电气自动化技术在火力发电中的创新与应用

摘要：在国内，高参数、大容量的大型火电机组已成为我国电力行业的主力机组。随着计算机技术、电子技术以及信息技术的快速发展，火力发电厂逐渐步入了信息化和网络化时代，电气自动化技术也由此在火力发电厂中得到了广泛的创新和应用。文章对电气自动化技术在火力发电中的创新与应用进行了探讨。

关键词：火力发电；电气自动化技术；火电机组；发电厂；低压电气系统 文献标识码：A

中图分类号：TM76 文章编号：1009-2374（2016）22-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.013

火力发电厂中所使用的电气自动化系统（简称为ECS）主要是起着对发电厂内部的中低压电气系统进行保护和控制的作用，以此达到对其进行自动化监控的目的。由于具备信息化和网络化的特点，电气自动化技术已经在火力发电中得到了广泛的应用和发展，这不仅使得火力发电厂的自动化水平得到了很大提高，也使得其电气控制系统的安全系数大大加强。在提高工作效率的同时降低了成本造价，大大提高了发电厂的市场竞争力，成为发电厂在激烈的市场竞争中生存和发展的必由之路。

1 电气自动化技术的特点

电气自动化技术是一套以监视控制设备为主、数据交换信号反馈为辅的自动化系统。其主要行使着对发电厂内部的电气系统的自动化监管职能，并且具备对其中低压电气系统的保护和控制功能。其主要是通过对设备的运行状态进行检测并以数据信息的形式进行反馈，使电厂的管理人员能够及时发现设备的异常情况并采取相应的措施，避免发生危险情况。其主要有以下特点：

1.1 提高发电效率

社会发展的日新月异使得人们的物质生活水平也得到了很大程度的提高，人们对于物质文化的需求也愈来愈高，尤其是对电量的需求明显表现出大幅增加的趋势，这种状况就难免会给发电厂的发电量带来巨大的压力。然而，传统发电厂的发电设备并不能满足当今社会对电量的需求。因此，当前的社会现状对于发电厂的发电设备和技术提出了新的要求，技术革新成为发电厂亟需解决的一大问题。在这种情况下，电气自动化技术在火力发电系统中的应用和创新为这一问题提供了一个正确的方向和解决方案，提高了电厂的发电效率，从而生产出能够满足大众需求的电量。

1.2 降低发电成本

煤和石油构成了火电厂的主要生产原料，但过去由于发电技术较为落后，原材料得不到充分燃烧，其原有价值也就得不到有效发挥，这不仅造成了巨大的资源浪费，也极大地增加了电厂的产电成本。而今，电气自动化技术在发电领域的广泛运用使得这种情况得到了极大的改善。

1.3 优化资源配置

在发电过程中，资源的有效利用对于发电效率有着巨大的影响。过去，发电技术的落后导致原材料和电力设备以及人力资源等都没有得到有效合理的利用，火力发电的效率受到了一定程度的削弱，然而电气自动化技术在火力发电领域的应用为这一问题的解决提供了一条卓有成效的道路。

2 传统电气自动化系统（ECS）应用于火力发电厂中的集散控制系统（DCS）时的缺陷

将ECS系统应用于火电厂的DCS系统当中主要会面临电压、操作监护、控制程序扫描周期以及设备投运规划等一系列问题。

2.1 强、弱电压之间的冲突

随着ECS系统被纳入DCS控制系统之中，系统输出点以及AC220V、AC380V电压也将随之一并被串入DCS系统中，结果可能导致弱电设备面临被烧毁的危险。因此，在设计时，强、弱电的隔离问题就需要设计人员进行充分的考虑。另外，在施工过程中，这个问题也应该引起操作人员的重视，避免出现设备烧毁的情况。

2.2 操作监护问题

尽管DCS控制软件对于用户权限和分级问题等方面的设置非常细致，但是对于操作监护问题却认识尚浅。要使这个问题得到相应改善，火电厂应该在设计联络会上就一些为ECS操作系统所必需的监护程序与DCS厂家达成共识。

2.3 DCS的扫描周期达不到要求

在火电厂的发电过程中，控制系统要实现诸如电气保护、电快切、通气以及励磁调节等功能，就要求DCS控制程序具备一定频率的扫描周期。然而，就目前看来，市面上大部分DCS系统的扫描周期还达不到要求。因此，将ECS纳入DCS控制后，控制这一系列功能的装置就必须保留，以确保设备正常运行。

2.4 设备投运时间

相对于用电送电，DCS设备的安装和调试等工作在工期上一般要稍晚一些，所以要将ECS纳入DCS控制系统，就要求ECS设备的安装调试工作必须与厂用电设备的安装调试工作同时进行，以确保ECS系统能够正常投运于产电过程。此外，用于操控DCS系统的机柜室的修建工作也必须同步完成。这就需要厂方对设备的安装调试工作进行全面的规划，对工期进行合理的安排。

3 创新电气自动化技术在火力发电中的应用

3.1 自动化技术在火力发电中的系统创新

电气自动化技术在火力发电中的系统创新主要体现在I/0集中监控、远程智能I/0以及现场总线控制等

方面。

3.1.1 I/0集中监控。此种模式通过将各现场设备的I/0接口与DCS控制系统的I/0通道相连，使其进入DCS组态，这样DCS控制系统就可以对现场所有的电气设备进行实时监控。这种模式具有快速、容易维护以及防护等级低等优点，极大地降低了DCS控制系统的造价。然而，由于这种模式使得DCS控制系统需要对全场所有的电气设备进行监控，工作任务量加大，结果使得DCS主机冗余随之下降，DCS控制系统的安全性和可靠性也将受到削减。

3.1.2 远程智能I/O控制。远程智能I/O控制模式就是将远程I/O采集柜设置在离控制室较远的现场，再使用光钎或双绞线将现场设备、采集柜以及DCS主机柜联结在一起，进行大量的信息采集活动。这种方式的优点就在于既可以减少电缆的使用量和安装成本，又可以减少系统的控制任务量，同时也使系统的可靠得到了极大保障。同时，远程I/O控制模式还具备数据处理以及自我检测和校正等功能。但是这种方式的不足之处就在于没能减少其对一些诸如I/O卡件、模拟量卡件及电量变送器等辅助设备的需求量。

3.1.3 现场总线控制系统。这种控制系统方式通过将通信技术、计算机技术以及控制技术紧密结合在一起，满足了控制领域对于信息技术以及网络技术等的需求。这种新型的控制模式从根本上改变了传统的DCS集散控制方式，通过将系统的控制功能高度地分散到现场各个设备，使得分散控制得以彻底实现。

3.2 火力发电中电气自动化技术的创新实例

电气自动化技术能够最大限度地挖掘火电机组的工作潜力，在火力发电中扮演着十分重要的角色。火力发电中，电气自动化技术已经得到了广泛的发展和创新。

3.2.1 使用统一单元炉机组。创新型的电气自动化技术实现了火力发电厂由机、电控制一体化向机、炉、电一体化的转型。在这种控制方式下，火电厂的DCS系统就可以通过这种单元制的操纵模式将全部设备的运行状态和信息参数收集在一起进行汇总和整理，为相关管理人员提供一系列有效的数据参考，以便最大限度地发掘产电机组的潜力，将其控制功能发挥到最好。同时，同一单元炉机组的使用还可以减小控制室的规模，简化监控系统，尽可能地降低设备产电成本。除此之外，这一模式的使用也便于火力发电厂的信息管理系统进行数据采集，最大程度地提高电网的统一运行水平以及管理水平，也有助于设备执行中调AGC的相关指令，在提高电网工作效率的同时又能使其在最经济、最佳的工作状态下运行。这一创新模式在火力发电过程中的应用既提高了控制系统的监控水平，又提高了整个产电过程的自动化水平，对于火力发电及火力发电厂意义重大。

3.2.2 控制保护模式的创新。报警和连锁是传统火电系统所普遍采用的控制和保护手段，但这种保护模式仅仅只能被动地应对诸如超限报警以及联锁跳机等情况的发生。与传统的系统控制和保护手段不同的是，创新型控制保护模式通过对计算机技术的使用，使控制系统具备对产电设备进行运营检测和故障诊断的能力，使相关管理人员能够及时发现设备存在的隐患，采取积极有效的措施避免危险情况的发生，真正做到防范于未然，使系统能够继续运行。同时，创新控制保护模式的应用也实现了电气自动化系统从被动向预知的转变，这是电气自动化技术在火力发电中的重大创新，极大地促进了自动化技术在火力发电领域的发展。

3.2.3 使用电气全通信控制。就目前的情况而言，DCS控制系统对于电气全通信控制有着较高的要求，然而当下火电厂的电气自动化系统的通信速度和可靠性还有所欠缺，满足不了系统对于全通信控制的需求，这就成为火电厂亟待解决的一大难题。只要电气全通信控制得以实现，后台系统的实际应用水平就能得到提高，系统的基本运行监视功能就能更加丰富，其控制水平、自动化水平和运行管理水平才能得到实质性的

提高。

4 结语

火力发电在我国的发电产业中扮演着不容忽视的角色，对经济、民生以及人类文明的发展起着十分重要的作用。近几年来，电气自动化技术在火力发电中的应用问题倍受青睐，引发了许多相关人士的积极探讨。笔者认为，发电企业必须养成对电气自动化技术的创新意识，使其能够得到广泛的应用和长远的发展。在火力发电中，电气自动化技术的应用所取得的成就是有目共睹的，其信息化和网络化的特点，提高了火力发电厂电气系统的自动化水平和运行管理水平。计算机、保护测量、分层分布控制及通信技术的最新成果在系统中的综合应用，使得火电厂电气系统的控制和保护功能实现了自动化，同时也使得电气信息的应用得到了强化，促使电气系统复杂的运行以及管理工作得以完成。

参考文献

[1]赵杨，丁宝峰，杜翠女，赵明.浅谈电气自动化技术

在火力发电中的创新与应用[J].硅谷，2011，（3）.

[2]庞卫仕.电气自动化技术在火力发电中的创新与应用

[J].广西轻工业，2011，（7）.

作者简介：柳宁（1989-），男，宁夏青铜峡人，宁夏青铜峡铝业发电有限责任公司助理工程师，研究方向：电气自

动化。

（责任编辑：黄银芳）