馮賀

摘要：火電廠熱工自動化技術(shù)依托于自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)及控制技術(shù)，在大中型電力企業(yè)發(fā)電機(jī)組中得到了有效應(yīng)用，在滿足社會生產(chǎn)生活電力能源供給需求方面起到了重要的助推作用。在火電廠發(fā)電機(jī)組逐步實(shí)現(xiàn)了由小容量向大容量擴(kuò)展、由高參數(shù)向單元機(jī)組轉(zhuǎn)變的行業(yè)背景下，研究火電廠熱工自動化的現(xiàn)狀及趨勢，更顯重要。

關(guān)鍵詞：火電廠;熱工自動化;現(xiàn)狀;進(jìn)展

現(xiàn)階段，隨著社會各行業(yè)對電力能源提出了更高需求，我國電力技術(shù)及電力設(shè)備也取得了較好的發(fā)展成果，火電廠及電廠機(jī)組在數(shù)量、規(guī)模及裝機(jī)容量上不斷擴(kuò)展?；痣姀S熱工自動化標(biāo)志著火電廠在技術(shù)上趨于成熟，火電廠熱工自動化水平高低也直接反映了電力行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。本文對火電廠熱工自動化的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對其發(fā)展趨勢加以預(yù)測，僅供參考。

一、火電廠的熱工自動化概念

所謂火電廠的熱工自動化，其定義為采用并通過各種自動化儀表和裝置（包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）對火力發(fā)電廠的熱力生產(chǎn)過程進(jìn)行開環(huán)的和（或）閉環(huán)的監(jiān)視、控制，使之安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的技術(shù)。主要指的就是相關(guān)的技術(shù)參數(shù)在火電廠熱力過程中的信息處理、自動報(bào)警和控制、測量、以及進(jìn)行自動保護(hù)的工作，不需要人員直接參與工作，只是經(jīng)過自動化的儀表和控制裝置來完成。熱工自動化有效保障了熱工設(shè)備的安全，提高了機(jī)組的機(jī)械性能，在勞動強(qiáng)度上減輕了工作人員的壓力，使勞動的條件得到了大幅度改善。

二、火電廠熱工自動化新進(jìn)展

2.1電氣控制正納入DCS

分散控制系統(tǒng)DCS在被火電廠采用后，大大提高了汽輪機(jī)和鍋爐的控制水平，然而仍然采用傳統(tǒng)的控制方式對單元機(jī)組進(jìn)行控制，將大量的模擬儀表光字牌和開關(guān)按鈕裝設(shè)在控制盤臺上，這就使得控制室內(nèi)與汽輪機(jī)和鍋爐的DCS控制顯得很不協(xié)調(diào)，嚴(yán)重制約了火電廠自動化的發(fā)展。在電氣控制中對DCS納入范圍，其主要是用于發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和主廠房內(nèi)的廠用電系統(tǒng)，它主要由發(fā)電機(jī)變壓器線路組、高壓啟動/備用變壓器、高壓廠用工作變壓器、低壓廠用工作變壓器、低壓廠用備用變壓器及低壓廠用公用變壓器等的控制和信號測量所組成。將保安電源系統(tǒng)、支流系統(tǒng)和不停電電源系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)來進(jìn)行監(jiān)視。

2.2FCS（FieldbusControlSystem，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）正取代DCS

由于DCS的納入，使得某個(gè)局部的故障對整個(gè)系統(tǒng)的影響較小，再加上不斷成熟的各種軟硬件技術(shù)，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，因此，自動控制系統(tǒng)逐漸以DCS為主流。然而，DCS也有其不足之處，DCS不能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)對現(xiàn)場儀表的信息要求，使得控制過程視野受到限制，上位機(jī)系統(tǒng)功能的發(fā)揮也受到制約，因此，要求在上位機(jī)與現(xiàn)場儀表進(jìn)行數(shù)字通信，隨之就出現(xiàn)了FCS。

2.3智能控制

火電廠熱工控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，涵蓋的設(shè)備和儀表數(shù)量較多，而對于部分大型火電廠來說，各類設(shè)備及儀表自身在結(jié)構(gòu)上就具備非常高的復(fù)雜性，若仍使用傳統(tǒng)控制辦法，那么延遲、誤控等現(xiàn)象就很有可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至出現(xiàn)安全問題。通過智能控制技術(shù)的應(yīng)用，上述問題將能得到有效的制約和解決。結(jié)合火電廠主要的熱工過程來說，智能控制技術(shù)主要作用于對鍋爐燃燒過程的控制和對溫度的控制。

首先，對火電廠鍋爐燃燒過程的控制應(yīng)將重點(diǎn)放在提升燃燒效率、降低環(huán)境污染等方面，對于這樣的要求來說，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等技術(shù)的輔助之下，鍋爐燃燒過程中所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)將能得到有效的采集和監(jiān)測，進(jìn)而在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)對鍋爐燃燒狀態(tài)的精確控制，保障火電廠鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性和安全性。其次，鍋爐汽溫具備較強(qiáng)的時(shí)變性，傳統(tǒng)控制辦法難以應(yīng)對大型火電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)需求，在汽溫模糊控制技術(shù)等的輔助之下，火電廠熱工控制系統(tǒng)將能更好的針對不同負(fù)荷下的鍋爐汽溫進(jìn)行控制，以此來保障大型火電廠的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、火電廠熱工自動化發(fā)展的新進(jìn)展

3.1將電氣系統(tǒng)控制納入到DCS系統(tǒng)中

火電廠采用了分散控制系統(tǒng)DCS以后，很大程度上改善了運(yùn)行人員的工作環(huán)境，提高了機(jī)組監(jiān)控的可靠性，給提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和事故處理提供了運(yùn)行和分析的依據(jù)，在集控室形成了以操作員站為中心的監(jiān)控方式。但如果電氣部分采用常規(guī)的儀表控制，則在整套單元機(jī)組的監(jiān)控上顯得不協(xié)調(diào)，同時(shí)也給電廠實(shí)現(xiàn)機(jī)爐電一體化監(jiān)控和管理帶來不便，使火電廠的自動化發(fā)展受到制約。在目前的大型電站中，都把發(fā)電機(jī)-變壓器組和廠用電源系統(tǒng)直接并入DCS系統(tǒng)中，由DCS完成包括廠用電源切換控制、發(fā)電機(jī)并列/解列等電氣監(jiān)控項(xiàng)目。而中小型電站通常是在集控室設(shè)置單獨(dú)的電氣操作員站及電氣監(jiān)控系統(tǒng)，甚至有些電廠還采用老式的模擬屏對電氣廠用主接線進(jìn)行監(jiān)控，這導(dǎo)致了機(jī)爐電系統(tǒng)維護(hù)的不方便，需要多種設(shè)備的備件，也影響了電站自動化程度。針對這種情況，現(xiàn)在的中小型電站也在向大機(jī)組靠攏，把電氣系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)中來，這樣就減少了維護(hù)備件過多，運(yùn)行協(xié)調(diào)性也大大提高。

3.2對于智能控制方面的應(yīng)用逐漸增多

在火電廠的熱工控制理論中，已經(jīng)先后經(jīng)歷了經(jīng)典的控制理論，現(xiàn)代的控制理論，以及當(dāng)前比較盛行的智能控制理論，其中經(jīng)典的控制理論的形成時(shí)期主要是在上個(gè)世紀(jì)的四十到五十年代，這種理論的成果主要是根據(jù)函數(shù)傳遞以及在這個(gè)基礎(chǔ)上建立起來的軌跡圖的解析和設(shè)計(jì)方法以及頻率的特性，對于單方面的輸入和輸出的系統(tǒng)是非常有利的。但是在在對它進(jìn)行描述的時(shí)候不能夠在系統(tǒng)內(nèi)部變量傳遞的函數(shù)方式下，在這個(gè)基礎(chǔ)上也忽略了初始條件的影響。所以說，在函數(shù)進(jìn)行傳遞的描述范圍內(nèi)不包括系統(tǒng)中的所有信息。

對于智能的控制理論來說，它的形成時(shí)期主要是在上個(gè)世紀(jì)的九十年代，是在經(jīng)典以及現(xiàn)代的控制理論之上逐漸發(fā)展起來的，這種智能型的控制理論，不僅可以控制大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)，還可以逐漸發(fā)展成為一種運(yùn)用當(dāng)下發(fā)展比較迅速的計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行控制。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)就是控制技術(shù)工具發(fā)生了變革，保證了智能控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，智能控制可以順利實(shí)現(xiàn)，它作為一種新的控制方法，相信在未來的幾年中電氣儀表的智能控制技術(shù)以及其他一些相關(guān)智能軟件，必然會在火力發(fā)電生產(chǎn)中得到快速的發(fā)展及運(yùn)用。

3.3DCS系統(tǒng)逐漸被FCS取代

雖然DCS系統(tǒng)是目前電力行業(yè)對線運(yùn)行機(jī)組的最主要的控制系統(tǒng)，但其檢測和執(zhí)行等現(xiàn)場儀表信號仍然采用的是模擬量信號，不能為工作人員對現(xiàn)場設(shè)備的檢測、維護(hù)以及管理提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考，極大的限制了對火電廠熱工過程的控制視野。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，為電站自動化控制提供了一個(gè)新的模式，現(xiàn)場總線是指通信網(wǎng)絡(luò)的國際標(biāo)準(zhǔn)化，即將安裝在現(xiàn)場的智能變送器和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，掛在現(xiàn)場總線上，可與任何一個(gè)DCS相連，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信息的數(shù)字化傳送。一根現(xiàn)場總線可以掛多臺智能變送器，同時(shí)傳送工藝變量，控制信息和診斷信息，能在控制室的DCS工程師站上進(jìn)行現(xiàn)場智能變送器的校驗(yàn)、調(diào)速和診斷。雖然現(xiàn)階段現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)還未統(tǒng)一，現(xiàn)場智能儀表造價(jià)也很高，但在現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)化和智能變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)展、完善的基礎(chǔ)上，與現(xiàn)有DCS技術(shù)（計(jì)算機(jī)數(shù)字通信、控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）相結(jié)合，通過現(xiàn)場總線為紐帶，組成一代新的控制系統(tǒng)――現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS），將是控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

結(jié)語

總之，熱工自動化裝置作為大型發(fā)電機(jī)組中至關(guān)重要的組成部分，其自動化技術(shù)也成為目前全球發(fā)展最快、生命力最旺盛的技術(shù)和生產(chǎn)力之一，使得國際上大多數(shù)先進(jìn)國家都對此投入大量資金，以此確保在激烈的競爭中占有一席之地。自動化技術(shù)對于電力工業(yè)如此重要，因此，要求我國從事火電廠熱工自動化的技術(shù)人員在提升自身素質(zhì)和技能的同時(shí)，也要密切關(guān)注國內(nèi)外自動化技術(shù)的最新進(jìn)展，以推動我國火電廠熱工自動化的發(fā)展。

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