浅析电气自动化技术在火力发电中的应用发展

贾晓娜

摘 要：火力发电中的电气自动化系统，是发电厂电气自动化领域近几年来新型的热点与焦点，其侧重于对火力发电厂电气系统的自动化监控，实现对发电厂内部用电中低压电气系统的保护、控制和分析等。目前，电气自动化技术已经在火力发电系统中得到了广泛的应用，其利用自身特有的信息化和网络化系统优势，不仅促进了发电厂电气信息的广泛应用，也提高了发电厂的自动化运行水平，增强了电气控制的安全性和可靠性。

关键词：电气自动化技术；火力发电；创新；应用

1 引言

随着电气自动化技术的快速发展和在火力发电中的应用，其运用电气自动化技术在最大限度地挖掘机组潜力，实现火力发电厂机、炉、电的一体化运行监控，加强火电发电运行和管理，提高工作效率和自动化水平，降低成本造价以及提高火力发电厂的竞争能力等方面取得了显著的成果。

2 电气自动化系统在火力发电中运用的现状

2.1 火电厂自动化控制系统的组成

火电厂自动化控制系统包括有发电厂电气自动化和机炉热工自动化两大系统。但是由于火电厂过程控制的复杂性，机炉热工自动化系统内就含有多个复杂控制的子系统，每一个子系统都是相对独立的DCS/FCS系统。例如单元机组协调控制系统、炉膛安全监控系统、数字电液控制系统、汽轮机监测仪表系统等；而发电厂电气自动化系统包括有发电厂电气监控系统和发电厂网控自动化系统（NCS），这两个子系统也是相对独立的DCS/FCS系统。发电厂电气监控系统包括发电机组监控系统（一臺发电机组配一套监控系统）和公共部分系统。每套发电机组监控子系统相应配置有发变组保护、滤波、同期、励磁、直流、UPS等保护测控装置。公共部分有高压和低压厂用电保护测控装置及厂用电快切换装置等。另外，ECS和机炉DCS监控系统分别通过网关与SIS厂控级相连。

2.2 传统DCS技术应用于厂用电气自动化系统时存在的问题

（1）因为ECS纳入DCS后，控制系统的输出点与AC220V、AC380V电压串入DCS系统中，就会可能烧坏大批弱电设备。因此需要设计人员在设计中充分考虑到强、弱电的隔离问题。同样的，在施工过程中，施工人员也要注意这个问题，避免烧坏设备。

（2）DCS控制软件在用户权限、权限分级可以做得很细致、到位，但是在操作监护上缺乏足够的认识，需要在设计联络会上明确提出：要求DCS厂家必须具备ECS操作时所必须的由监护人员确认的程序。

（3）目前主流DCS控制程序的扫描周期在100—200ms左右，达不到电气保护动作、高压厂用电快切、通气和励磁调节的要求，所以ECS纳入DCS控制后，必须保留继电保护装置、高压厂用电快切装置、励磁调节装置和自动同期装置等，确保这些功能的准确性、可靠性和灵敏性。

3 创新电气自动化技术在火力发电中的系统配置

电气自动化技术在火力发电中的系统配置主要可以分为以下三种形式：集中监控方式、远程智能方式和现场总线控制系统（FCS）方式。

3.1 集中监控方式

集中方式。是将电气的各馈线在现场设置现场设备接口，通过硬接线电缆与集控室通道相连，经处理后进人DCS组态，实现DCS对全厂电气没备的监控。这种监控方式优点是速度对应快、运行维护好、监控站的防护等级低，从而使DCS的造价下降，但由于电气设备全部进入DCS监控，随着监控对象的大量增加使DCS主机冗余的下降，电缆数量巨大，控制楼面积大，长距离电缆引进的干扰可能影响DCS的可靠性。

3.2 远程智能方式

远程智能方式是在数据采集较集中且离控制室较远的现场设立远程采集柜（即现场转换机柜），现场设备信号通过硬接线电缆与加采集柜相连，加采集柜与控制室DCS控制器主机柜通过光纤或双绞线。远程具有节省大量电缆、节省安装费用、节省控制楼面积、可靠性高等优点，智能化远程还可完成数据处理、自检、自校正等功能。但卡件、模拟量卡件及电量变送器还是不能减少。

3.3 现场总线控制系统方式

现场总线是当今3c技术，即通信、计算机、控制技术发展的结合，是信息技术、网络技术发展到控制领域和现场的体现。现场总线废弃了DCS的控制站及其输人/输出单元，从根本上改变了DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，通过将控制功能高度分散到现场设备这一途径，实现了彻底的分散控制。

4 创新电气自动化技术在火力发电中的应用

4.1 统一单元炉机组

创新电气自动化技术在火力发电中的应用，实现由机、电控制一体化向火力发电厂机、炉、电一体化的单元制运行监控方式转化。这样，火力发电厂中集散控制系统可以通过机、炉、电单元制的运行方式对整个火电机组的所有运行参数和状态信息进行汇总和分析，最大限度地挖掘火电机组潜力，并发挥其自身特有的控制功能，最大限度地缩小控制室，实现对监控系统的简化，也就能够最大可能地降低成本造价{同时，统一单元炉机组也便于火力发电中电厂信息管理系统的信息采集，从而加强火电电网的统一运行和管理，完成中调AGC的相关指令和要求，提高电网的工作效率，使其保持在最经济和最佳的运行状态。因此，统一单元炉机组有利于提高火电机组的监控水平和自动化水平。

4.2 创新控制保护手段

一般来说，在传统的火力发电中所采用的系统控制和保护手段为报警和连锁，仅仅只能实现超限报警以及联锁跳机的波动性控制和保护。而通过创新电气自动化技术，可以通过采用计算机的控制保护技术，实现对电气自动化系统的运营检测和故障诊断等，从而提前发现火电设备的系统隐患，并改变控制和保护策略，采取诸如系统冗余等一些主动性控制和保护措施，对系统故障的范围进行自动控制，防患于未然，保证电气自动化系统能够继续保持运行状态。另外，也可以使实现电气自动化系统设备从预防维护的被动和事故后维修转化为预防维护的预知和设备维修的同时进行。

4.3 实现电气全通信控制

从目前的情况来看，火力发电厂的电气自动化系统还无法满足集散控制系统通过电气自动化系统实现电气全通信控制的方式，其通信速度和系统可靠性还存在着一定的距离，电气自动化系统和集散控制系统之间还存留了一部分的硬接线。要实现电气全通信控制模式，就必须处理好热工工艺连锁的问题，提高电气后台系统的实际应用水平，丰富当前初级阶段的基本运行监视功能，实质性地提高电气自动化系统的控制逻辑、控制水平、自动化水平和运行管理水平。

5 结束语

电气自动化技术在火力发电中能够发挥非常重要的作用。当前火力发电厂在电气自动化系统的应用方面也取得了较大的进步，最大限度地挖掘了火电机组的工作潜力，实现火力发电厂中机、炉、电一体化的单元制运行监控模式，加强了火力发电厂中电网的统一运行和管理，提高了系统工作效率、控制水平和自动化水平，降低了火电厂的成本造价，提高了火力发电厂的市场竞争能力。

参考文献：

[1] 张拥军.优化火电厂自动控制系统的重要性及对策[J].中国集体经济，2009.

[2] 马文学，钟汉枢，闰天军.基于工业以太网的火电厂电气自动化系统应用研究[J].机电工程技术，2005.