浅谈自动控制技术在大型电厂中的应用

陈影

摘 要：该文主要对在电厂生产过程中的自动化控制技术进行了详细的介绍，包括控制技术的特性和现状等问题，并且对现场的控制技术如FCS、DCS等特性和存在的相关问题进行了详细的分析描述，阐述了工业以太网技术的优势以及应用目的，提出了一些建设电厂自动化控制技术的思路。

关键词：汽轮机 自动控制 技术分析

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0044-01

汽轮机是一种将蒸汽的热能转变为机械功的外燃回转式原动机。它的任务是把蒸汽的热能转换为机械能，再利用传动机构拖动发电机发出电能。由于汽轮机的转换效率较高，且能设计和制造出较大的功率，所以在火电厂里得到了普遍的应用。随着计算机技术的发展及计算机在生产领域的普遍应用，当前新投运的汽轮机越来越多的采用了以数字式电子计算机为控制器核心的数字电液控制系统（DEH）。它由计算机控制部分和液压执行机构两大部分组成，是发电汽轮机组的专用控制设备，它包括了对汽轮发电机组的自动监测、自动控制、顺序控制及自动保护四大功能，可实现发电机组的自动启动、停机、功率频率调节，实现远方自动调度等功能。实现对汽轮机组的自动保护，使汽轮机自动控制水平由前一阶段的单独控制提高到机、炉、电协调控制及电网中心统一控制的高级综合水平。汽轮机电液控制系统的出现，要求汽轮机运行人员和设备维护人员不仅要具有汽轮机原理和液压调节系统方面的知识，而且还要具有控制原理、电子、计算机等方面的知识。

1 汽轮机自动控制机构的基本特性

1.1 控制系统的配备关系

汽轮机必须在配备了控制系统后才能保证工作安全和所发电能的质与量。在保持转速基本稳定的前提下，汽轮发电机组的主力矩与汽轮机的进汽参数和排汽参数相关。如果汽轮机进汽的温度、压力和排汽的温度压力均保持不变，那么汽轮机组的主力矩，也就是发电功率基本上就只与汽轮机的进汽量成正比。当电力用户的用电量增大时，汽轮机的进汽量就应增大，反之亦然。因此必须在汽轮机上安装自动调节系统，利用汽轮机的转速信号对汽轮机自动进行进汽量的调节，使其满足实际运行的要求。

1.2 汽轮机转速与所发电能频率的关系

因为电能很难大量储存，所以电力生产中对发电设备必须进行自动调节，以随时满足用户对所发出的电能的量和质的要求。在此处量指的是电能功率的大小，质指的是电能的频率与电压（我国规定频率变化在±1%以内，电压变化在±6%以内）。电能的频率与电压这两者都和汽轮机的转速有关，电压除取决于转速外，还可以通过调节励磁电流来控制，而频率就直接取决于汽轮机的转速。因为发电机是直接由汽轮机拖动的，所以汽轮机的转速升高，电能的频率就增高，汽轮机的转速降低，电能的频率也减小。发电机转速与发电频率有直接关系。

2 汽轮机自动控制技术系统的现状

2.1 安全保护系统

汽轮机对于转速、震动和油温等参数都有严格的要求，要保证这种复杂的机械装置的正常运行，必须有一套安全保护系统。还保护系统可以针对上述几组参数进行设计。其实，作为一个有机整体，汽轮机本身具备一系列的安全保护措施，比如常见的危及遮断装置，该装置能以机械的方式实现对汽轮机的超速保护。但仅有此类装置是不够的。为确保生产的安全可靠运行，该研究采用了一种新的汽轮机检测保护控制系统，即：将DCS与DEH-NK结合起来，当DEH-NK数据不太重要的时，以通讯的方式将其传输至DCS系统；当数据很重要时，则采用硬接线的方式将其送入DCS，通过两者使该控制系统形成一个有机整体。

2.2 自动发电控制系统

因为调速器通常为有差调节，所以对变化幅度较大、周期较长的变动负荷分量进行二次调整。其原理在于改变汽轮发电机组的出力以达到调频目的。具体通过改变机组的同步器即通过平移调速系统的调节静态特性来完成。

遥控自动控制，也可以由电网调度中心的能量管理系统来完成。人们通常将这种二次调整方式称为自动发电控制（automatic generation control System，AGC）。

2.3 顺序控制系统

顺序控制系统指生产过程中的一系列操作，这一系列操作要符合生产工艺要求，要有计划有步骤地进行。这种控制方式也称程序控制。它主要在两种情况下使用：主机或辅机的自动启停程序控制，如汽轮机的自动启停程序控制、磨煤机自动启停程序控制；辅助系统的程序控制，如定期排污和定期吹灰的程序控制等。

2.4 数字电液控制系统

作为汽轮发电机组的重要组成部分，该系统既可以在机组启停和故障时发挥控制和保护作用，也可以控制汽轮机转速、功率及机前压力。

2.5 监视仪表（TSI）和紧急跳闸系统（ETS）

汽轮发电机是一种大型机械设备，它通常在高速运转的情况下工作，因而有严格的运行参数要求。必须对大轴的振动、位移、热膨胀等参数进行精确测量和监视，因为它们会对直汽机的安全运行产生直接影响。要解决参数监测与处理相关的问题，可采取以微处理器为核心的汽轮机监控系统。

3 实现系统的开放

FCS指现场总线控制系统。与采用DCS代表模拟仪表相比，采用该系统取代DCS具有更大的经济效益。具体体现在以下几个方面：（1）通过该系统，可以将控制功能下放到现场，使信号传输变得更加准确、实时和可靠；（2）该系统只需一两根电缆即可，节省了大量电缆；（3）无需I/O端子柜和控制柜，系统得到大大简化，占地面积大大减少，设计、安装、调试和维护工作量和费用都大大降低；（4）只有2根同轴电缆或光缆和几根紧急停机开关的电缆进入控制室，这对防火和火电厂的安全运行十分有利；（5）现场总线通信协议国际标准化后，不同厂家的产品相互衔接变得十分容易。在现场总线技术的推进时间上，现在是用DCS取代模拟仪表时期，也是HART仪表的上升时期。工业生产的关键在于产品质量、产量和可靠性上，该研究者相信，FCS这种新型的自动控制装置，能够为工业生产带来巨大效益，一旦现场总线国际标准出台，它必然能得到广泛应用。

4 结语

近年来，我国社会经济发展非常迅猛，火力发电厂不断得到完善。要确保机组的自动发电控制发挥正常功能，一个有效的控制系统是必不可少的。由于非线性、参数慢时变、迟滞并存大惯性等情况会对控制系统的设计和实现造成许多不利影响，所以单元机组协调控制系统将这些作为主要控制目标。某电厂300MW亚临界参数燃煤机组并不能满足电网的使用需要，其原因正在于锅炉侧汽压对象存在很大的惯性，而原机组协调控制系统功能较差导致自动发电变负荷速率仅为有1%/min。所以，该文结合了状态变量控制技术和相位补偿技术对问题进行了分析，以缓解锅炉的快速性及稳定性存在的冲突。

参考文献

[1] 张静.预测函数控制在汽轮机控制系统中的应用研究[J].汽轮机技术，2014（1）：66-68.

[2] 侯小龙.汽轮机盘车装置自动控制的设计[J].华北电力技术，2004（8）.

[3] 蔡文.汽轮机自动盘车操作装置的工作原理及控制[J].内蒙古科技与经济，2013（15）.