大型火电厂热工自动化水平的探讨

摘 要：随着我国国民经济的发展和电网规模的不断扩大，对电力的需求量也不断增加，作为我国主要的发电形式，火电在我国电力发电中占有很大比重。火电厂的热工自动化水平关系到火电厂的安全、可靠、稳定供电，与人民生活水平息息相关，文章结合工作经验，浅谈热工自动化技术的内涵与发展，分析了热工自动化技术的实现，展望了热动自动化发展的新趋势，以期为我国大型火电厂的热动自动化水平提高做出贡献。

关键词：大型火电厂；热工自动化水平；DCS；FCS

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）12-0088-02

近年来，随着我国火电厂发电技术和自动化技术的发展，大型火电厂热工自动化水平也在不断提高，作为大型火电厂发电机组的重要组成部分，热工自动化装置的自动化程度已经成为表征现代火电企业的重要特征。随着国家建设智能电网的战略规划提出，现代火电厂的机组也向着大规模、大容量、自动化程度强方向发展。

1 熱工自动化技术的内涵与发展

火电厂热工自动化是指在不需要人工参与的情况下，通过各类自动化仪表和自动控制装置，完成对火电厂工作中的信息测量和处理、自动控制、自动保护等功能。随着火电厂自动化水平的不断提高，热工自动化技术的内容、构成、性能也在不断发生变化。

1.1 传统的热工自动化主要内容

传统的热工自动化主要包括：自动检测、远方控制与顺序控制、自动保护、自动控制四个部分。图1为传统的热工自动化控制系统的主要组成部分。

其中，自动检测是指能够自动检测出火电厂生产相关的各种参数（温度、压力、液位等）和状态，以掌握生产过程的情况；远方控制是指在控制室完成对火电厂辅机、阀门等的远距离操作，是与就地控制行对应的。顺序控制是指按照预先拟定的程序，自动的按顺序的控制火电厂机组的起、停等操作；自动保护是指根据自动检测的结果，当发现火电厂机组出现异常情况时，采取自动保护措施，进行告警或保护动作，切除某些故障设备，防止事故进一步扩大；自动控制是指是指火电厂机组的一种自动调节，维持热力设备工作在规定值，纠正运行工况的偏离。

1.2 现代热工自动化的新进展

为了适应生产规模的大型化和复杂化，实现仪表的更新换代，现代热工自动化系统主要依靠DCS（Distributed Control System，分散控制系统）系统来实现，DCS系统目前已经在我国300 MW及以上的火电机组获得了广泛的使用。

DCS系统主要包括：DAS系统（数据采集系统）、CCS系统（或称MCS系统，即模拟量控制系统）、FSSS系统（锅炉炉膛安全监视系统）、DEH系统（汽轮机数字电液调节系统）、SCS系统（顺序控制系统）、ETS系统（汽轮机保护系统）、ECS系统（电气控制系统）、TSI系统（汽轮机仪表监视系统）、MEH系统（小汽轮机数字电液调节系统）、BPCS系统（旁路控制系统）十个部分。与传统的热动自动化技术相比，现代热动自动化技术在功能实现上也是一一对应的。

其中，DAS系统主要执行自动检测功能，CCS（MCS）系统主要执行自动调节功能，FSSS系统和ETS系统主要执行自动保护和联锁功能，SCS系统主要执行顺序控制与远方控制功能，ECS系统和MEH系统、BPCS系统主要执行自动调节的功能。

2 热工自动化技术的实现与实施

热工自动化技术的实现与实施与自动化仪表与设备息息相关，如果从自动检测、自动控制、顺序控制、自动保护这四个方面来切入，可以将热工自动化技术的实现与实施仪表概况如表1所示。

2.1 自动检测

自动检测火电厂机组的温度、压力、液位、气体含量等，作为自动检测使用的主要仪表设备，温度测量主要使用的仪表有温度计、热电偶等，压力及其关联参数的测量主要使用的仪表有压力计、压力变送器、传感器等。

2.2 自动控制

自动控制的主要逻辑结构为：控制器接收自动检测变送器送来的检测信号，与其它辅助的控制单元相结合，输出控制系统的调节信号，并发送给执行器执行具体操作。作为自动控制使用的主要仪表设备，执行器主要有电动执行器、气动执行器、液动执行器等，运算调节控制主要包括各类调节阀，如单座与双座调节阀、套筒式调节阀、自力式调节阀等。

2.3 顺序控制而后自动保护

为了实现大型火电厂的顺序控制和自动保护，使用PLC进行编程是必须的。PLC主要包括电源、输入模块、编程设备、输出模块、CPU模块五个部分，其中，输入模块主要采集现场的输入信号并进行信号转换，PLC进行用户程序的编写，输出模块将PLC内部的指令以一定的形式反馈到现场，CPU模块完成用户程序的执行、系统自诊断和数据通讯。

3 火电厂热工自动化的发展新趋势

3.1 FCS、DCS代替常规仪表实现过程自动化势在必然

早期的常规仪表在系统集成方面存在一定的不足，主要表现为硬件结构的不通用、善变，使系统集成技术变得复杂和无章可循。随着火电厂热工自动化水平的提升，DCS系统出现后，为硬件结构可以通用，且系统集成与变更方式更加方便和灵活，在操作监视方面，常规仪表数据传输为模拟4～20 mA信号，使操作监视分散化，DCS的数据传输在控制柜以上为数字和网络信号，使操作监视集中完成。DCS在火电厂获得应用后，大大提高了对锅炉和汽轮机等火电厂关键设备的控制水平。

FCS（Fieldbus Control System，现场总线控制系统）是继DCS后出现的，FCS系统的软硬件更加成熟，有利于系统可靠性的提高，可以实现上位机系统对现场仪表的要求，弥补DCS存在的不足。所以，FCS、DCS代替常规仪表实现过程自动化势在必然。

3.2 智能控制仪表的大量应用

智能控制是继经典控制理论、现代控制理论之后出现的，常见的智能控制方法有：模糊控制、专家控制、神经网络控制、拟人智能控制、预测控制等。

火电厂热工自动化是一门专业性很强的技术，涉及到多个领域的关键技术，且火电厂有很多热工控制对象的数学模型较为复杂，传统的经典控制理论与现代控制理论很难实现，在此基础上，智能控制发挥了很大的作用。例如，模糊控制在200 MW及以上机组的直吹式锅炉主蒸汽压力控制中的采用，能够有效的解决被控对象的纯延迟和大惯性难题，应用于发电厂机组协调控制系统，可以有效解决空气预热器漏风等问题；预测控制策略的采用，可以有效的实现对磨煤机的自动控制，解决了传统磨煤机很难实现动态矩阵控制的难题。

3.3 管控一体化的实现

随着智能电网的不断推进和自动化技术的发展，火电厂热动自动化更加趋向于管控一体化。即实现DCS、FCS、MIS之间的互补和结合，实现综合性的融合管理、控制、调度和决策的一体化，便利电网的管理和控制。

4 结 语

自动化水平与火电厂机组的安全、经济运行有着密切的关系，随着我国电网规模的不断扩大、网架结构的日益复杂、输电等级的不断提高，大型火电厂的发展离不开系统的高度自动化。基于自动化技术对于电力工业的重要性，火电厂热工自动化从业人员应积极学习，提升自身素质和技能，密切关注行业最新技术进展，以推动热工自动化水平的不断发展和进步。

参考文献：

[1] 张擎.浅论火电厂热工自动化的现状与进展[J].科技传播，2010，15.

[2] 李子连，王汉生.火电厂热工自动化的发展、现状及前景[J].中国电力，2006，（6）.

[3] 刘建民.火电厂热工过程自动化的发展概况和趋势[J].山西电力技术，1996，（6）.

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