基于电厂设备电气自动化系统的节能控制方法探究

2021-10-14迟鹏

今日自动化 2021年2期

关键词：火电厂电厂负荷

迟鹏

[中图分类号] TM76

[文献标志码]A

[文章编号]2095-6487 （2021） 02-0005-02

Research on Energy-saving Control Method Based on Electrical

Automation System of Power Plant Equipment

Clu Peng

[ Abstract] Elecrrical automation control has a direct impact on the operating capacity of power plant equipment. Through the analysis ofthe problems exposed in the application of current power plant equipment electrical automation technology， on this basis， the introduction of fullconununication monitoring intelligent integrated solutions， equipment structure transformation and Frequency conversion speed regulation technology caneffectively ensure that all kinds of equipment are in a safe， stable， and low-energy operation state， and unprove the automation control level of power plantequipment

[ Keywords] electrical automation; energy-saving control; frequency coiwersion speed regulation

近年来我国电厂设备数量持续增多，设备运行将产生人量能耗，在引入电气自动化系统进行设备运行状态调控的同时，还应兼顾环保要求进行节能技术措施的应用，合理调节系统运行时间、控制设备运行成本、实现资源优化配置与利用，保障电J‘设备的节能、高效运行。

1电厂设备电气自动化技术应用

1.1 ECS系统

该系统主要利用现场总线进行继电保护器、测控装置的连接，便于操作人员执行对控制站的控制操作。但引入ECS系统将有可能影响到数据处理速度，处理器需耗费较长时间进行数据分析处理，将增人现场布线难度，并且不利于提升主机使用率。在实际布发ECS系统环节，应确保土机、终端间保持适当距离，保障土机的驱动能力，避免因电缆被干扰影响到系统应用效果。1.2

1.2 I/O集中监控

该监控方式主要利用电气设备馈线进行现场I/O接口设置，借助硬接线电缆进行集中控制室内DCS的I/O通道的连接，通过A/D处理进入集散控制系统组态，以此实现对电厂设备的全面监控。考虑到集散控制系统的监控范围涵盖火电厂内的所有设备，伴随设备数量的增多，将有可能引发DCS土机冗余缩减问题，对此可引入一种DCS热备冗余控制系统，借助双控制器为主从机切换、数据同步提供技术支持，防范输出数据的擾动风险。

1.3 通信控制

为保证实现对系统设备的全而检测，采用变电运行管理系统进行数据分析，借助专用技术设备控制巡检，实现数据资料汇总上传与信息共享，为设备调度与变电管理提供科学依据，以此保障及时消除故障隐患、提高变电设备传输精度，实现电气工程全通信控制目标。

2基于节能控制的火电厂设备电气自动化改造及优化方法

2.1全通信方式监控智能一体化方案

鉴于火电厂原有ECS电气监控系统在应用过程中采用的通信方式较为简单，在电气设备数量持续增多的形势下，沿用常规硬接线方式将增加设备投资、无法保障实时处理数据，并且在电气信号数据更新环节严重滞后，不利于维护DCS系统监控功能的发挥。基于节能控制目标进行监控方案改造，拟将ECS系统纳入DCS中，从而实现一体化监控，由DCS系统结合运行工况条件与程序判断结果生成电气逻辑，将调控指令通过I/O通信端口直接发送至智能终端，以此控制电源切换、断路器操作机构分合闸、高压电动机启停等，并且实现对相关操作命令与事件行为逻辑的判断，防lI：发生误操作事件。通过整合ECS系统与DCS监控系统，可将AVR自动调节等保护装置的动作保护信号、位置状态开关量以DI数字输入量模式进行传送，同时基于A/D模数转换将电流、电压类模拟信号转换为4 - 20mA标准信号，统一传送至DCS 监控系统中。

在一体化方案设计上，ECS、DCS系统均以主控单元作为DPU的I/O功能模件，利用DPU进行控制信号、动作事件命令的传递，在串口通信服务网卡、通信处理机、现场总线、测控保护单元等模块的支持下实现对设备启停操作的控制，以此完成智能一体化艰难控管理方案的部署。

在系统功能实现上，土要体现在以下3个方面：①机组自动起停控制，利用主控单元将控制逻辑传递至ECS系统实现手动操作或顺序控制，系统参考发电机的额定电压、转速等指标进行AVR自动调节装置的投放或发出投入装置信号，由ECS子系统负责针对装置运行性能参数进行实时监控，待判断参数符合同期条件后发出合闸指令脉冲，在并网后实现机组起动;在停机环节，利用ECS子系统调控DEH装置，完成用电系统切换，直至负荷降至零后将相应开关跳开。②电厂用电监控，利用自动切换装置将运行工况信号传送至DCS监控系统中，实现对相关数据信息的实施显示、存储，并提供数据分析、报警提示等其他功能。③电气公用监控，分别负责针对备用变电气开关、继电保护装置、AVR调压装置、照明电路等进行控制，支持集中控制与保护联动，依托可视化人机交互界而设置权限、执行程序，为管理人员调度运行决策的编制提供数据支持，保障机组安全高效运行。

2.2 常规锅炉自动化节能改造

火电厂常规锅炉主要由空气预热器、引风机、脱硫装置、脱硝装置（图1）、省煤机等设备组成，在绿色生产理念的指导下引入静电除尘器（EPR）、烟气脱硫器（FGD）、湿式电除尘器（WESP）、烟气换热机（GGH）等装置进行环保设计，致力于实现节能、降耗、减排目标。当火电厂锅炉处于低负荷运转状态下时，需合理安排削减脱硫装置的投运数量，然而基于安全运行、环保要求，火电J‘通常至少投运2台脱硫设备，在此模式下湿式电除尘器、烟气换热机的负荷变化不受影响，但整体系统用电率将明显增人，由此造成电能浪费、耗煤量增人等问题。

为改善上述问题，需做到以下几点。①需引入自动化技术调整锅炉运行模式的调整，针对机组设备运行模式进行调整，在原系统结构中增设自动挡板门与连通门，保证符合锅炉低负荷运行需要，其自动化改造结构如图2所示。通过实行锅炉设备的自动化改造，可将每组机组数量控制为2台，保证发电设备各部件有效适应低负荷运转条件，提高粉尘、烟气处理效率，并且为系统结构扩展留足余量。②应采用智能化技术优化设备性能，根据发电设备运行工况条件进行磁场、集成线路及各类设备的分析，调控发电设备运转速度、工作时长，并且可实现对运行故障的实时监控、自动诊断、生成检修策略，自动隔离故障，维护系统其他设备的正常运行。⑧应基于PLC系统进行运行状态控制，与人机接口配合组建主站层监控室，借助远程系统与传感器的配合实现自动化监控。④引入BIM技术、人工智能技术与自动化生产模式相结合，通过建模实现对相关设备运行指标的精确预测，调控生产资源、提高生产效率，更好地实现电厂设备的自动化、智能化运行目标。

2.3 变频调速技术的应用

变频调速技术在电气自动化控制系统中得到广泛应用，在降低电机启动冲击、优化电机调速性能、降低生产能源消耗、对电网电压波动适应性好等方面呈现出良好应用性能。将其应用于电气自动化控制中，在自适应电动机模型单元设计上，可针对电动机的电流、电压等参数进行检测，基于预先设定的规则自动识别相关参数，实现对电机转速的控制;在等速区间超速控制保护方而，当电厂设备处于满载工况或超速运行状态下时，可利用变频调速技术进行设备状态调控，将设备运行速率范围控制在设定值的15%内，保证电气自动化系统的安全运行，并且在日常運行过程中针对设备运行速率变化趋势进行评估，当发现速率变化超出安全范围将发出预警，采取紧急制动等措施保证设备安全;在减速区间低速保护方而，当电气设备减速至临近限制值时，可引入变频调速装置采取降频调速方法进行设备控制，使系统尽快恢复正常运行状态。

以某火电厂电气自动化设备改造项目为例，该电厂现有引送风机设备在运行过程中存在噪声人、能耗高的问题，且频繁发生故障，对此技术人员结合设备运行工况与电气自动化系统实际情况，引入变频调速技术进行结构改造，其变频器接线设计如图3所示。针对增设变频调速装置后的设备改造效果进行分析，在机组负荷为60 MW的情况下，引风机、送风机的节能量分别为403.5 kW和18 7.3 kW，节电率为57.1%;在机组负荷为80MW的情况下，总节能量为529.2 kW，节电率为47.7%;在机组负荷为100 MW的情况下，总节能量为546.8 kW，节电率为43 .1%，具有显著节能降耗效果。