热工自动化系统在火电厂运行的稳定性

热工自动化系统在火电厂运行的稳定性

刘振琦

（神华神东电力有限责任公司上湾热电厂内蒙古鄂尔多斯市017209）

摘要：随着经济发展促使发电厂进入快速发展时期，火电厂单机容量增大，控制技术水平有了显著提高。热工自动化系统是火电厂机组智能化操作的重要组成之一，广泛应用于安装调试、运行维护和检修技术等岗位的生产人员。当前我国的热工自动化系统比较繁琐，运用起来较为困难，而且还会出现各种的问题，降低总的工作效率。该文针对电厂的热工自动化系统进行研究分析，并讨论了国内火电厂热工自动化系统中存在的问题，提出优化思路，从而更好地保障发火电厂的运行稳定性。

关键词：火电厂；热工自动化；稳定性

热工自动化系统的好与坏由系统的配置与功能是否合理、系统运行是否稳定可靠、主辅设备可控性、控制方式等多方面综合决定。从技术的角度出发，要不断地完善和更新新的技术措施来优化热工控制系统，并不断保证系统运行的稳定性和持续性。这样可以更好地为企业服务，也会推动整个行业的进步和技术革新。

1关于火电厂热工自动化系统的构成分析

1.1分散控制系统

分散控制系统在发电厂运行中的主要功能为集中操作显示和控制分散。分散控制系统包括4个相对独立的组成部分：网间通信接口、现场过程控制接口、开发维护接口、运行操作接口。而各个组成部分之间的结合与联系又是通过内部通信网络，这样就可以组成一个多功能、多系统的过程控制程序。整个系统的应用，采用模块化的设计，利用科学合理的配置进行灵活的组合搭配，实现对生产过程监视（如DAS）、控制（如CCS、DEH、SCS、FSSS）、操作和管理（如MIS），分散控制系统典型功能结构见图1。

图1分散控制系统典型功能结构

1.2辅助控制系统

辅助控制系统在整个热工自动化系统中很重要，是必不可少的一部分，这个系统能够做到无人操控。正常情况下，技术人员可以对控制器进行组态与设计，从而使其自动下达控制方案。通过数据的转换等办法操控整个系统使之正常的运行，再通过对数据的整合与传输到达中央控制系统，对整个程序进行集中调控与指挥，可以让整套系统在没有操作员的基础上自己运行下达指挥命令。

1.3实时监控系统

制定实时监控系统的目的是要对电力的实际运行状况进行监督与控制，并能对各机械设备的具体工作情况进行监督。一经发现有异常的问题，这个系统能够自主地发出指示与命令，还能及时发出报警信息。这个监控系统的组成包括对信息的监管与控制和对机组的实时监控系统两个方面。通过控制设备和数据的链接口将二者联系起来，以达到信息之间的传递和数据资源的共享。

1.4视频网络监控系统

视频网络监控系统是采用摄像的方式将整个设备与厂区运行的过程通过网络传输到电脑上，这个系统在实时监控里很重要。它能保证电厂机械设备的正常运行，所以我们要加强视频的监控系统，特别是在无人巡检的地方、值班工作地区和现场环境危险作业的地方，这样可以及时地对现场的作业进行观察及时发现问题。视频监控系统是实现实时监控的重要手段，有了这个监控系统就可以利用辅助系统里的通信接口对整个火电厂进行监管。同时还能对整个火电厂的具体工作进行监控，以实现对火电厂的有效管理。

2当前我国电厂热工自动化系统运行中的问题

2.1影响因素较多

随着我国经济技术的快速发展，我国对电能的需求越来越大，对电量的消耗也是很大，电力输送应用的地区也越来越多，所有的控制信号在传输的过程中都要有中间的连接口。而当前我国电厂的现状热控系统信号的传输速度并不理想，而且比较分散，也不够集中，所以会造成管理控制的系统发生混乱，这样就会对数据的传输时间造成严重的影响，直接影响工作的效率和质量。与此同时，电力的热控系统机械设备所处环境极为重要，一旦某一设备出现意外的故障很可能造成整个系统不能正常运行影响其稳定性。

2.2控制设备更新速度较慢

目前我国火电厂的检查与维修还采用的是老旧的管理技术，传统的管理方法存在很多弊端，传统的管理需要大量的人力、物力、财力的支持，严重浪费资源。与企业的节能要求相违背，对控制设备的缺陷不能及时有效处理，从而造成设备故障问题以致影响整个系统的正常运行。

3电厂热工自动化系统

3.1分布控制系统

3.1.1采用自律分布式的系统结构

现阶段，自律分布控制系统在电厂的热工自动化系统中应用的比例较高，因其具有较高的稳定性和可靠性，所以运行效率较高，在运行的过程中，该系统具有可控性和可协调性两个特点，相对于传统，具有很大的优势。现有的技术包括层次分布型系统与水平分布型系统，二者各具特色。在层次分布型系统中，一旦上位子系统在运行中出现问题，下位子系统是无法实现调节的，但是却可以实现局部控制功能，所以说协调性较差，具有较强的自律性；在水平分布型系统运行的过程中，如果其中的部分子系统发生故障停止工作，并不影响其它子系统的运行，但是各个子系统之间却无法实现信息交换，从而失去了控制的功能，所以这类系统的协调性较查，缺乏控制性。

3.1.2人机接口技术

DCS的人机接口技术也在不断发展"工业图形显示系统。IGS是最常用的人机接口设备之一，IGS正向大屏幕、高速度、高密度、多画面、多窗口和多媒体方向发展。这些大屏幕显示装置主要用在中央控制室内，显示大量运行人员需要同时了解的信息"它可以取代BTG盘上的显示和记录仪表，放大来自工作站或个人计算机的文件，图象或传达会议消息"新型的IGS可以定义超过CRT尺寸的大画面，采用滚动方式将一个逻辑上的大画面在有限的CRT屏幕上显示出来"这种滚动方式是连续的、任意方向的，可采用鼠标、球标或专用滚动键操作。还可以在保持原画面输入输出功能的前提下，将画面放大或缩小，在一台CRT上显示多个画面"

3.1.3EIC综合技术

在以前的发电控制过程中，电气控制装置E仪表I和计算机控制装置C都是彼此独立的装置，采取分别安装的方式。在现代科技的支持下，国家开展了EIC（综合技术运用，将这三种装置结合起来，并DCS进行统一规划和完成，这是DCS的未来发展优越方向。

3.1.4现场总线（FCS）

现场总线也是自动化系统未来的发展方向，其是热工自动化系统控制的一条通信线路，可以有效的排除干扰，同时也可以将一些不良影响排除掉；利用现场总线，不仅有效的减少了现场控制电缆

的数量，而且有效的避免了长距离传输导致的信号差的问题，确保了自动化控制系统分散管理和运行的实现，提高了现场设备的智能化水平，确保了发电设备安全稳定的运行，同时对发电设备的维护也具有十分重要的影响。

3.2过程控制仪表

在热工自动化系统运行的过程中，需要自动化仪表对运行的过程进行监测控制，从而实现系统的稳定运行，在传统的系统中，常规的过程控制仪表应用的比较广泛，但是随着技术的不断进步，逐渐向智能变送器和智能执行器方向发展；随着社会的发展，对于环境保护的要求逐渐提高，对于电厂的排放物标准也不断提高，由此应用于分析和监测排放物方面的仪表数量逐年增加，但是由于成本较高，并且仪表的结构组成比较复杂，在运行的过程中维护也具有一定的难度，所以在使用的过程中，还不能发挥出应有的作用，不仅影响到工作效率，同时造成资金的浪费，所以要加强过程控制仪表技术的提升。

3.3运行支援系统

随着火电厂单机运行容量的扩大，对于机组的运行能力有了更高的要求，所以单元机组的容量逐渐增大，由此需要对机组进行的监视和操作的项目也逐渐增加，为运行人员增加了工作负担；为了保证机组运行的可靠，自动化系统中出现了多种控制系统，利用计算机程序和数字化装置来对机组的运行状况进行监测，减轻了运行工的工作量，同时也减少了误操作；但同时需要操作人员对这些控制系统运行的稳定性进行监督，以确保装置能够正确运行；在机组运行的过程中，通过控制系统能够及早的发现问题，提前进行人工干预，做出防范措施，保证机组运行的安全性"

3.4人工智能和人工神经网络

目前随着科学技术的发展，在自动化控制系统中，人工智能和模拟控制系统已开始进行应用，人工智能技术的应用，对于传统的温度、压力和流量控制系统发挥着重要作用，其只需要对某一温度场内的温度分布或是压力容器内的压力分布进行控制即可，这是在以前技术条件下无法实现的；特别是现在人工神经网络技术的发展，更好的解决了模式识别和模式控制问题，有效地提高了自动化系统的水平。

4优化电厂热控自动化系统稳定性的措施

4.1优化设计系统控制单元

在热控自动化技术不断发展的过程中，与其它技术不断地融合。也将出现某些功能在逐步被其它优秀功能取代。新技术就像注入新鲜的血液，给火电厂不断注入新的活力。一体化是DCS系统的发展趋势，将DCS、SIS和MIS有机整合在一起，把现场的数字化信号和管理系统整合到一个信息平台，这也是DCS自动化技术，成为目前的发展趋势。是整个DCS行业的理想化发展，专业分工的极致也将是一个更大规模的整合。对火电厂的热控自动化系统进行分散控制加以优化可以使控制单元的响应性和智能化得以有效地体现，这样可以从根源上对整个系统的灵活性和智能化加以提升，并不断地完善实施监控能力。在实际工作中要对新技术进行科学合理的应用，充分地融合电子计算机技术，对传统技术不断地创新，对现代化、智能化的分散系统施行推动能力。

4.2优化系统硬件管理

热控系统的重要组成部分之一就是硬件系统，要保证硬件系统的稳定性，这样才能保证整个系统的正常运行。建立健全的自动化管理体制，有助于减少外界因素的影响和设备耐老化的提高。

4.3优化设计系统逻辑

热工自动化系统的稳定与否主要在于设计软件时逻辑思维的合理性，采用科学合理的操作办法来减少错误的操作等相关的问题。在初期的设计中使其对性能的测试是必需的，利用测试的结果来判断方法的正确与否。此种测量方法比较可靠、准确度高，能保证测量结果的真实性，从而做出正确的判断，降低出现错误的几率。

4.4优化APS技术应用

针对APS技术的优化可以增加技术人员的操作水平，还能对操作的行为予以控制。与此同时，还能将系统更加的规范化，降低错误的操作引起的隐患与问题。将顺序控制系统更新优化，可以帮助火电厂热工自动化系统整体技术的提高，同时还有助于对热控设备的提高与维护，组建数据分析设备，检查设备的故障问题，并做好登记。这样可以使整个系统更加稳固。

5电厂热工自动化先进控制过程的方法探讨

5.1单元机组的监控智能化

在我国的电厂热工自动化建设中，DCS系统被广泛应用，其功能和性质决定了DCS系统在电厂内的使用情况。电厂内热工自动化单元机组的监控可以通过DCS系统来完善，但是，从我国目前的技术发展情况看，我国的电厂热工自动化并没有通过DCS系统的智能操作。在电厂的日常工作时，单元机组的操作依然非常耗费人力、物力，工作的完成效率也不能达到标准要求的水平。因此，我国的各行各业都已经开始普及智能化，并取得了一定的成果。目前，智能化操作系统在我国只是试验阶段，许多技术只是被粗略掌握，并没有被人们熟练地应用，也不能发挥它更大的价值。所以，在电厂热工自动化单元机组的智能监控中，要时刻关注自动化建设的发展，将这种技术融入具体的管理工作中。

5.2电厂热工自动化的先进监控系统走向

旧有的电厂热工自动化单元监控机组中只设一个集中监控室，其中只有少数几台监控机组，电子设备也被人分成多个小块放置在一个电子室内，环绕电厂内的主要设备放置。这样做，主要是为了提高电厂内的电缆利用率。但是，这种设置使得辅助车间的数量在不断增加，电厂的员工也在不断增加，工作量越来越大。

随着我国信息控制技术的发展，电厂自动化技术也在不断发展；随着国内外高科技的普及，电厂热工自动化管理水平也在不断提高。在监控系统中，机组容量也有明显的变化。在现有的电厂热工自动化监控系统中，所有的单元都会集中到一个控制总室中，所有的监控系统更加集中化。

5.3提升电厂热工自动化的可靠性

在热工自动化发展和提升的过程中，管理软件的配置与硬件设施的质量不断产生矛盾和冲突，系统自动化水平的逻辑性也没有得到完善，无法保证技术存在的合理性。在实际操作中，当热工自动化的操作人员对其进行检修、维护时，需要很多技术的支持。目前，电厂工作人员的专业水平没有达标，不能满足工作的具体要求。在这种情况下，就会降低电厂热工自动化的可靠性，并且其中还会存在许多安全问题。电厂的自动化系统经常性地出现问题，使得电厂在生产过程中需要面对许多自动化系统运行的考验，所以，确保热工自动化系统运行的稳定性和可靠性才是实现电厂高效率生产的重要手段。

6我国电厂热工自动化未来发展趋势

6.1全厂辅控系统走向集中监控

通常情况下，一个火电厂的辅助车间在10个左右。在传统生产中，国内通常是利用PLC与上位机构成系统运行网络，在各车间控制室内进行单独控制，这一方法虽然保证了控制的及时性、准确性、但却造成了人力资源浪费，增加企业运行成本。随着DCS技术与网络通讯能力不断提高，各个辅助车间的控制系统已逐步走向集中，组合成一个辅控网（简称BOP）。通过将相互独立各个外围辅助系统进行联系、再利用计算机网络技术进行集成，实现整个车间的整体运行控制，该系统与企业系统联网之后，也可实现在全厂。系统上进行监控，降低监控系统对监控人员数量的需求，我国一些企业已经开始了这方面的尝试，例如，我厂神华神东电力上湾热电厂早在2009年开始将输煤、水处理、脱硫系统、除灰除渣作为一个整体网络在控制室进行集中控制达到减员的目的。

6.2新技术将得到进一步应用

6.2.1无线测量技术应用

无线测量技术可以对系统整体运行情况进行有效的监视与控制，该技术能够获取更多地关键工艺信息，为技术管理。信息收集提供实，准确的数据，在整合DCS系统中该技术可以节省大量安装成本，在解决成本的同时进一步提高企业自动化技术水平，在污水区域，煤计量和供油，酸碱的测量，供热环境恶劣等方面，无线测量技术均可实现远程监控。

6.2.3APS技术的应用

APS技术通过改变机组运行顺序来实现对电厂机组启停的控制，在应用APS技术之后，操作人员只需按一下启动键就能使机组按设计好的时间、顺序、条件等正常启动，有效降低生产过程中人力资源的投入。该技术由于生产工艺与技术水平中存在不足，导致APS技术不能在短时间内应用于实际工作中，还需要进一步系统优化，但APS技术的产生与应用，为电厂热工自动化运行打下了良好基础。

6.3电气控制开始纳入DCS

火力发电厂生产过程中，电气自动化与热工系统自动化水平反映整个火电厂运行管理水平，随着DCS系统被火电厂采用后，火电厂各项生产指标都大幅提升；但是大多数电厂中电气自动化仍然作为单独的一部分独立运行，严重制约了火电厂自动化的发展。目前有些电厂正在尝试将电气控制纳入到DCS，用于控制发电机系统与工厂用电系统，它主要由高压启动、备用变压器、发电机变压器线路组、低压厂用工作变压器、高压厂用工作变压器、低压厂用工用变压器等部分组成。今后尤其在自动准同期、发电机励磁系统、厂用电快速切换等方面都会考虑纳入到DCS控制系统。

6.4SIS系统的应用发展

SIS系统是实现其它基本系统运行部门与电厂总管理信息系统之间进行数据交换信息共享的媒介，该系统的功能包括采集，监视工厂数据，分析厂级性能等；在国家明确调度方式并且相关应用软件技术已经成熟的前提下，可以设置负荷调度实现功能的分配；自从国家电力公司电力规划总院提出这一概念和规划后，至今估计有300家多电厂建立了SIS系统，可谓发展相当迅速，但是自SIS系统投入使用以来，其所发挥的功能十分有限，只局限于收集数据、储存信息、打印报表等浅层次工作SIS系统的真正功能得不到有效发挥；设计方面的问题是造成这些现象的主要原因，在生产过程中，多数生产厂家并没有完全掌握该系统的后台程序及运算算法，导致该系统在生产过程中频发出现问题，同时部分电厂存在现场生产与实际生产系统设备运行能力相脱节的现象，因此现阶段SIS代理商只能利用网络技术按照SIS基本架构边进行摸索；但总体来说SIS系统的建设符合技术发展的需要和中国电力市场发展的趋势，能为发电厂尤其是大型的现代化发电厂带来更多经济效益。

7结语

通过该文研究得知，根据我国经济与技术的不断进步，电厂企业也在追随技术的发展提高设备的运行速度和设备的容量。热工自动化系统也显得越来越重要，越来越关键，可以保证整个系统运行的绝对安全和相对稳定。所以，研究分析火电厂热控系统提高系统的安全与稳定是很有必要的，通过研究分析不断地使其更加稳定，优化设计系统的接口，将设计更加全面更加智能的热控系统。为电厂的更好发展做出贡献，也为整个国家经济技术的全面发展奠定了基础。

参考文献：

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