火力发电厂电气工程自动化的应用策略

2023-08-18李思璐

中国科技纵横 2023年8期

关键词：火力发电厂电厂电气工程

李思璐

（中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司节能环保分公司，河北石家庄 050000）

0.引言

电气工程自动化技术形成于火电厂发展基础上，也显示着火电厂发展趋势。实现火力发电厂自动化可以促进电力产业生产效率提高，并且有助于节约成本、提高经济效益，因此，在实际生产中被广泛推广。

1.火力发电厂电气工程自动化的应用特点和优势

1.1 提高生产效率

加快开发、应用电气工程自动化技术改善火电厂内部设备结构，不仅可以提高生产效率，还可降低损耗和浪费，保障企业生产经济效益。同时生产作业环境得以改善，噪音污染减少，为职工提供更人性化的工作环境，降低了职业病的发病概率，对企业可持续发展也有着积极的意义。

1.2 加强对生产成本的控制

加快技术升级，使火力发电厂技术水平、科技含量提高，做好生产成本控制工作，降低能耗，保证经济效益。可通过电气自动化技术来解决此类问题，提高燃料利用率、降低热能损耗、减少环境污染，从而有效控制火力发电厂生产成本，节约资源、保护环境。

1.3 改善劳动强度

火力发电厂往往建成年代较早，技术革新慢，整体技术和设备处于落后状态，不仅资源浪费和环境污染严重，其工作强度大、工作环境恶劣，对员工身心健康不利。通过对技术的创新，火力发电厂可实现连续作业，降低员工工作强度，采用自动化和智能化技术手段，生产中可通过计算机平台操控，人力成本也得以降低。应用创新科技成果弥补了传统技术的不足，促进人力资源合理配置，对电厂改革发展意义重大。

1.4 资源整合下实现优势互补

火力发电厂发电过程比较复杂，需要各部门相互配合因此耗费大量人力、物力和财力，在各部门积极配合、相互协作下才能顺利完成生产任务。应用电气工程自动化系统，实现火电厂生产一体化数控调度，有效解决了之前比较困难的维护问题，新员工培训时间缩短，整体运行成本降低，各方面资源强化协调与配合，整体资源配置水平提升，提高了资源利用程度，电能产量显著增强。

2.火力发电厂电气控制系统存在问题

我国经济和科技发展下，推动着电气自动化控制技术进步，但在电厂过程中也存在不少问题，比如发电机组控制不协调、电厂控制系统落后、工作效率低。要实现火力发电厂高速运转，需要从其当前存在的问题着手，解决发电厂电气控制系统不足，以促进生产水平进步。

2.1 整体控制系统技术落后

在我国科技不断发展过程中，火力发电厂还存在控制技术不够先进的问题。当前单元机组控制室空间大，与世界先进水平相比，我国电厂控制系统结构设计落后，机组自动化功能水平低，缺乏完善控制系统和先进控制技术，使得机组运行效率低，需对其加大重视。

2.2 机组中控制不协调

在我国科技发展下，尤其是自动化技术的应用下，火力发电厂依然存在不少问题，比如机组中控制不协调。火力发电厂机组组成包含锅炉、汽机和发电机等，而单元机组中这些设备与全长用电间控制水平不协调，很多电厂未实现单元机组中统一值班，其辅助车间和系统缺乏高水平自动化，无法与整个电厂自动化控制配合。机组各部分不协调下，导致其运作效率得不到提升，需尽快解决该问题[1]。

3.火力发电厂电气工程自动化的应用功能

3.1 数据采集与处理

火力发电厂应用电气工程自动化技术可以获取生产过程中各项数据和信息，之后分析、整理、储存。同时，系统中可设置间隔层装柜，方便采集元器件数据、处理数据信息，然后将整理结果录入数据系统中，在一定周期内便生成数据信息报表[2]。

3.2 人机交互

应用电气工程自动化技术时，人机互动愈加频繁，便于技术人员管理电气工程自动化。同时，在应用自动化系统过程中，工作人员可以通过监控画面，对发电机接线图、电气主接线图、相关路线图进行直接观察，展示出具体的负荷曲线，方便高效管理各个系统。

3.3 实现闭锁操作

应用闭锁功能和闭锁操作，主要是在隔离开关、接地刀闸和断路器方面。在闭锁操作中，管理员设置其权限，各级不同用户的需求差异，全面性开展系统管理。

3.4 自我诊断与修复

火力发电厂电气工程自动化技术具有较高的智能化程度，且科技发展下还会进一步完善其智能功能，以实现自我诊断与自我修复，自动性录入系统中存在故障，进行波形比对和分析，通过线上数据查询、修改保护定值，使系统更安全、稳定运行。同时，应用自动化技术，在计算机技术、网络技术基础上，提高信息共享效率，方便系统进行资源管理。

4.火力发电厂电气工程自动化的具体应用策略

4.1 主体系统配置

首先是输入与输出模式，在该模式中对两个接口采用电气馈线连接，在设置现场将两者通过硬件电缆、具有集散性的系统连接起来。以实时监控管理火力发电厂运行系统，这种方式有着较高的应用效率，且成本相对较低，但属于中等监控水平，且增加监控对象后，会出现明显的主机冗杂现象，对主机运行效率产生不良影响。因此，连接方式可选择采取硬接线电缆、信号输入与输出的方式进行，在主机连接中常见光纤与采集柜连接的方式，加强了成本控制，系统还可发挥自我校正功能。

其次是现场总线监控，此模式集合了计算机技术、控制技术和通讯技术，在现场控制中应用各项技术，可以实现系统控制的全方位监控，并创新发展集散控制系统。

4.2 监控系统组成

4.2.1 站控层

站控层也被称为主要控制层，可实时监管站内各项设备，并分析处理其中相关数据信息，进而生成数据报表。站控层上，会设置相应工程师，方便日常运行与维护，并记录和解决故障。同时，该层上操作方式较多，比如灵活性强、数据传输率高的双以太网和开放式网络结构。

4.2.2 通讯层

该层采用新型的通讯技术管理设备数据，同时传输、优化数据，因此，其与站控层采用了以太网连接。火力发电厂应用电气自动化技术对电力运行情况通过现场总控技术来保护，并可联系通讯管理系统，第三方设备也可采取相应转化方式，以实现网络系统整体稳定运行。

4.2.3 间隔层

该层是多项智能设备连接组合而成的，在应用这些智能设备和装置过程中，需要电力系统持续性维护，之后采集、分析与处理相关信息。间隔层具备强大的通讯功能，可以高效完成数据与信息间交换。

4.3 自动化具体应用

4.3.1 常规控制

在火力发电厂运行中，在常规控制中自动化也可发挥较强优势，主要是对于发电机组、锅炉和汽机等电力设备的集中控制，可以实现电力设备的有效协调。同时，也可就地控制电力系统中的次要设备，将其余重点设备和装置进行有效连接。

4.3.2 设备保护

电厂运行中使用的电力设备较多，这些设备关系着电厂电能生产的顺利进行，如果设备存在损坏和故障，则会影响到电能的稳定生产。在此情况下，当今电厂运行中需做好相关设备的保护工作。应用电气工程自动化技术，有效结合计算机与电力设备，使其实现一体化与自动化，不仅可以降低操作人员劳动强度，还可有效保护设备。设备保护功能主要体现在以下方面，第一，联锁保护。电力系统运行中出现故障而无法正常运行，会将自动化联锁保护功能触发动作，将闸门及时切断，比如故障不断扩大，进一步加强对设备的损害。第二，装置保护。电力设备中电气自动化技术会设置安全帽和保安器等装置，以对设备中重点装置进行保护，避免外界因素影响下损害其性能。第三，断电保护。应用断电保护可以对设备在相关参量限制的情况下表判断运行情况，与设备保护回路结合发挥作用。第四，防雷保护。在防雷保护功能发挥下，可以增强设备抗雷击性能。

4.3.3 工程通信控制

信息有效沟通需采取通信技术，火力发电厂运行中需积极完善其通信措施，提升电气自动化水平可以更好地实现对电厂通信工作的控制、提高通信效率和后台效率。同时需设置实时监测系统，在逻辑控制和监管效率方面，使电气自动化更好地表现。

4.3.4 网络服务控制

当今社会发展中要求电厂更好地实现可持续发展，要实现可持续发展目标需构建好网络，有效提高内部管理水平，并收集自动化设备信息、监督其运行。在此过程中，电气自动化技术需积极创新优化，在有效监控现场设备的过程中，可以向电厂管理层传递相关信息，实现自动化和集成化服务控制目标。

4.3.5 一体化单元炉在当前电气自动化发展中，实现了单元炉机组的一体化控制，新的控制方式可以将炉、电等单元的运行信息与参数进行汇总、分析，在机组潜能充分发挥下，缩小了控制室体系，监控系统简化基础上，机组投入成本得以降低，可更好地采集电厂信息，在电网统一管理下，工作效率和水平大大提升。

5.火力发电厂电气工程自动化的应用创新策略

5.1 应用智能化技术

提升技术创新能力与创新意识，需要系统设计人员更深入了解生产过程，避免认知不足的问题。在火力发电厂电气工程自动化中，智能化技术应用最多，主要是在火力发电设备间隔层和测控装置中应用。在科技发展条件下，进一步完善单个系统的控制单元，各系统间实现综合网络智能化，可以一体化测量、分析和控制，同时可以记录监控数据信息和防止发电错误操作。站控层电气自动化全面实现，有效采集主站数据、分析历史数据，全方位监测所有设备近期运行状态。

5.2 通用型网络控制

在当前互联网时代下，火力发电厂需构建属于自己的网络来稳定发展，收集电气自动化设备信息。此外，需优化创新电气自动化技术，能够高效传递信息到管理层，实现火力发电厂集成化、一体化和自动化的服务结构体系，推动发电厂更好地发展。

5.3 强化自动化应用监控力度

考虑到火力发电工作特殊性，不同的生产环节和生产设备中，需重视其存在隐患和风险因素。设计好相关方案，在自动化技术检测下可以及时发现、解决危险因素，如果检测技术不足，需要工作人员配合，应用其他领域生产检测技术，或者研究针对火力发电的电气自动化特殊技术解决检测问题。要保证检测技术的敏感性与稳定性。完成检测工作后，将存在问题经自动化设备工作系统控制和人工等方式进行确认、研究和处理。对于危险程度较小的问题，可以使用自动化系统来控制。而综合性危险问题，需由对应的制动控制来解决。

5.4 创新保护手段

一般火力发电厂以往采用的都是相互连接的系统和控制方法，其工作原理是只能在锁定时触发报警功能，超过时间限制才报警，这类保护和控制装置发挥着有限作用，且对当时的具体情况难以有效处理，也无法提供科学解决方案，不利于保障火电厂正常生产运行。在电气自动化技术应用下，可以实现实时性要求，在火力发电过程中，计算机的安全与控制，电气自动化故障检测与诊断技术操作可及时有效控制系统误差，保证火电厂具备良好电气性能，并综合控制机器、炉子和电源，通过控制终端设备网络，将其与各电气设备控制线以标准方式连接，从而获取设备电量、功率和电压等电气数据，并且反馈及时，便于负责人分析处理。