遲鵬

[中圖分類(lèi)號(hào)] TM76

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]2095-6487 （2021） 02-0005-02

Research on Energy-saving Control Method Based on Electrical

Automation System of Power Plant Equipment

Clu Peng

[ Abstract] Elecrrical automation control has a direct impact on the operating capacity of power plant equipment. Through the analysis ofthe problems exposed in the application of current power plant equipment electrical automation technology， on this basis， the introduction of fullconununication monitoring intelligent integrated solutions， equipment structure transformation and Frequency conversion speed regulation technology caneffectively ensure that all kinds of equipment are in a safe， stable， and low-energy operation state， and unprove the automation control level of power plantequipment

[ Keywords] electrical automation; energy-saving control; frequency coiwersion speed regulation

近年來(lái)我國(guó)電廠設(shè)備數(shù)量持續(xù)增多，設(shè)備運(yùn)行將產(chǎn)生人量能耗，在引入電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)調(diào)控的同時(shí)，還應(yīng)兼顧環(huán)保要求進(jìn)行節(jié)能技術(shù)措施的應(yīng)用，合理調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、控制設(shè)備運(yùn)行成本、實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置與利用，保障電J‘設(shè)備的節(jié)能、高效運(yùn)行。

1電廠設(shè)備電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

1.1 ECS系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要利用現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行繼電保護(hù)器、測(cè)控裝置的連接，便于操作人員執(zhí)行對(duì)控制站的控制操作。但引入ECS系統(tǒng)將有可能影響到數(shù)據(jù)處理速度，處理器需耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，將增人現(xiàn)場(chǎng)布線難度，并且不利于提升主機(jī)使用率。在實(shí)際布發(fā)ECS系統(tǒng)環(huán)節(jié)，應(yīng)確保土機(jī)、終端間保持適當(dāng)距離，保障土機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，避免因電纜被干擾影響到系統(tǒng)應(yīng)用效果。1.2

1.2? I/O集中監(jiān)控

該監(jiān)控方式主要利用電氣設(shè)備饋線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)I/O接口設(shè)置，借助硬接線電纜進(jìn)行集中控制室內(nèi)DCS的I/O通道的連接，通過(guò)A/D處理進(jìn)入集散控制系統(tǒng)組態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠設(shè)備的全面監(jiān)控?？紤]到集散控制系統(tǒng)的監(jiān)控范圍涵蓋火電廠內(nèi)的所有設(shè)備，伴隨設(shè)備數(shù)量的增多，將有可能引發(fā)DCS土機(jī)冗余縮減問(wèn)題，對(duì)此可引入一種DCS熱備冗余控制系統(tǒng)，借助雙控制器為主從機(jī)切換、數(shù)據(jù)同步提供技術(shù)支持，防范輸出數(shù)據(jù)的擾動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 通信控制

為保證實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的全而檢測(cè)，采用變電運(yùn)行管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，借助專(zhuān)用技術(shù)設(shè)備控制巡檢，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資料匯總上傳與信息共享，為設(shè)備調(diào)度與變電管理提供科學(xué)依據(jù)，以此保障及時(shí)消除故障隱患、提高變電設(shè)備傳輸精度，實(shí)現(xiàn)電氣工程全通信控制目標(biāo)。

2基于節(jié)能控制的火電廠設(shè)備電氣自動(dòng)化改造及優(yōu)化方法

2.1全通信方式監(jiān)控智能一體化方案

鑒于火電廠原有ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中采用的通信方式較為簡(jiǎn)單，在電氣設(shè)備數(shù)量持續(xù)增多的形勢(shì)下，沿用常規(guī)硬接線方式將增加設(shè)備投資、無(wú)法保障實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，并且在電氣信號(hào)數(shù)據(jù)更新環(huán)節(jié)嚴(yán)重滯后，不利于維護(hù)DCS系統(tǒng)監(jiān)控功能的發(fā)揮?；诠?jié)能控制目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控方案改造，擬將ECS系統(tǒng)納入DCS中，從而實(shí)現(xiàn)一體化監(jiān)控，由DCS系統(tǒng)結(jié)合運(yùn)行工況條件與程序判斷結(jié)果生成電氣邏輯，將調(diào)控指令通過(guò)I/O通信端口直接發(fā)送至智能終端，以此控制電源切換、斷路器操作機(jī)構(gòu)分合閘、高壓電動(dòng)機(jī)啟停等，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)操作命令與事件行為邏輯的判斷，防lI：發(fā)生誤操作事件。通過(guò)整合ECS系統(tǒng)與DCS監(jiān)控系統(tǒng)，可將AVR自動(dòng)調(diào)節(jié)等保護(hù)裝置的動(dòng)作保護(hù)信號(hào)、位置狀態(tài)開(kāi)關(guān)量以DI數(shù)字輸入量模式進(jìn)行傳送，同時(shí)基于A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換將電流、電壓類(lèi)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為4 - 20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，統(tǒng)一傳送至DCS 監(jiān)控系統(tǒng)中。

在一體化方案設(shè)計(jì)上，ECS、DCS系統(tǒng)均以主控單元作為DPU的I/O功能模件，利用DPU進(jìn)行控制信號(hào)、動(dòng)作事件命令的傳遞，在串口通信服務(wù)網(wǎng)卡、通信處理機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線、測(cè)控保護(hù)單元等模塊的支持下實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備啟停操作的控制，以此完成智能一體化艱難控管理方案的部署。

在系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)上，土要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①機(jī)組自動(dòng)起?？刂疲弥骺貑卧獙⒖刂七壿媯鬟f至ECS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作或順序控制，系統(tǒng)參考發(fā)電機(jī)的額定電壓、轉(zhuǎn)速等指標(biāo)進(jìn)行AVR自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的投放或發(fā)出投入裝置信號(hào)，由ECS子系統(tǒng)負(fù)責(zé)針對(duì)裝置運(yùn)行性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，待判斷參數(shù)符合同期條件后發(fā)出合閘指令脈沖，在并網(wǎng)后實(shí)現(xiàn)機(jī)組起動(dòng);在停機(jī)環(huán)節(jié)，利用ECS子系統(tǒng)調(diào)控DEH裝置，完成用電系統(tǒng)切換，直至負(fù)荷降至零后將相應(yīng)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)。②電廠用電監(jiān)控，利用自動(dòng)切換裝置將運(yùn)行工況信號(hào)傳送至DCS監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的實(shí)施顯示、存儲(chǔ)，并提供數(shù)據(jù)分析、報(bào)警提示等其他功能。③電氣公用監(jiān)控，分別負(fù)責(zé)針對(duì)備用變電氣開(kāi)關(guān)、繼電保護(hù)裝置、AVR調(diào)壓裝置、照明電路等進(jìn)行控制，支持集中控制與保護(hù)聯(lián)動(dòng)，依托可視化人機(jī)交互界而設(shè)置權(quán)限、執(zhí)行程序，為管理人員調(diào)度運(yùn)行決策的編制提供數(shù)據(jù)支持，保障機(jī)組安全高效運(yùn)行。

2.2 常規(guī)鍋爐自動(dòng)化節(jié)能改造

火電廠常規(guī)鍋爐主要由空氣預(yù)熱器、引風(fēng)機(jī)、脫硫裝置、脫硝裝置（圖1）、省煤機(jī)等設(shè)備組成，在綠色生產(chǎn)理念的指導(dǎo)下引入靜電除塵器（EPR）、煙氣脫硫器（FGD）、濕式電除塵器（WESP）、煙氣換熱機(jī)（GGH）等裝置進(jìn)行環(huán)保設(shè)計(jì)，致力于實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗、減排目標(biāo)。當(dāng)火電廠鍋爐處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下時(shí)，需合理安排削減脫硫裝置的投運(yùn)數(shù)量，然而基于安全運(yùn)行、環(huán)保要求，火電J‘通常至少投運(yùn)2臺(tái)脫硫設(shè)備，在此模式下濕式電除塵器、煙氣換熱機(jī)的負(fù)荷變化不受影響，但整體系統(tǒng)用電率將明顯增人，由此造成電能浪費(fèi)、耗煤量增人等問(wèn)題。

為改善上述問(wèn)題，需做到以下幾點(diǎn)。①需引入自動(dòng)化技術(shù)調(diào)整鍋爐運(yùn)行模式的調(diào)整，針對(duì)機(jī)組設(shè)備運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)整，在原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中增設(shè)自動(dòng)擋板門(mén)與連通門(mén)，保證符合鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行需要，其自動(dòng)化改造結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過(guò)實(shí)行鍋爐設(shè)備的自動(dòng)化改造，可將每組機(jī)組數(shù)量控制為2臺(tái)，保證發(fā)電設(shè)備各部件有效適應(yīng)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)條件，提高粉塵、煙氣處理效率，并且為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展留足余量。②應(yīng)采用智能化技術(shù)優(yōu)化設(shè)備性能，根據(jù)發(fā)電設(shè)備運(yùn)行工況條件進(jìn)行磁場(chǎng)、集成線路及各類(lèi)設(shè)備的分析，調(diào)控發(fā)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度、工作時(shí)長(zhǎng)，并且可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行故障的實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)診斷、生成檢修策略，自動(dòng)隔離故障，維護(hù)系統(tǒng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行。⑧應(yīng)基于PLC系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)控制，與人機(jī)接口配合組建主站層監(jiān)控室，借助遠(yuǎn)程系統(tǒng)與傳感器的配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控。④引入BIM技術(shù)、人工智能技術(shù)與自動(dòng)化生產(chǎn)模式相結(jié)合，通過(guò)建模實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)的精確預(yù)測(cè)，調(diào)控生產(chǎn)資源、提高生產(chǎn)效率，更好地實(shí)現(xiàn)電廠設(shè)備的自動(dòng)化、智能化運(yùn)行目標(biāo)。

2.3 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，在降低電機(jī)啟動(dòng)沖擊、優(yōu)化電機(jī)調(diào)速性能、降低生產(chǎn)能源消耗、對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)適應(yīng)性好等方面呈現(xiàn)出良好應(yīng)用性能。將其應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制中，在自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元設(shè)計(jì)上，可針對(duì)電動(dòng)機(jī)的電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，基于預(yù)先設(shè)定的規(guī)則自動(dòng)識(shí)別相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制;在等速區(qū)間超速控制保護(hù)方而，當(dāng)電廠設(shè)備處于滿載工況或超速運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，可利用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)調(diào)控，將設(shè)備運(yùn)行速率范圍控制在設(shè)定值的15%內(nèi)，保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并且在日常運(yùn)行過(guò)程中針對(duì)設(shè)備運(yùn)行速率變化趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估，當(dāng)發(fā)現(xiàn)速率變化超出安全范圍將發(fā)出預(yù)警，采取緊急制動(dòng)等措施保證設(shè)備安全;在減速區(qū)間低速保護(hù)方而，當(dāng)電氣設(shè)備減速至臨近限制值時(shí)，可引入變頻調(diào)速裝置采取降頻調(diào)速方法進(jìn)行設(shè)備控制，使系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

以某火電廠電氣自動(dòng)化設(shè)備改造項(xiàng)目為例，該電廠現(xiàn)有引送風(fēng)機(jī)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中存在噪聲人、能耗高的問(wèn)題，且頻繁發(fā)生故障，對(duì)此技術(shù)人員結(jié)合設(shè)備運(yùn)行工況與電氣自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際情況，引入變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，其變頻器接線設(shè)計(jì)如圖3所示。針對(duì)增設(shè)變頻調(diào)速裝置后的設(shè)備改造效果進(jìn)行分析，在機(jī)組負(fù)荷為60 MW的情況下，引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)的節(jié)能量分別為403.5 kW和18 7.3 kW，節(jié)電率為57.1%;在機(jī)組負(fù)荷為80MW的情況下，總節(jié)能量為529.2 kW，節(jié)電率為47.7%;在機(jī)組負(fù)荷為100 MW的情況下，總節(jié)能量為546.8 kW，節(jié)電率為43 .1%，具有顯著節(jié)能降耗效果。

3.結(jié)束語(yǔ)

總體來(lái)看，當(dāng)前電廠設(shè)備的電氣自動(dòng)化水下逐步提升，通過(guò)引入節(jié)能控制技術(shù)能夠有效提高設(shè)備運(yùn)行效率、降低人工成本，提高生態(tài)價(jià)值與環(huán)保效益，為企業(yè)綜合效益的提升奠定良好基礎(chǔ)。

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