电气自动化技术在火力发电中的创新与应用

徐凡军

摘 要：电气自动化技术是科技发展的产物，在工业制造、建筑等行业都得到应用，该项技术逐渐渗透到火电厂中，有效提升火电廠工作效率，电网运行稳定性大幅提升。本文围绕电气自动化技术展开讨论，总结其在火力发电中的创新，结合电气自动化技术功能，构建火力发电自动化系统，实现对火力发电的全程监管，目前电气自动化技术还在不断完善中。

关键词：电气自动化;系统构建;创新应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.099

0 引言

火力发电的主要原料是煤炭，目前火力发电已经实现电气自动化控制，在自动化技术的支持下，电气系统功能更加健全，系统稳定性有所提升。人类对电能的需求量很大，传统的火电厂每年发电会浪费大量原材料，系统故障、管理不当等原因导致材料损耗大，电气自动化技术的出现有效解决此问题，资源利用率提升，火电厂输出电量增加，但原料消耗保持不变，可见此项技术在火力发电中的重要作用。

1 火力发电中电气自动化技术的创新

1.1 电气全通信控制

现阶段我国火电厂已经实现自动化管理，但电气自动化系统运行中还存在缺陷，通信可靠性受到限制，集散控制系统功能缺失，全通信控制无法实现。为解决上述问题，需对热工工艺连锁缺陷进行创新。在原有系统基础上，热加工过程由计算机进行控制，借助相关软件完成工艺编程，在计算机软件中对加工工艺进行模拟，对工艺瑕疵加以改善，实际加工也需集散控制系统参与实时监控，实现对加工的全过程控制。自动化技术的融入，改变局部通信控制缺陷，提升火电厂发电效益。

1.2 单元炉机组被统一

单元炉机组是目前火电厂的重点创新对象，将机组运行进行统一，从而降低发电成本。将单元炉机组逐步融入到机电一体化监控系统中，实现对火力发电的全方位监控。机、炉、电单元监控数据实时传输到电厂DSC系统中，实现对发电机组的实时监控。在全面监控下，火电机组控制能力增强，在保证其正常运行的基础上，对监控系统进行简化，适当将控制室缩小，控制成本随之降低。将单元炉机组进行统一，管理系统搜集信息更加方便，实现火力发电的统一管理，发电厂工作效率提升，管理工作井然有序。

1.3 构建通用化网络结构

自动化系统能否正常运行，与网络结构构建关系密切。构建通用网络首先要对通信产品质量进行审查，结合发电厂实际选择最合适产品。其次是按照网络设计结构，将通信产品安装到系统相应位置，安装作业必须全程监控，防止系统线路误接、漏装设备等现象。最后对网络结构试运行，将监控、管理等系统设计参数输入进去，在此网络结构下自动化系统进行模拟运行，根据系统运行故障对结构稍加调整，从而实现系统的顺畅运行。

1.4 创新保护方式

将自动化技术融入报警系统，电气系统自动化运行时，报警系统也在运行。报警系统会对运行故障进行自动检测和诊断，给出最佳解决方案，同时对电气系统进监测，分析运行中存在的隐藏风险，在系统定期维护时拔除隐藏风险，保证电气系统顺利运行[1]。随着电气技术的不断创新，火力发电效率更高，系统管理更加智能化。

2 构建火力发电的电气自动化系统

2.1 监控系统设计

火力发电原料是煤炭，发电过程用到过发电机、水泵等多种设备，如图1所示是火电厂发电过程示意图，从中可看到发电过程是比较复杂的，因此需要监控系统必不可少。

监控系统包括以下组成部分：（1）发电机、变压器运行情况监控模块。（2）励磁系统运转情况监控。（3）对用电系统进行监控，防止漏电、触电事故。（4）电源切换系统监控，保证启动电源和备用电源自如切换。（5）报警系统监控，保证系统运行正常。（6）直流、UPS系统进行监控。（7）水循环、加热等系统的监控，确保系统运行正常。

2.2 系统设计功能分析

在上述监控系统的构思基础上，将保护、通信等功能全部集中到电气自动化系统中，系统功能更加丰富，新系统应该具备以下功能：监控系统功能完善，可同时对高低压系统、励磁系统等进行状态监测，让系统处于最佳运行状态;信息系统全面，对电能输送量、设备故障等信息记录整理，并收录历史数据，为系统后期维护提供资料;系统具有对时功能，信息传输时间被准确记录;组建DCS系统，结合通信接口，实现信息调度，不同区域电厂可进行数据共享。此外，电气自动化系统具有自我检测功能，可及时发现系统故障，降低发电中的事故发生率。

自动化系统将电气、热控技术自然融合起来，符合火电厂人员的管理习惯，系统自动化程度提升，管理工作方便快捷。

2.3 电气自动化系统设计

系统由三部分组成，包括DCS层、网络层和间隔层。操作员站是DSC系统的主要组成部分，这些系统都可以放在主控室，DSC、调度等还包括工程师站和通信站，网络层为光纤自愈网，间隔层包含设备较多，如励磁系统、发电机组等。系统采用分层设计形式，每个单元相互独立又存在一定联系，结构清晰且操作简单。单个模块自动完成间隔保护、测控等功能，各独立单元共同组成间隔层，通过总线技术将其直接连接到互联网，最终信息进入主站系统。IEC 60870-5-103、IEC60870-5-104是系统设计过程中遵循的传输规约，有效保证系统可靠性[2]。电厂使用的智能设备，通过RS232、RS485等类型接口直接与系统相连，接口数据不断转换传输，将设备信息传输到主站系统中。

3 设计系统的功能优势

高低压设备、发电机组等运转过程处于系统自动化监测下，火力发电过程安全性提升，工作人数减少，系统可自动整理、存储数据，确保发电过程顺利进行。经过改良设计，本次设计的电气自动化系统功能齐全，其功能包括：

（1）对数据实时采集和整理，间隔层设备是数据采集的基础，设备元件脉冲量、开关量等参数通过光纤网络达到系统主站，被系统分析处理后存储到数据库中，管理员可自由设置报表，如日报、月报等。（2）显示监控画面，各系统接线、运行情况被收录到系统中，管理者可直接调用相关数据，数据在计算机中通过图像显示出来，系统还能自动分析电压、负荷变化曲线。（3）控制闭锁、打印等功能，若系统运行出现故障，隔离开关、电闸等会接收到故障信号自动关闭，提醒工作人员尽快维修。在计算机中显示的图像、报表等数据，联网后能打印出来。（4）故障诊断、定值管理。将系统正常运行波段录入计算机，监控时作为参照波段，若系统运行波段变化，表示设备出现故障。在监控系统中设置运行定值，当系统运行超过此定值，报警装置响起，系统强制关闭，维修完成后再次启动系统即可。（5）电气试验特性，在此特性影响下，监控系统对火力发电运行状况更加敏感，数据分析更加准确。此外，系统中有专门装置负责开关、功能等切换，不会降低火力发电速度。

电气自动化技术为火电厂带来的好处是巨大的，在电气系统的有序监管下，年发电量增加，发电过程更加安全。目前此技术还在不断改进，断路器是首要改造目标，改造以延长断路器寿命为主，尽量采用性能较好元件，辅助点接线改造成双辅助点触点，提升信息传输精度。其次是对高压开关柜进行改造，控制好开关柜间距，提高开关柜绝缘水平。

4 结束语

信息技术的不断发展，让电力行业工作者逐渐摆脱人工作业状态，大量自动化设备被引入到火力发电厂中。以电气自动化技术为基础，研究出相应的自动化系统，对火力发电过程进行监控和管理，在有序管理下，煤炭利用率提升，发电过程很少出现事故，发电厂经济效益显著提升。电气自动化技术是实现电力自动管理的核心，此技术的新功能还在开发阶段。

参考文献：

[1]张剑冰，张晓云.火力发电厂电气控制系统的设计与实现[J]. 产业与科技论坛，2016（21）：79-80.

[2]国平.火力发电厂中电气自动化技术的创新与应用分析[J].中国科技纵横，2016（06）：168.