的控制方式與控制水平、控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)以及智能技術(shù)在電廠的應(yīng)用等方面。

2 控制方式

2.1 采用多機(jī)一控的控制方式是電廠設(shè)計(jì)主流

傳統(tǒng)的火電廠一般采用單元機(jī)組一機(jī)一控或兩機(jī)一控方式，隨著國(guó)華寧海電廠4×600MW機(jī)組和華能玉環(huán)4×1000MW機(jī)組采用四機(jī)一控的成功運(yùn)行，多機(jī)一控已逐漸成為新建工程設(shè)計(jì)的主流。《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50660-2011（以下簡(jiǎn)稱(chēng)大火規(guī)）明確：?jiǎn)卧獧C(jī)組應(yīng)采用爐、機(jī)、電集中控制方式，實(shí)現(xiàn)爐機(jī)電全能值班運(yùn)行模式。根據(jù)機(jī)組的建設(shè)規(guī)模、自動(dòng)化水平和電廠實(shí)際運(yùn)行管理模式，宜采用多機(jī)一控方式。大火規(guī)為火電廠多機(jī)一控的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，并促進(jìn)了電廠機(jī)組控制方式的高度集中。

2.2 輔助車(chē)間系統(tǒng)的集中化控制愈來(lái)愈成熟

除了機(jī)組以外，傳統(tǒng)的輔助車(chē)間系統(tǒng)一般采用分散獨(dú)立的控制方式，一個(gè)輔助車(chē)間系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的控制室。隨著2000年示范電廠的推動(dòng)以及湖南益陽(yáng)電廠輔助車(chē)間集中控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施，輔助車(chē)間開(kāi)始相對(duì)集中到煤、灰、水三個(gè)集中控制點(diǎn)。之后大火規(guī)明確：輔助車(chē)間系統(tǒng)宜按照物理位置相鄰或系統(tǒng)性質(zhì)相近的原則合并控制系統(tǒng)及控制點(diǎn)，輔助車(chē)間就地控制點(diǎn)不宜超過(guò)水、煤、灰三個(gè)。其余輔助車(chē)間就地僅需設(shè)置供系統(tǒng)調(diào)試、啟動(dòng)運(yùn)行初期、故障和巡檢時(shí)使用的終端。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，輔助車(chē)間系統(tǒng)逐步由三個(gè)網(wǎng)絡(luò)向一個(gè)網(wǎng)絡(luò)集中，并形成全廠一個(gè)集中控制點(diǎn)。大火規(guī)明確：根據(jù)電廠預(yù)期的自動(dòng)化水平和管理要求，全廠輔助車(chē)間系統(tǒng)可采用集中控制方式，只設(shè)置一個(gè)集中控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)輔助車(chē)間系統(tǒng)全能值班運(yùn)行模式。輔助車(chē)間系統(tǒng)集中控制點(diǎn)可并入機(jī)組集中控制室，

也可獨(dú)立設(shè)置。該規(guī)定明確輔助車(chē)間系統(tǒng)與單元機(jī)組可以合設(shè)一個(gè)集中控制室，這意味著電廠的集中控制室已經(jīng)可以覆蓋全廠的所有系統(tǒng)。

2.3 廠級(jí)集中監(jiān)控已經(jīng)成功應(yīng)用

通過(guò)上述的全廠集中控制室，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)電廠從燃料進(jìn)場(chǎng)、機(jī)組發(fā)電以及灰渣處理的全過(guò)程控制。但是，當(dāng)前的絕大多數(shù)集中控制室只是解決了物理層面的集中控制，還未能實(shí)現(xiàn)全廠的真正統(tǒng)一監(jiān)控。雖然同處一個(gè)集中控制室，但值班運(yùn)行人員是相互分離的，即使實(shí)現(xiàn)了爐機(jī)電全能值班運(yùn)行模式，一組全能值班員也只能管理一套單元機(jī)組。如果是四機(jī)一控加上全廠輔助車(chē)間集中控制，就意味著集中控制室里仍然有五組全能值班人員，即四套機(jī)組的全能值班人員和一套輔助車(chē)間系統(tǒng)全能值班人員。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和通訊技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)電廠還有進(jìn)一步提高控制集中度的發(fā)展空間。第一個(gè)發(fā)展空間：在機(jī)組控制網(wǎng)絡(luò)和全廠輔助車(chē)間控制網(wǎng)絡(luò)上面形成全廠集中控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全廠多機(jī)組以及全部輔助車(chē)間的統(tǒng)一監(jiān)控，即通過(guò)全廠的廠級(jí)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，真正實(shí)現(xiàn)全廠所有機(jī)組和輔助車(chē)間系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控。

目前絕大多數(shù)電廠都設(shè)置了廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS），SIS的功能主要包括廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視，廠級(jí)性能計(jì)算與分析。在電網(wǎng)明確有非直調(diào)方式且應(yīng)用軟件成熟的前提下，可以設(shè)置負(fù)荷調(diào)度分配功能。設(shè)備故障診斷功能、壽命管理功能、系統(tǒng)優(yōu)化功能等其它功能應(yīng)根據(jù)火力發(fā)電廠上級(jí)主管單位要求，并結(jié)合發(fā)電廠實(shí)際情況后再研究確定。

SIS是一個(gè)廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用唯一的控制功能就是負(fù)荷調(diào)度分配功能。為了保證機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）的安全可靠性，SIS與DCS之間設(shè)有防火墻，DCS數(shù)據(jù)可以向上傳輸至SIS，但SIS的數(shù)據(jù)不能直接下傳到DCS，負(fù)荷調(diào)度指令一般是通過(guò)硬接線方式與DCS聯(lián)結(jié)。

西南電力設(shè)計(jì)院在神華重慶萬(wàn)州2×1000MW機(jī)組的設(shè)計(jì)中，嘗試設(shè)計(jì)了廠級(jí)DCS，廠級(jí)DCS是建立在機(jī)組DCS以及輔助車(chē)間系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之上的廠級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)，該自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置了三臺(tái)全功能操作員站和兩臺(tái)工程師站，值班員可以通過(guò)操作員站對(duì)兩臺(tái)機(jī)組和輔助車(chē)間系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。做到了爐機(jī)電+輔助車(chē)間的全能監(jiān)控。系統(tǒng)還預(yù)留了擴(kuò)建2×1000MW機(jī)組的接口，為真正實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組以及輔助車(chē)間系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控奠定了基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)廠級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)以后，將重新劃分廠級(jí)控制系統(tǒng)、SIS和MIS的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，傳統(tǒng)意義上的SIS將轉(zhuǎn)型升級(jí)為廠級(jí)控制系統(tǒng)，當(dāng)前SIS中與實(shí)時(shí)控制有關(guān)的功能將轉(zhuǎn)移到廠級(jí)控制系統(tǒng)，與管理相關(guān)的功能將轉(zhuǎn)移到MIS。當(dāng)然，設(shè)計(jì)廠級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的前提是電網(wǎng)調(diào)度必須調(diào)廠而不是直接調(diào)機(jī)組。

2.4 多廠遠(yuǎn)程集控將是未來(lái)發(fā)展方向

隨著機(jī)組自動(dòng)化水平和管理水平的不斷提高，隨著廠級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的逐漸推廣與成熟，尤其是隨著智能電網(wǎng)與智慧城市的建設(shè)，今后電廠的集中控制將更上一層樓。未來(lái)我國(guó)在陜西、新疆、山西、內(nèi)蒙等地區(qū)將建設(shè)大型煤電基地，同一區(qū)域或同一發(fā)電集團(tuán)多個(gè)電廠的統(tǒng)一集中控制將是未來(lái)發(fā)展的方向。為了區(qū)域電網(wǎng)的平衡以及節(jié)能減排的需要，火電、水電、核電與新能源發(fā)電的多能互補(bǔ)是國(guó)家未來(lái)發(fā)電建設(shè)的重點(diǎn)，多個(gè)不同類(lèi)型發(fā)電廠的集中控制也是未來(lái)研究的重要課題。

3 控制系統(tǒng)

3.1 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的DCS已規(guī)?；瘧?yīng)用

我國(guó)的電廠機(jī)組控制系統(tǒng)一般采用DCS。當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證合理時(shí)，也可采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的DCS，在現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備層采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。目前較大范圍應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)并取得成功經(jīng)驗(yàn)的電廠主要有：華能金陵電廠二期2×1000MW機(jī)組工程，華能九臺(tái)電廠2×600MW機(jī)組工程，華能秦嶺電廠1×600MW機(jī)組工程，國(guó)電肇慶熱電公司2×350MW機(jī)組工程等。

以華能金陵二期2×1000MW機(jī)組工程為例，該工程通過(guò)招標(biāo)確定DCS選用西門(mén)子SPPA-T3000系統(tǒng)，選用的總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為Profibus-DP及Profibus-PA。該工程在電廠主工藝系統(tǒng)中大范圍采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，但從機(jī)組安全、回路響應(yīng)速度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)各方面綜合分析，以下系統(tǒng)仍采用成熟的常規(guī)控制方式：

（1）對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行至關(guān)重要且回路處理速度要求高的鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）中涉及鍋爐本體保護(hù)的部分、汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）中涉及轉(zhuǎn)速、應(yīng)力和負(fù)荷控制部分、汽機(jī)危機(jī)遮斷系統(tǒng)（ETS）、給水泵汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MEH）、給水泵汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（METS）以及旁路控制系統(tǒng)（BPC）。

（2）機(jī)組事故順序記錄（SOE）要求有1ms的分辨率，為保證SOE的分辨率，仍采用專(zhuān)用SOE卡。

（3）鍋爐吹灰控制、循泵房、燃油泵房控制采用常規(guī)的DCS遠(yuǎn)程I/O站。

（4）現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)集中的溫度測(cè)點(diǎn)如爐膛壁溫、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)本體溫度等測(cè)點(diǎn)，采用國(guó)產(chǎn)智能前端設(shè)備接入DCS。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在華能金陵電廠等多個(gè)項(xiàng)目的成功應(yīng)用，證明基于現(xiàn)場(chǎng)總線的DCS是可靠的，檢測(cè)控制回路的響應(yīng)速度能滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求。因此，在電廠中除重要的保護(hù)調(diào)節(jié)回路外大范圍應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)是可行的。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在項(xiàng)

目建設(shè)期能加快施工及調(diào)試進(jìn)度，工程造價(jià)也與采用常規(guī)技術(shù)基本相當(dāng)，項(xiàng)目采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的范圍和規(guī)模越大，其經(jīng)濟(jì)效益越明顯。在電廠整個(gè)生命周期中，利用現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行、維護(hù)等管理費(fèi)用可進(jìn)一步降低。對(duì)于老廠改造，尤其是需要更換電纜及現(xiàn)場(chǎng)儀表的老廠改造工程，更具備減少施工安裝費(fèi)用及減少施工安裝時(shí)間的優(yōu)勢(shì)。

3.2 機(jī)組自啟停愈來(lái)愈受到關(guān)注

目前機(jī)組順序控制是按照驅(qū)動(dòng)級(jí)、子功能組級(jí)、功能組級(jí)三級(jí)水平進(jìn)行設(shè)計(jì)的，600MW級(jí)以上容量的機(jī)組可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置帶斷點(diǎn)的機(jī)組級(jí)順序控制功能。隨著國(guó)產(chǎn)機(jī)組可控性的不斷提高，600MW級(jí)以上容量的新建機(jī)組大部分都設(shè)計(jì)了機(jī)組級(jí)順序控制功能，即機(jī)組自啟停系統(tǒng)（APS）。如上海外高橋2×900MW機(jī)組、華能玉環(huán)電廠4×1000MW機(jī)組、國(guó)電泰州電廠2×1000MW機(jī)組、國(guó)電雙鴨山電廠2×600MW機(jī)組、陽(yáng)城二期工程2×600MW機(jī)組、華能鶴崗三期2×900MW機(jī)組、浙江國(guó)華寧海2×1000MW機(jī)組、國(guó)華臺(tái)山2×600MW機(jī)組、國(guó)華黃驊2×600MW機(jī)組、華潤(rùn)常熟3×600M機(jī)組、山東黃島2×600MW、華能海門(mén)電廠2×1000MW機(jī)組等。

華能海門(mén)電廠2×1000MW機(jī)組是國(guó)產(chǎn)百萬(wàn)超超臨界機(jī)組實(shí)現(xiàn)APS成功運(yùn)行的典型案例，該機(jī)組設(shè)計(jì)了6個(gè)啟動(dòng)斷點(diǎn)，分別是：機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備斷點(diǎn)、冷態(tài)沖洗斷點(diǎn)、鍋爐點(diǎn)火及升溫?cái)帱c(diǎn)、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)、并網(wǎng)及初始負(fù)荷斷點(diǎn)、升負(fù)荷斷點(diǎn)。該機(jī)組同時(shí)設(shè)計(jì)了3個(gè)停機(jī)斷點(diǎn)，分別是：降負(fù)荷斷點(diǎn)、機(jī)組解列斷點(diǎn)、燃燒器停運(yùn)斷點(diǎn)。

國(guó)電泰州電廠二期工程2×1000MW機(jī)組是國(guó)內(nèi)首次采用二次再熱的機(jī)組，該機(jī)組設(shè)計(jì)的APS為后續(xù)的大量工程樹(shù)立了樣板。該機(jī)組設(shè)計(jì)了8個(gè)啟動(dòng)斷點(diǎn)，分別是：?jiǎn)?dòng)準(zhǔn)備、上水準(zhǔn)備、上水清洗、點(diǎn)火升溫、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、自動(dòng)并網(wǎng)、升負(fù)荷1、升負(fù)荷2 。該機(jī)組同時(shí)設(shè)計(jì)了3個(gè)停機(jī)斷點(diǎn)，分別是：降負(fù)荷斷點(diǎn)A、降負(fù)荷斷點(diǎn)B、機(jī)組解列。

應(yīng)用APS功能可以提高電廠自動(dòng)化水平，大大減輕運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，規(guī)范機(jī)組啟停操作標(biāo)準(zhǔn)程序，減少誤操作，減少人為因素造成的損失，提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性。同時(shí)也可以縮短機(jī)組啟停時(shí)間，達(dá)到電網(wǎng)對(duì)大機(jī)組深度調(diào)峰的要求，提高機(jī)組的運(yùn)行效率。因此，機(jī)組APS可以給電廠帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.3 優(yōu)化控制系統(tǒng)是節(jié)能減排的有效手段

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，西門(mén)子、艾默生、ABB等不少著名的國(guó)際控制公司相繼在中國(guó)推廣其具有特色的機(jī)組優(yōu)化控制系統(tǒng)，國(guó)華內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾電廠、華能揚(yáng)州二電廠、國(guó)華定州電廠、國(guó)華臺(tái)山電廠、天津楊柳青電廠、山東德州電廠、河北黃驊電廠、外高橋電廠三期等工程對(duì)凝結(jié)水節(jié)流、鍋爐燃燒優(yōu)化、主蒸汽溫度優(yōu)化等優(yōu)化控制模塊都有不同程度的應(yīng)用。以國(guó)華寧海電廠4×600MW機(jī)組工程為例，該工程選用了西門(mén)子優(yōu)化控制軟件PROFI中的機(jī)組協(xié)調(diào)控制和溫度控制優(yōu)化模塊。通過(guò)PROFI中的精確模型控制和自適應(yīng)算法，使得機(jī)組能夠以高達(dá)4%的速度進(jìn)行升降負(fù)荷，解決了機(jī)組協(xié)調(diào)時(shí)負(fù)荷升降速度較慢的問(wèn)題。另外，機(jī)組在穩(wěn)態(tài)和變負(fù)荷時(shí)，水、煤、風(fēng)運(yùn)行平滑，控制偏差小，汽溫超溫現(xiàn)象也大大減少。同時(shí)可以保持壓力設(shè)定點(diǎn)最優(yōu)，減少了機(jī)組的節(jié)流。

雖然進(jìn)口的優(yōu)化控制系統(tǒng)可以大大提高機(jī)組的節(jié)能減排效果，但由于價(jià)格昂貴，一直未能大范圍推廣。近幾年，國(guó)內(nèi)的高校與科研院所紛紛自主開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用先進(jìn)的優(yōu)化模型和高級(jí)算法，針對(duì)不同的工藝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，取得了良好的節(jié)能減排效果。比較成功的有：浙江電力科學(xué)研究院研發(fā)的電站熱工優(yōu)化控制平臺(tái)（TOP），華北電力科學(xué)研究院研發(fā)的提高機(jī)組調(diào)峰性能熱控整體優(yōu)化方案，云南電力科學(xué)研究院研發(fā)的廠網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)，神華國(guó)華研究院研發(fā)的電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則實(shí)施條件下的控制回路優(yōu)化，華中科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的混煤全程優(yōu)化控制系統(tǒng)，華北電力大學(xué)開(kāi)發(fā)的優(yōu)化控制平臺(tái)等等。以上系統(tǒng)均在一些電廠取得成功應(yīng)用，并通過(guò)了政府部門(mén)和有關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)會(huì)的成果鑒定或技術(shù)評(píng)審。

優(yōu)化控制系統(tǒng)既可以針對(duì)特定的工藝系統(tǒng)如燃燒系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、汽溫系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化，也可以針對(duì)機(jī)爐協(xié)調(diào)等進(jìn)行整體優(yōu)化，不僅能夠提高調(diào)節(jié)品質(zhì)、改善控制精度，還可以提高機(jī)組的運(yùn)行效率、減少機(jī)組的排放，是電廠節(jié)能減排的有效手段。

3.4 安全相關(guān)系統(tǒng)逐步得到規(guī)范

大火規(guī)明確：火力發(fā)電廠鍋爐和汽輪機(jī)的跳閘保護(hù)系統(tǒng)可采用電子邏輯系統(tǒng)或繼電器硬邏輯系統(tǒng)，系統(tǒng)宜采用經(jīng)認(rèn)證的、SIL3級(jí)及以上的安全相關(guān)系統(tǒng)。安全相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》GB/T20438和《過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全》GB/T21109的有關(guān)規(guī)定。隨著大火規(guī)的實(shí)施，我國(guó)一些電廠開(kāi)始在鍋爐FSSS和汽機(jī)ETS中應(yīng)用，大力促進(jìn)了我國(guó)電廠安全儀表的應(yīng)用，提高了我國(guó)機(jī)組的安全水平。

以河北沙河2×600MW機(jī)組為例，該項(xiàng)目在ETS中采用了符合SIL3級(jí)的安全系統(tǒng)，從就地儀表、輸入卡件、控制器、輸出卡件到執(zhí)行設(shè)備全部按照三取二的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。雖然系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，但卻大大提高了保護(hù)的安全性。眾所周知，一旦危及電廠安全的事故發(fā)生，安全儀表可以實(shí)施自動(dòng)報(bào)警，使各運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)及時(shí)

停止，保護(hù)設(shè)備免受損失，保護(hù)人員免受傷害，從而也把電廠損失減少到最小限度。

4 智能技術(shù)

4.1 大數(shù)據(jù)已在發(fā)電集團(tuán)公司發(fā)力

大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展為電廠的集團(tuán)化管理創(chuàng)造了條件，也為電廠運(yùn)行管理水平的持續(xù)提高奠定了良好基礎(chǔ)。將云平臺(tái)作為服務(wù)端，充分利用已經(jīng)建成電廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)，建成大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)同類(lèi)型數(shù)據(jù)的分析、比對(duì)，對(duì)不同類(lèi)型數(shù)據(jù)之間的關(guān)系分解，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并找到解決問(wèn)題的手段，無(wú)疑是一種非常有效的管理提升手段。

目前神華國(guó)華電力公司、廣東粵電公司等正在開(kāi)發(fā)火電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)。國(guó)電集團(tuán)公司也于近期科研立項(xiàng)，組織相關(guān)單位著手研發(fā)火電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，范圍包括國(guó)電集團(tuán)所屬的全部火電廠。

神華國(guó)華電力公司正在建設(shè)的“一橫一縱三層次”設(shè)備管理信息庫(kù)已經(jīng)初具規(guī)模，發(fā)揮了良好的效益。該公司將所屬電廠中75 類(lèi)重要設(shè)備的全部相關(guān)信息集中采集和處理。“一橫”是指集成某一單體設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)同類(lèi)型設(shè)備信息及知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的電廠間橫向交流共享，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)集成，打通信息孤島?！耙豢v”是指集成某類(lèi)設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)公司、國(guó)華電力研究院和電廠上下貫通的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)?！叭龑哟巍笔牵阂粚訛樵O(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)入口導(dǎo)航，二層是針對(duì)公司同類(lèi)設(shè)備的集合比較，三層則圍繞設(shè)備精細(xì)化管理，做實(shí)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在不同層面支持設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)分析和專(zhuān)家分析，提升設(shè)備管理的科學(xué)性。

將大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用到發(fā)電集團(tuán)公司，為電廠的提質(zhì)增效、節(jié)能減排提供技術(shù)支撐，有著無(wú)比廣闊的發(fā)展前景。

4.2 VR技術(shù)開(kāi)始融入電廠仿真

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)，它在多維信息空間上創(chuàng)建一個(gè)虛擬信息環(huán)境，能使用戶具有身臨其境的沉浸感，具有完善的與環(huán)境交互作用的能力，并有助于啟發(fā)構(gòu)思。將VR技術(shù)應(yīng)用到電廠的仿真系統(tǒng)，配合可視化穿戴設(shè)備，可以為電廠運(yùn)行人員提供如臨其境的培訓(xùn)。

VR技術(shù)雖然還未進(jìn)入燃煤電廠，但已經(jīng)在燃機(jī)電廠得到成功應(yīng)用。京能高安屯燃?xì)怆姀S是成功應(yīng)用VR技術(shù)的典型項(xiàng)目。該項(xiàng)目為一套845MW “二拖一”燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，利用VR技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)模擬燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電的三維空間，仿真電廠各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理和運(yùn)行流程，為電廠運(yùn)行人員培訓(xùn)提供了良好的手段。

VR技術(shù)除了用于仿真培訓(xùn)外，還可以結(jié)合三維模擬系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出更多的功能。今后與DCS進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)在線仿真，還可以進(jìn)行故障診斷、事故判斷，甚至可以進(jìn)行在線預(yù)測(cè)。

4.3 視頻監(jiān)控向智能化發(fā)展

從最早的爐膛火焰電視、汽包水位電視到后來(lái)出現(xiàn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，集中控制室的視頻監(jiān)視屏幕越來(lái)越多，發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。未來(lái)的視頻監(jiān)控會(huì)怎樣發(fā)展呢？一方面，從應(yīng)用范圍上來(lái)說(shuō)，視頻監(jiān)控將向全景化發(fā)展；另一方面，從視頻監(jiān)控的應(yīng)用深度來(lái)說(shuō)，將向智能化發(fā)展。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在廠區(qū)的周邊和廠區(qū)內(nèi)的重要部位安裝了攝像頭，但仍然存在以下兩個(gè)方面的主要問(wèn)題：一是攝像頭布置在重要區(qū)域，沒(méi)有覆蓋全廠；二是攝像發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要靠值班人員發(fā)現(xiàn)才能處理。如果攝像頭能夠覆蓋全廠，并且通過(guò)智能化處理能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并報(bào)警，則將發(fā)揮更重要的作用。

另外，對(duì)于一些關(guān)鍵設(shè)備來(lái)說(shuō)，通過(guò)透視其內(nèi)部運(yùn)行狀況，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并避免事故。比如鍋爐爐膛，目前正在開(kāi)發(fā)可以在線監(jiān)控燃燒狀況的可視系統(tǒng)，將爐膛內(nèi)部的運(yùn)行情況變得一清二楚，將設(shè)備變得透明化是將來(lái)研發(fā)的焦點(diǎn)。

4.4 機(jī)器人已登上電廠舞臺(tái)

隨著機(jī)器人技術(shù)的日益成熟，電廠一些場(chǎng)所開(kāi)始應(yīng)用機(jī)器人開(kāi)展運(yùn)行維護(hù)工作。平常需要人工操作的地方由機(jī)器人代替，尤其是那些人工操作困難和條件惡劣的地方。目前電廠已開(kāi)始使用機(jī)器人的場(chǎng)所主要有升壓站、電纜溝和凝汽器膠球清洗系統(tǒng)。

升壓站的巡檢機(jī)器人配有專(zhuān)門(mén)研發(fā)的傳感設(shè)備，機(jī)器人按照特定的程序在站區(qū)穿行，將采集到的設(shè)備信息傳送到運(yùn)行維護(hù)中心進(jìn)行處理，或自身就完成數(shù)據(jù)處理，遇到問(wèn)題進(jìn)行報(bào)警。對(duì)于遍布全廠的電纜隧道、電纜橋架和電纜溝而言，采用巡檢機(jī)器人無(wú)疑是解放人工的好途徑。另外，特別開(kāi)發(fā)用于火電廠凝汽器膠球清洗的機(jī)器人按照設(shè)定程序在凝汽器內(nèi)完成清洗工作，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

目前機(jī)器人在電廠中的應(yīng)用還僅限于一些簡(jiǎn)單重復(fù)性的勞動(dòng)，隨著機(jī)器人智能化程度的不斷提高，一些可以勝任更復(fù)雜更重要任務(wù)的機(jī)器人會(huì)不斷面世，將更多的人力解放出來(lái)。

4.5 智能電廠是未來(lái)發(fā)展目標(biāo)

當(dāng)前社會(huì)上有關(guān)數(shù)字化電廠、智能化電廠、智慧化電廠的討論不絕于耳，但其定義與內(nèi)涵卻沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在此背景下，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)發(fā)電自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)熱工自動(dòng)化專(zhuān)委會(huì)、電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì)聯(lián)合組織有關(guān)單位和行業(yè)專(zhuān)家進(jìn)行了調(diào)研，并多次組織對(duì)智能電廠最新發(fā)展技術(shù)和發(fā)展方向進(jìn)行研討，制定了《智能電廠技術(shù)發(fā)展

綱要》，給出了智能電廠的定義：是指在廣泛采用現(xiàn)代數(shù)字信息處理和通信技術(shù)基礎(chǔ)上，集成智能傳感與執(zhí)行、智能控制和管理決策等技術(shù)，達(dá)到安全、高效、環(huán)保運(yùn)行并與智能電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)的發(fā)電廠。

智能電廠體系架構(gòu)主要包括四個(gè)層級(jí)，由低到高分別是智能設(shè)備層、智能控制層、智能實(shí)時(shí)生產(chǎn)監(jiān)管層和智能管理（非實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)管理）層。四層架構(gòu)各有分工、高度融合，在滿足安全的前提下合理組織信息流和指令流。智能電廠的建設(shè)過(guò)程應(yīng)包括設(shè)計(jì)、制造、基建、運(yùn)行、退役全生命周期。智能電廠的建設(shè)目標(biāo)首先是實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全可靠、經(jīng)濟(jì)及環(huán)保運(yùn)行，并能更好地滿足電網(wǎng)運(yùn)行和電力用戶需求，另外就是要提高效率、增加靈活性、提高智能化水平。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)電廠自動(dòng)化的現(xiàn)狀與未來(lái)進(jìn)行了討論，針對(duì)電廠的控制方式，主要討論了機(jī)組的控制方式、輔助車(chē)間系統(tǒng)的控制方式、廠級(jí)自動(dòng)化和多廠遠(yuǎn)程集中控制方式。針對(duì)電廠的控制系統(tǒng)，主要討論了基于現(xiàn)場(chǎng)總線的DCS、機(jī)組自啟停系統(tǒng)、優(yōu)化控制系統(tǒng)和安全相關(guān)系統(tǒng)。針對(duì)智能技術(shù)在電廠的應(yīng)用，主要討論了大數(shù)據(jù)技術(shù)、VR技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和智能電廠的建設(shè)。

除此之外，還有一些新的技術(shù)正在電廠得到應(yīng)用，如無(wú)線控制技術(shù)已在電廠燃油系統(tǒng)、循環(huán)水泵房等區(qū)域得到應(yīng)用。另外還有一些智能技術(shù)未來(lái)也可能會(huì)進(jìn)入電廠，如利用無(wú)人機(jī)、無(wú)人駕駛汽車(chē)進(jìn)行巡檢等?？傊姀S自動(dòng)化的未來(lái)發(fā)展目標(biāo)是將電廠建設(shè)成為智能電廠，建設(shè)智能電廠的道路任重而道遠(yuǎn)。

[1] 大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范GB50660 - 2011 [S]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2011.

News [ 新聞 ]

工信部印發(fā)工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃

近日，工信部印發(fā)了工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃（2016－2020年）的通知?！队?jì)劃》提出為落實(shí)國(guó)家能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2030）以及推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”工作的部署，加快推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理工作，促進(jìn)工業(yè)企業(yè)科學(xué)、安全、節(jié)約、智能用電，實(shí)現(xiàn)以較低電力消費(fèi)增長(zhǎng)創(chuàng)造更多工業(yè)增加值產(chǎn)出，制定此專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃。總體目標(biāo)是：通過(guò)五年的時(shí)間，組織全國(guó)萬(wàn)家工業(yè)企業(yè)參與專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)，千家企業(yè)貫徹實(shí)施電力需求側(cè)管理工作指南，打造百家電力需求側(cè)管理示范企業(yè)，進(jìn)一步優(yōu)化電力資源配置，提升工業(yè)能源消費(fèi)效率，到2020年，實(shí)現(xiàn)參與行動(dòng)的工業(yè)企業(yè)單位增加值電耗平均水平下降10%以上。

《計(jì)劃》明確將組織建設(shè)與地方工業(yè)和信息化主管部門(mén)、工業(yè)企業(yè)、服務(wù)機(jī)構(gòu)和金融機(jī)構(gòu)互聯(lián)互通的工作平臺(tái)和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略和加強(qiáng)工業(yè)運(yùn)行監(jiān)測(cè)形成重要支撐。一是建設(shè)工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理工作平臺(tái)，運(yùn)用信息化手段推動(dòng)實(shí)施電力需求側(cè)管理工作指南，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)用電在線診斷及評(píng)價(jià)、示范企業(yè)及園區(qū)申報(bào)、推薦產(chǎn)品（技術(shù)）申報(bào)、企業(yè)及園區(qū)在線評(píng)價(jià)、服務(wù)機(jī)構(gòu)備案及資質(zhì)審核、在線人才交流培訓(xùn)、工作動(dòng)態(tài)信息報(bào)送等功能。二是依托工作平臺(tái)探索建設(shè)全國(guó)工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)、服務(wù)機(jī)構(gòu)共享電力運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)用電在線監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析、有序用電和需求響應(yīng)、信息發(fā)布和專(zhuān)家服務(wù)、項(xiàng)目庫(kù)和產(chǎn)品庫(kù)建設(shè)等功能，進(jìn)一步支撐工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)測(cè)工作。三是為工業(yè)企業(yè)和服務(wù)機(jī)構(gòu)搭建服務(wù)橋梁，推廣先進(jìn)產(chǎn)品（技術(shù)）和示范項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)為企業(yè)的在線咨詢和技術(shù)服務(wù)，促進(jìn)項(xiàng)目對(duì)接、產(chǎn)融銜接。四是鼓勵(lì)各級(jí)平臺(tái)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析技術(shù)等互聯(lián)互通，以信息化帶動(dòng)工業(yè)用能用電管理全面升級(jí)。

在引導(dǎo)企業(yè)和園區(qū)對(duì)照電力需求側(cè)管理工作指南開(kāi)展電力需求側(cè)管理工作基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)辦法，形成一批示范企業(yè)和園區(qū)，并在重點(diǎn)地區(qū)和行業(yè)做好推廣。一是組織鋼鐵、有色、化工、汽車(chē)、電子、食品等重點(diǎn)行業(yè)開(kāi)展示范推廣，鼓勵(lì)與示范企業(yè)對(duì)標(biāo)，帶動(dòng)更多的工業(yè)企業(yè)實(shí)施和優(yōu)化電力需求側(cè)管理。二是支持工業(yè)園區(qū)通過(guò)能效電廠建設(shè)、供需互動(dòng)響應(yīng)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同調(diào)控、能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、分布式電源建設(shè)、充電設(shè)施建設(shè)、配電網(wǎng)升級(jí)改造、電能替代等實(shí)施電力需求側(cè)管理，優(yōu)化對(duì)工業(yè)企業(yè)的電能服務(wù)，推廣一批示范園區(qū)。三是不斷完善評(píng)價(jià)工作機(jī)制，指導(dǎo)評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)對(duì)參與電力市場(chǎng)交易的工業(yè)企業(yè)開(kāi)展評(píng)價(jià)，將評(píng)價(jià)作為衡量工業(yè)企業(yè)能源管理水平的重要依據(jù)，并對(duì)通過(guò)評(píng)價(jià)并獲得A級(jí)及以上的企業(yè)適時(shí)給予政策支持。

The Present Situation and Future of Power Plant Automation

This paper analyzes the present situation and future of power plant automation. From the perspective of power plant control mode, control system, and the application of intellectual technology in power plant, the present situation of power plant automation is discussed, and the future direction of power plant automation is prospected.

Power plant; Automation; Control mode; Control system; Intellectual technology

許繼剛（1964-），男，山東人，博士，新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選，國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專(zhuān)家?，F(xiàn)任中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)有限公司工程研究院副院長(zhǎng)，兼任電力行業(yè)熱工自動(dòng)化與信息標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)副主任、電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì)副主任、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)發(fā)電自動(dòng)化專(zhuān)委會(huì)副主任、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)熱工自動(dòng)化專(zhuān)委會(huì)副主任、中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)產(chǎn)品信息工作委員會(huì)副主任、中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)自控工程設(shè)計(jì)委員會(huì)主任。